学习PCB设计前的知识扫盲_pcb端子设计基础知识-程序员宅基地

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参考:
PCB是怎么消灭元器件之间的电线:铜迹线
走进工厂:PCB线路板是如何制造出来的
学习PCB设计前的知识扫盲,新手向,越新手越好!

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0.工厂制作PCB线路板流程

走进工厂:PCB线路板是如何制造出来的

1.PCB的结构

铜层和中间层

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  • 上层、下层:铜层

  • 中间层:(环氧)玻璃纤维(FR-4),不导电,把两层导电的板隔离开

  • 两层板→四层板:两个两层板压合到一起,中间添加半预制片(绝缘) (两层是基本结构,所以电路板层数都是2的倍数)

阻焊层

如果没有阻焊层会出现下图所示短路情况,所以需要阻焊层,只留出焊盘。

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  • 阻焊层: 绿色油漆的叫做阻焊层,缺失的话(上图红圈)会导致铜和焊盘会发生氧化。除了焊盘是镂空的剩下的地方都涂上绿色的油,这样的话焊锡就上不去了,所以叫阻焊层。起到保护电路板铜线线路和隔离焊盘的作用。
  • 阻焊层位于走线的上面,所以绘制PCB的时候可以将丝印位号画到走线上面,但是将丝印画到焊盘上面就不会显示出来,但这不影响电气特性,只是丝印看不清楚。

丝印层

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  • 阻焊层的上层就是丝印层,印上了字,在贴片的时候叫做位号

  • C33表示位号为33的电容

  • R表示电阻,U表示集成芯片,J表示接插件,L表示电感,X表示

本质(PCB电路板到底在画什么)

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电路板的顶层结构
黑色表示镂空,红色表示不透光

绘图完成后,送给生产厂即可做出胶片,叫做Gerber文件即光绘文件,每一层都会有一个此文件

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上图即为生产厂生产的“胶片”,生产出胶片后,就要做PCB电路板了,如下所示

蚀刻

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当前电路板表面是铜层,上面没有阻焊也没有丝印层,把它上面涂上一层光敏胶

紫外光透过胶片成像,聚焦到光敏胶上,光敏胶会变性,再用丙烯之类的有机溶剂洗一下电路板,那么需要镂空的(不需要的那部分铜)地方就裸露了出来,扔到三氯化铁里面进行腐蚀,三氯化铁和铜会发生化学反应,不需要的部分变成溶液跑掉了,这个过程叫做蚀刻

层压

蚀刻后只是完成了其中一层,制作多层板还要进行层压,将不同的层压在一起之后进行钻孔,孔壁内部镀上铜,叫做沉铜(走进工厂视频里有讲),这样电路板就基本做好了。

做好之后在上面刷绿油阻焊层,再刷上字(丝印),再电测(AOI光学检测等,走进工厂视频里有讲)后电路板基本就可以出厂了。

基础工艺指标

我们要知道制作工艺的极限,不然设计出来但生产不了,或者生产出来容易出问题。

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  • 层数越多,要求最小板厚就越大
  • 内径指常规的最细的钻头有多粗,外径不能太小,否则蚀刻结束后在打孔的时候可能将外延带掉(外延被打飞)
  • 一般来说走线最小间距(线与线的间距) = 走线宽度
  • 线到焊盘的间距以及线到过孔外径的间距要稍微大一点,一般是0.15mm来保证制作的安全
  • 铜厚指顶层和底层铜皮的厚度,一般都是每单位面积1盎司铜,2盎司用在做电源过大电流的时候,增强散热;如果还是采用1盎司需要把阻焊的开窗,之后往上过焊锡也是可以的(听不懂无所谓)
  • 字符的丝印高度,一般工厂给出的1mm,这个参数不影响电路板的电路特性,如果你写的小一点工厂也不会让你改,只是会看不清

2.PCB图中的元素

元件

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FPGA六层板,上图左边是二维视图,右边是三维视图

  • 元(器)件:包括接插件、电阻电容以及其他的芯片等,元件是我们画出来的,也可能是从网站上下载的。

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  • 元件是放在元件库里的,叫做PCBLIB,PCB引脚库,每个元件都有自己的名字

  • 一个元件要有PAD(焊盘),上图那些红色杠杠,PAD有个PAD号,叫Pin Number,每个红色杠杠都有一个编号,如上图标注123456。

  • 上图周围黄色的是芯片丝印的外框,如果不画的话芯片之间可能空间上发生干涉,就导致焊不上

布局布线

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  • 布线:就是一些连线,用铜线把应该连在一起的引脚连在一起

  • 布局:器件之间的摆放关系。有两个影响因素:1、前后板的连接关系;2、信号的走向

  • 该例中间是一个相机的PCB板,背面有一个接插件(蓝色,表示在底层,就是背面)。最下端接口是Sensor,之后将信号送入PFGA进行数据采集、排列,之后将数据送往J2接插件(连接另外一块图像处理的板子),因此数据流向就是从下往上(上图红色箭头标注的走向)。

  • 走线弯曲的原因是为了走线等长(只有在速度比较高时才需要考虑),比如MIPI线,G数量级的数据会受到走线长度的明显影响;而并行线传输的数据只有148.5MHz,等长要求低,绕线相对较少

  • 布局连线结束后还需要覆铜,还需要检查(例如AOI光学影像检查)后就差不多了(连线是为了走信号,覆铜是为了敷电源以及地,PCB视频里讲的覆铜皮,如下图高亮红色区域就是覆铜部分)在这里插入图片描述

  • 电源和地都覆铜,如果打过孔,就会造成短路在这里插入图片描述

叠层设计

一般两层板四层板不需要叠层设计,六层板及以上需要考虑。

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  • SIN01表示第一层是信号层(Signal)
  • GND02表示第二层是地层,一般是不分割的
  • PWR05表示第五层是电源层,也是一般不分割的,如果有别的电源的话想办法绕
  • 最佳信号层是01和03,次佳信号层是04和06
  • 四层板的一般结构:SIN01、GND02、PWD03、SIN04

3.PCB的设计依据

原理图(三要素)

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  • 元器件(上图J3接插件、R23电阻)
  • 连线
  • 网名:连线网络的名称,也叫netlabel网名标签,比如IO35_L16_N(注意把要连接在一起的接口起相同的名称,比如VCC33V3对应四个引脚,对应到电路板上的四个引脚就会自然联系在一起),上图电源VCC3V3也是网名

其他要素(非必要):

  • 释义要素:如13、15引脚处的图标(指示符),表示它是一个差分线
  • 注释:如13引脚处的SEN_MD3_N,表示是Sensor上的MIPI的数据1线,_N表示反向端,_P表示同向端

原理图元件库

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原理图上的元件来自元件库SCHLIB
SCHLIB(上图右上角)的PIN number与PCBLIB(上图下方)的是严格对应的

有的同学比较懒,没有找到元件库SCHLIB的封装(比如MOS管),就画一个框然后标注123个引脚也是可以的,但是原理图可读性就很差

4.PCB的设计流程——总结

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如果PCB文件没有保密需求,直接将PCBDOC,.brd或者.pcbdoc文件直接给加工厂,加工厂倒Gerber就可以;如果有保密需求,则建议生成Gerber文件,变成一张一张的画,把画交给PCB加工厂加工

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