01 什么是PCB

PCB：Printed circuit board 印刷電路板，是指在通用基材上按預(yù)定設(shè)計(jì)形成點(diǎn)間連接及印制元件的印刷板。

02 PCB的發(fā)展進(jìn)程

1925年，美國(guó)的 Charles Ducas 在絕緣的基板上印刷出線路圖案，再以電鍍的方式，成功建立導(dǎo)體作配線。這時(shí)，“PCB”這個(gè)名詞就誕生了。這種方法使得制造電器變得容易。

從1950年代到1990年代。這是PCB產(chǎn)業(yè)形成并快速成長(zhǎng)的階段，即PCB產(chǎn)業(yè)化的早期階段，此時(shí)PCB已經(jīng)成為一個(gè)產(chǎn)業(yè)。

在 1961 年美國(guó) Hazeltine Corporation 制作出多層板，到了21世紀(jì)以來(lái)，高密度的 BGA、封裝基板等又得到迅猛發(fā)展。

03 PCB的作用

1）為電路中各種元器件提供機(jī)械支撐；

2）使各種電子零組件形成預(yù)定電路的電氣連接，起中繼傳輸作用；

3）用標(biāo)記符號(hào)將所安裝的各元器件標(biāo)注出來(lái)，便于插裝、檢查及調(diào)試。

PCB 可以實(shí)現(xiàn)電子元器件之間的相互連接，起中繼傳輸?shù)淖饔?，是電子元器件的支撐體，因而被稱為“電子產(chǎn)品之母”。

04 ** PCB過(guò)孔技術(shù)**

過(guò)孔一般又分為三類：通孔、盲孔和埋孔。

通孔： 這種孔穿過(guò)整個(gè)線路板，可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現(xiàn)，成本較低，所以一般印制電路板均使用。

盲孔： 指位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。

埋孔： 指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會(huì)延伸到線路板的表面。

高速PCB中過(guò)孔的影響：

高速PCB多層板中，信號(hào)從某層互連線傳輸?shù)搅硪粚踊ミB線就需要通過(guò)過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，在頻率低于1GHz時(shí)，過(guò)孔能起到一個(gè)很好的連接作用，其寄生電容、電感可以忽略。

當(dāng)頻率高于1 GHz后，過(guò)孔的寄生效應(yīng)對(duì)信號(hào)完整性的影響就不能忽略，此時(shí)過(guò)孔在傳輸路徑上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的反射、延時(shí)、衰減等信號(hào)完整性問(wèn)題。

當(dāng)信號(hào)通過(guò)過(guò)孔傳輸至另外一層時(shí)，信號(hào)線的參考層同時(shí)也作為過(guò)孔信號(hào)的返回路徑，并且返回電流會(huì)通過(guò)電容耦合在參考層間流動(dòng)，并引起地彈等問(wèn)題。

05 ** PCB的階數(shù)**

一階板,一次壓合即成,可以想像成最普通的板。

二階板,兩次壓合,以盲埋孔的八層板為例,先做2-7層的板,壓好,這時(shí)候2-7的通孔埋孔已經(jīng)做好了,再加1層和8層壓上去,打1-8的通孔,做成整板。

三階板就比上面更復(fù)雜,先壓3-6層,再加上2和7層,最后加上1到8層,一共要壓合三次,一般廠家做不了，成本較高。

06 ** PCB各層的含義**

1.Signal layer(信號(hào)層)

信號(hào)層主要用于布置電路板上的導(dǎo)線。AD提供了32個(gè)信號(hào)層，包括Top layer(頂層)，Bottom layer(底層)和30個(gè)MidLayer(中間層)。

2.Internal plane layer(內(nèi)部電源/接地層)

AD提供了16個(gè)內(nèi)部電源層/接地層。該類型的層僅用于多層板，主要用于布置電源線和接地線。我們稱雙層板，四層板，六層板，一般指信號(hào)層和內(nèi)部電源/接地層的數(shù)目。

3.Mechanical layer(機(jī)械層)

AD提供了16個(gè)機(jī)械層，它一般用于設(shè)置電路板的外形尺寸，數(shù)據(jù)標(biāo)記，對(duì)齊標(biāo)記，裝配說(shuō)明以及其它的機(jī)械信息。這些信息因設(shè)計(jì)公司或PCB制造廠家的要求而有所不同。執(zhí)行菜單命令Design|MechanicalLayer能為電路板設(shè)置更多的機(jī)械層。另外，機(jī)械層可以附加在其它層上一起輸出顯示。

4.Solder mask layer(阻焊層)

在焊盤以外的各部位涂覆一層涂料，如防焊漆，用于阻止這些部位上錫。阻焊層用于在設(shè)計(jì)過(guò)程中匹配焊盤，是自動(dòng)產(chǎn)生的。AD提供了Top Solder(頂層)和Bottom Solder(底層)兩個(gè)阻焊層。

5.Paste mask layer(錫膏防護(hù)層，SMD貼片層)

它和阻焊層的作用相似，不同的是在機(jī)器焊接時(shí)對(duì)應(yīng)的表面粘貼式元件的焊盤。AD提供了Top Paste(頂層)和Bottom Paste(底層)兩個(gè)錫膏防護(hù)層。

主要針對(duì)PCB板上的SMD元件。如果板全部放置的是Dip(通孔)元件，這一層就不用輸出Gerber文件了。在將SMD元件貼PCB板上以前，必須在每一個(gè)SMD焊盤上先涂上錫膏，在涂錫用的鋼網(wǎng)就一定需要這個(gè)Paste Mask文件,菲林膠片才可以加工出來(lái)。

Paste Mask層的Gerber輸出最重要的一點(diǎn)要清楚，即這個(gè)層主要針對(duì)SMD元件，同時(shí)將這個(gè)層與上面介紹的Solder Mask作一比較，弄清兩者的不同作用，因?yàn)閺姆屏帜z片圖中看這兩個(gè)膠片圖很相似。

6.Keep out layer(禁止布線層)

用于定義在電路板上能夠有效放置元件和布線的區(qū)域。在該層繪制一個(gè)封閉區(qū)域作為布線有效區(qū)，在該區(qū)域外是不能自動(dòng)布局和布線的。

7.Silkscreen layer(絲印層)

絲印層主要用于放置印制信息，如元件的輪廓和標(biāo)注，各種注釋字符等。AD提供了Top Overlay和Bottom Overlay兩個(gè)絲印層。一般，各種標(biāo)注字符都在頂層絲印層，底層絲印層可關(guān)閉。

8.Multi layer(多層)

電路板上焊盤和穿透式過(guò)孔要穿透整個(gè)電路板，與不同的導(dǎo)電圖形層建立電氣連接關(guān)系，因此系統(tǒng)專門設(shè)置了一個(gè)抽象的層—多層。一般，焊盤與過(guò)孔都要設(shè)置在多層上，如果關(guān)閉此層，焊盤與過(guò)孔就無(wú)法顯示出來(lái)。

9.Drill layer(鉆孔層)

鉆孔層提供電路板制造過(guò)程中的鉆孔信息(如焊盤，過(guò)孔就需要鉆孔)。AD提供了Drillgride(鉆孔指示圖)和Drill drawing(鉆孔圖)兩個(gè)鉆孔層。

07 ** PCB為什么需要拼板**

電路板設(shè)計(jì)完以后需要上SMT貼片流水線貼上元器件，每個(gè)SMT的加工工廠都會(huì)根據(jù)流水線的加工要求，規(guī)定電路板的最合適的尺寸規(guī)定，比如尺寸太小或者太大，流水線上固定電路板的工裝就沒(méi)法固定。那么問(wèn)題來(lái)了，如果我們的電路板本身尺寸小于工廠給的尺寸規(guī)定時(shí)怎么辦?那就是需要我們把電路板拼板，把多個(gè)電路板拼成一整塊。拼版無(wú)論對(duì)于高速貼片機(jī)還是對(duì)于波峰焊都能顯著提高效率。

08 ** PCB的疊層結(jié)構(gòu)**

總的來(lái)說(shuō)疊層設(shè)計(jì)主要要遵從兩個(gè)規(guī)矩:

1 每個(gè)走線層都必須有一個(gè)鄰近的參考層(電源或地層);
2 鄰近的主電源層和地層要保持最小間距,以提供較大的耦合電容。

對(duì)于如何選擇設(shè)計(jì)用幾層板和用什么方式的疊層，要根據(jù)板上信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，器件密度，PIN密度，信號(hào)的頻率，板的大小等許多因素。對(duì)于這些因素我們要綜合考慮。對(duì)于信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量越多，器件密度越大，PIN密度越大，信號(hào)的頻率越高的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用多層板設(shè)計(jì)。為得到好的EMI性能最好保證每個(gè)信號(hào)層都有自己的參考層。

09 ** PCB走線的阻抗設(shè)計(jì)**

線路板中的導(dǎo)體會(huì)有各種信號(hào)的傳遞，為提高其傳輸速率而必須提高其頻率，線路本身若因蝕刻，疊層厚度，導(dǎo)線寬度等不同因素，將會(huì)造成阻抗值的變化，使其信號(hào)失真，因此在高速線路板上的導(dǎo)體，其阻抗值應(yīng)控制在某一范圍之內(nèi)，稱為“阻抗控制”。

導(dǎo)線的阻抗由其感應(yīng)和電容性電感、電阻和電導(dǎo)系數(shù)決定。影響PCB走線的阻抗因素主要有: 銅線的寬度、銅線的厚度、介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)的厚度、焊盤的厚度、地線的路徑、走線周邊的走線等。

PCB 傳輸線路通常由一個(gè)導(dǎo)線、一個(gè)或多個(gè)參考層和絕緣材質(zhì)組成。導(dǎo)線和板層構(gòu)成了控制阻抗。PCB常常采用多層結(jié)構(gòu)，并且控制阻抗也可以采用各種方式來(lái)構(gòu)建。但是，無(wú)論使用什么方式，阻抗值都將由其物理結(jié)構(gòu)和絕緣材料的電子特性決定：

1.信號(hào)導(dǎo)線的寬度和厚度；

2.導(dǎo)線兩側(cè)的內(nèi)核或預(yù)填材質(zhì)的高度；

3.導(dǎo)線和板層的配置；

4.內(nèi)核和預(yù)填材質(zhì)的絕緣常數(shù)。

審核編輯：劉清