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硬件開發

PCB設計

2019-12-16

一、PCB的基礎知識

1,PCB的概念

PCB(Printed Circuit Board),中文名稱為印制電路板,又稱印刷線路板,它是在一層絕緣物質上制作的,這層絕緣物質叫做基板。它是電子元器件的支撐體,是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術制作的,故被稱為“印刷”電路板。

有些類型的PCB是在一面或雙面上覆蓋一層銅箔,多于的銅被蝕刻處理掉,只剩下電路布線(接線)和元件轉配位置(焊盤)。其它類型的PCB則是從一塊裸基板開始,向表面繪制銅線以制作電路。

多層PCB是通過多片薄基板堆疊而成,每片基板的一面上都覆蓋有銅制電路圖。等基板上的電路蝕刻完成后,這些基板就堆疊結合起來形成一塊PCB,可以最多包含10層基板。基板材料通常是酚醛材料(XXXP/FR-2)或者樹脂浸漬編織纖維板(FR-4)。FR后面的數值表明了材料的阻燃性能等級。

2,PCB的焊盤、過孔和走線

PCB布局包含三種基本類型的圖案:焊盤、過控、走線。焊盤是元件在PCB上裝配的位置,通孔元件的焊盤是一個中間開有引腳孔的環形銅墊圈。過孔通常比焊盤要小,用來將信號或能量從PCB的一層引到另一層。走線是電路的接線,走線寬度決定了可以安全通過走線而不會引起可能有害的電阻熱的電流大小。

二、PCB布局設計

PCB布局是指在PCB板上給定區域內排列元件并決定如何設置走線,以將元件連接成完整電路的設計過程。它是一種藝術,通常會在嘗試多次后才能確定元件的擺放方式和走線的布線方式,以確保它們之間沒好友沖突,也沒有間距過窄的情況。設計好的PCB布局看起來并不像原始的電路圖。

1,PCB布局過程

(1)確定PCB板尺寸:為了避免元件的引腳和其他元件之間出現阻礙,一定要為元件和走線流出足夠的空間,可以利用PCB設計軟件工具庫里面的封裝外形來設計PCB的結構圖。
(2)部件安排:確定接線端子、I/O連接器和導線的裝配孔和焊盤位置,這將確定PCB的物理裝配和接口幾何形狀。
(3)放置元件:每個部件的封裝都是從PCB設計工具中的元件外形庫獲取的,從外形庫中選擇一個部件,并將其放置在PCB的布局設計區。
(4)在焊接面上設置走線:雖然可交給設計工具去自動布線,雖然效率提升了,但這樣也有缺點,那就是畢竟系統給出的并一定是最精簡智能的走線布局,可能與實際需要相差甚遠。
(5)在元件面上設置走線:接下來設置PCB的元件面(頂面),一定不要將走線疊到一起,也不能距離焊盤太近。走線也可以從電阻之類的元件焊盤之間穿過,但前提是走線和元件的焊盤間有足夠的距離。
(6)制作絲印層:最后的PCB設計步驟就是制作PCB的絲印層,在完成的PCB表面直接印刷元件的外形、部件編號和其它信息。
(7)生成光繪文件:在完成布局設計后,將它存盤,然后創建一系列用于電路板制造的文件。工業標準的制造步驟是通過光繪文件進行的,每個PCB的布局都有多個光繪文件組成。

2,PCB設計要點

在PCB中,特殊的元器件是指高頻部分的關鍵元器件、電路中的核心元器件、易受干擾的元器件、帶高壓的元器件、發熱量大的元器件,以及一些異性元器件,這些特殊元器件的位置需要仔細分析,做帶布局合乎電路功能的要求及生產的需求。不恰當的放置他們可能產生電路兼容問題、信號完整性問題,從而導致PCB設計的失敗。

在設計中如何放置特殊元器件時首先考慮PCB尺寸大小。快易購指出pcb尺寸過大時,印刷線條長,阻抗增加,抗燥能力下降,成本也增加;過小時,散熱不好,且臨近線條容易受干擾。在確定PCB的尺寸后,在確定特殊元件的擺方位置。最后,根據功能單元,對電路的全部元器件進行布局。

3,PCB布局原則

(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連接,設法減少他們的分布參數及和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互離的太近,輸入和輸出應盡量遠離。
(2)一些元器件或導線有可能有較高的電位差,應加大他們的距離,以免放電引起意外短路。高電壓的元器件應盡量放在手觸及不到的地方。
(3)重量超過15G的元器件,可用支架加以固定,然后焊接。那些又重又熱的元器件,不應放到電路板上,應放到主機箱的底版上,且考慮散熱問題。熱敏元器件應遠離發熱元器件。
羸彩彩票(4)對與電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元器件的布局應考慮整塊板子的結構要求,一些經常用到的開關,在結構允許的情況下,應放置到手容易接觸到的地方。元器件的布局到均衡,疏密有度,不能頭重腳輕。一個產品的成功,一是要注重內在質量。而是要兼顧整體的美觀,兩者都比較完美的板子,才能成為成功的產品。

4,PCB元器件放置順序

(1)放置與結構有緊密配合的元器件,如電源插座、指示燈、開關、連接器等。
(2)放置特殊元器件,如大的元器件、重的元器件、發熱元器件、變壓器、IC等。
(3)放置小的元器件。

5,PCB布局檢查

(1)電路板尺寸和圖紙要求加工尺寸是否相符合。
(2)元器件的布局是否均衡、排列整齊、是否已經全部布完。
(3)各個層面有無沖突。如元器件、外框、需要私印的層面是否合理。
(4)常用到的元器件是否方便使用。如開關、插件板插入設備、須經常更換的元器件等。
(5)熱敏元器件與發熱元器件距離是否合理。
(6)散熱性是否良好。
(7)線路的干擾問題是否需要考慮。

三、PCB的制造

PCB(電路板)的制造過程可以采取兩種形式:消減法或加成法。消減法是最常用的小型PCB生產方法,利用酸將多余的銅從PCB表面除去,只剩下走線和元件的焊盤。加成法是從一片裸露的基片開始,利用電鍍技術制作銅線電路圖案。它還有一種變化形式是半加成法。

對于小型的少量PCB制作,可以依靠PCB布線器來完成,布局生成的光繪文件能夠引導布線器運行,這是制造小型PCB的快速方法。如果想要大批量生成PCB,那么就要尋求專業的制造廠家來生產了,只需要準備一套光繪文件和一些費用就夠了。其余的事情都可以交給廠家一條龍服務解決了。

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