PCB基础知识

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1、第 1 页 共 16 页但另一方面，但另一方面，THTTHT 零件和零件和 SMTSMT（SurfaceSurface MountedMounted TechnologyTechnology，表面黏着式）零件比起来，表面黏着式）零件比起来， . 使用表面黏贴式封装使用表面黏贴式封装（SurfaceSurface MountedMounted TechnologyTechnology，SMTSMT）的零件，接脚是焊在与）的零件，接脚是焊在与 .Pcb 基础知识摘要：摘要：但另一方面，但另一方面，THTTHT 零件和零件和 SMTSMT（SurfaceSurface MountedMounted

2、TechnologyTechnology，表面黏着，表面黏着 式）零件比起来，式）零件比起来， . 使用表面黏贴式封装（使用表面黏贴式封装（SurfaceSurface MountedMounted TechnologyTechnology，SMTSMT）的零件，接脚是焊在与）的零件，接脚是焊在与 .关键词：关键词：SMTSMT类别：类别：电子通讯电子通讯PcbPcb 基础知识基础知识 1 1、导论、导论 我们在 Toms 硬件指南上为各位介绍的主机板、显示卡等等的计算机零件，它们 最重要的部份，莫过于印刷电路板（Printed circuit board，PCB）了。您可以由它 身上测得各项

3、实际的规格以及测试数据，不过另一方面，您也可以仔细研究它，看看 许多设计者将他们的艺术才能，都发挥在这精密的制造过程上。PCB 本身可说是电子设 计之美，以及纯熟技术的结合。接下来我们将带领各位看看 PCB 的世界，虽然我们不 敢说探讨到多艰深的技术，不过我们尽可能的让这篇文章涵盖的范围更广，为各位读 者们提供一个全面的概念。 2 2、什么是、什么是 PCBPCB？ 第 2 页 共 16 页印刷电路板（Printed circuit board，PCB）几乎会出现在每一种电子设备当中。 如果在某样设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的 PCB 上。除了固定各 种小零件外，PCB 的主要

4、功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来 越复杂，需要的零件越来越多，PCB 上头的线路与零件也越来越密集了。 标准的 PCB 长得就像这样。裸板（上头没有零件）也常被称为印刷线路板 Printed Wiring Board（PWB）。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的 细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻 处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供 PCB 上零件的电路连接。 为了将零件固定在 PCB 上面，我们将它们的接脚直接

5、焊在布线上。在最基本的 PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面。这么一来我们就 需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面 上的。因为如此，PCB 的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面 （Solder Side）。 如果 PCB 上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件 安装时会用到插座（Socket）。由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。 下面看到的是 ZIF（Zero Insertion Force，零拨插力式）插座，它可以让零件（这里 指的是 CPU）可以轻松插进插座，也

6、可以拆下来。插座旁的固定杆，可以在您插进零件 后将其固定。 ZIF 插座 第 3 页 共 16 页如果要将两块 PCB 相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边接头（edge connector）。金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是 PCB 布线的一部 份。通常连接时，我们将其中一片 PCB 上的金手指插进另一片 PCB 上合适的插槽上 （一般叫做扩充槽 Slot）。在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡， 都是借着金手指来与主机板连接的。 边接头（俗称金手指）AGP 扩充槽 PCB 上的绿色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的颜色。这层是绝缘的防护层， 可以

7、保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层 丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以 标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。 有白色图标面的绿色 PCB没有图标面的棕色 PCB 第 4 页 共 16 页导线（Conductor Pattern） 3、PCB 的种类的种类单面板（单面板（Single-SidedSingle-Sided BoardsBoards） 我们刚刚提到过，在最基本的 PCB 上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一 面上。因为导线只出现在其中一面，所以我们就称这种 P

8、CB 叫作单面板（Single- sided）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交 叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。 单面 PCB 表面 单面 PCB 底面双面板（双面板（Double-SidedDouble-Sided BoardsBoards） 这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的 电路连接才行。这种电路间的桥梁叫做导孔（via）。导孔是在 PCB 上，充满或涂 上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，第 5 页 共 16 页而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一

9、面），它更适合用在比单面板更复杂的电 路上。 双面 PCB 表面双面 PCB 底面多层板（多层板（Multi-LayerMulti-Layer BoardsBoards） 为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数 片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。板子的层数就代表了有几 层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是 4 到 8 层的结构，不过技术上可以做到近 100 层的 PCB 板。大型的超级计算机大多使用 相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超 多层板已经渐渐不被使用了。因为

10、PCB 中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实 际数目，不过如果您仔细观察主机板，也许可以看出来。 我们刚刚提到的导孔（via），如果应用在双面板上，那么一定都是打穿整个板子。 不过在多层板当中，如果您只想连接其中一些线路，那么导孔可能会浪费一些其它层 的线路空间。埋孔（Buried vias）和盲孔（Blind vias）技术可以避免这个问题，因 为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部 PCB 与表面 PCB 连接，不须穿透整个板子。 埋孔则只连接内部的 PCB，所以光是从表面是看不出来的。 在多层板 PCB 中，整层都直接连接上地线与电源。所以我们将各层分类为信号层 （Signal），电

11、源层（Power）或是地线层（Ground）。如果 PCB 上的零件需要不同的 电源供应，通常这类 PCB 会有两层以上的电源与电线层。 4 4、零件封装技术、零件封装技术 插入式封装技术（插入式封装技术（ThroughThrough HoleHole TechnologyTechnology） 将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为插入式 （Through Hole Technology，THT）封装。这种零件会需要占用大量的空间，并且 要为每只接脚钻一个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间，而且焊点也比较大。 但另一方面，THT 零件和 SMT（Surface Moun

12、ted Technology，表面黏着式）零件比起 来，与 PCB 连接的构造比较好，关于这点我们稍后再谈。像是排线的插座，和类似的 界面都需要能耐压力，所以通常它们都是 THT 封装。 第 6 页 共 16 页THT 零件（焊接在底部） 表面黏贴式封装技术（表面黏贴式封装技术（SurfaceSurface MountedMounted TechnologyTechnology） 使用表面黏贴式封装（Surface Mounted Technology，SMT）的零件，接脚是焊在 与零件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接，而都在 PCB 上钻洞。 表面黏贴式零件 表面黏贴式的零件，甚至还能在

13、两面都焊上。 表面黏着式的零件焊在 PCB 上的同一面。 第 7 页 共 16 页SMT 也比 THT 的零件要小。和使用 THT 零件的 PCB 比起来，使用 SMT 技术的 PCB 板 上零件要密集很多。SMT 封装零件也比 THT 的要便宜。所以现今的 PCB 上大部分都是 SMT，自然不足为奇。 因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实在非常难。不过如果考虑到目 前的组装都是全自动的话，这个问题只会出现在修复零件的时候吧。 5 5、设计流程、设计流程 在 PCB 的设计中，其实在正式布线前，还要经过很漫长的步骤，以下就是主要设 计的流程： 系统规格系统规格 首先要先规划出该电子设备

14、的各项系统规格。包含了系统功能，成本限制，大小， 运作情形等等。 系统功能区块图系统功能区块图 接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。 将系统分割几个将系统分割几个 PCBPCB 将系统分割数个 PCB 的话，不仅在尺寸上可以缩小，也可以让系统具有升级与交 换零件的能力。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就可以分成主 机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。 决定使用封装方法，和各决定使用封装方法，和各 PCBPCB 的大小的大小 当各 PCB 使用的技术和电路数量都决定好了，接下来就是决定板子的大小了。如 果设计的过大，那么封装技术就要改变，或是重

15、新作分割的动作。在选择技术时，也 要将线路图的品质与速度都考量进去。 绘出所有绘出所有 PCBPCB 的电路概图的电路概图 概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的 PCB 都必须要描出来， 现今大多采用 CAD（计算机辅助设计，Computer Aided Design）的方式。下面就是使用CircuitMakerTM设计的范例。 PCB 的电路概图 初步设计的仿真运作初步设计的仿真运作 第 8 页 共 16 页为了确保设计出来的电路图可以正常运作，这必须先用计算机软件来仿真一次。 这类软件可以读取设计图，并且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一 块样本 PCB，然后用手

16、动测量要来的有效率多了。 将零件放上将零件放上 PCBPCB 零件放置的方式，是根据它们之间如何相连来决定的。它们必须以最有效率的方 式与路径相连接。所谓有效率的布线，就是牵线越短并且通过层数越少（这也同时减 少导孔的数目）越好，不过在真正布线时，我们会再提到这个问题。下面是总线在 PCB 上布线的样子。为了让各零件都能够拥有完美的配线，放置的位置是很重要的。 导线构成的总线 测试布线可能性，与高速下的正确运作测试布线可能性，与高速下的正确运作 现今的部份计算机软件，可以检查各零件摆设的位置是否可以正确连接，或是检 查在高速运作下，这样是否可以正确运作。这项步骤称为安排零件，不过我们不会太 深入研究这些。如果电路设计有问题，在实地导出线路前，还可以重新安排零件的位 置。 导出导出 PCBPCB 上线路上线路 在概图中的连接，现在将会实地作成布线的样子。这项步骤通常都是全自动的， 不过一般来说还是需要手动更改某些部份。下