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1、PCB 设计必看的基础知识 设计必看的基础知识 设计必看的基础知识作为在行业领域的人士来说，抄板，设计基础知识必须得牢固掌 握，以下就是设计的一些基础知识希望对设计的人士能有所帮助。印刷电路板（ ，）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上。除了固 定各种小零件外，的主要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，上头的线路及零件 也越来越密集了。 标准的设计长得就像这样。裸板（上头没有零件 也常被称为印刷线路板 （）。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
2、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 （ ）或称布线，并用来提供上零件的电路连接。为了将零件固定在 上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最基本的（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，的正反面分别被称为零件面（ ）及 焊接面（ ）。如果上头有某些零件，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（）。由于插座是直接焊在板子上的， 零件可以任意的拆装。下面
3、看到的是（ ，零拨插力式）插座，它可以让零件（这里指的是）可以轻松插进插座，也可以拆下来。插座旁 的固定杆，可以在您插进零件后将其固定。如果要将两块相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边 接头（ ）。金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是 布线的一部份。通常连接时，我们将其中一片上的金手指插进另一片 上合适的插槽上（一般叫做扩充槽）。在计算机中，像是显示卡，声 卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来及主机板连接的。 上 的绿色或是棕色，是阻焊漆（ ）的颜色。这层是绝缘的防护层，可 以保护铜线，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（ ）。通常在这
4、上面会印上文字及符号（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（）。单面板（ ） 我们刚刚提到过，在最基本的上，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 们就称这种叫作单面板（）。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。双面板（ ）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（）。导孔是在上，充满或涂上金属的小洞，它可以及两面的导 线相连接。因为双面板的面积比单面板大了
5、一倍，而且因为布线可以 互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路 上。多层板（ ） 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
6、看出来。我们刚刚提到的导孔（），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（ ）和盲孔（ ） 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 部及表面连接，不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的，所以光是 从表面是看不出来的。在多层板中，整层都直接连接上地线及电源。所以我们将各层分 类为信号层（），电源层（）或是地线层（）。如果上的零件需要不 同的电源供应，通常这类设计会有两层以上的电源及电线层。零件封装技术插入式封装技术（ ）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
7、为插入式（ ，）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，零件和（ ，表面黏着式）零件比起来， 及连接的构造比较好，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，所以通常它们都是封装。表面黏贴式封装技术（ ）使用表面黏贴式封装（ ，）的零件，接脚是焊在及零件同一面。 这种技术不用为每个接脚的焊接，而都在上钻洞。 表面黏贴式的零 件，甚至还能在两面都焊上。也比的零件要小。和使用零件的比起来，使用技术的板上零件要 密集很多。封装零件也比的要便宜。所以现今的上大部分都是，自然 不足为奇。因为
8、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。设计流程 在的设计中，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 首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。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数个的话，不仅在尺寸上可以缩小，也可以让系统具有升级及交换零件的能力。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、软盘驱动器和电决定使用封装方
9、法，和各的大小当各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，或是重新作分割 的动作。在选择技术时，也要将线路图的品质及速度都考量进去。绘出所有的电路概图概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的都必须 要描出来，现今大多采用（计算机辅助设计， ）的方式。下面就是 使用设计的范例。的电路概图初步设计的仿真运作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，然后用手动测量要来的有效 率多了。将零件放上零件放置的方式，是根据它们
10、之间如何相连来决定的。它们必须 以最有效率的方式及路径相连接。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。测试布线可能性，及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。导出上线路在概图中的连接，现在将会实地做成布线的样子。这项步骤通常 都
11、是全自动的，不过一般来说还是需要手动更改某些部份。下面是2 层板的导线模板。红色和蓝色的线条，分别代表的零件层及焊接层。 白色的文字及四方形代表的是网版印刷面的各项标示。红色的点和圆 圈代表钻洞及导孔。最右方我们可以看到上的焊接面有金手指。这个 的最终构图通常称为工作底片（）。每一次的设计，都必须要符合一套规定，像是线路间的最小保留 空隙，最小线路宽度，和其它类似的实际限制等。这些规定依照电路 的速度，传送信号的强弱，电路对耗电及噪声的敏感度，以及材质品 质及制造设备等因素而有不同。如果电流强度上升，那导线的粗细也 必须要增加。为了减少的成本，在减少层数的同时，也必须要注意这 些规定是否仍旧符
12、合。如果需要超过2 层的构造的话，那么通常会使 用到电源层以及地线层，来避免信号层上的传送信号受到影响，并且 可以当作信号层的防护罩。导线后电路测试为了确定线路在导线后能够正常运作，它必须要通过最后检测。 这项检测也可以检查是否有不正确的连接，并且所有联机都照着概图 走。建立制作档案因为目前有许多设计的工具，制造厂商必须有符合标准的档案， 才能制造板子。标准规格有好几种，不过最常用的是 规格。一组 包括各信号、电源以及地线层的平面图，阻焊层及网板印刷面的平面 图，以及钻孔及取放等指定档案电磁兼容问题没有照（电磁兼容）规格设计的电子设备，很可能会散发出电磁 能量，并且干扰附近的电器。对电磁干扰（
13、），电磁场（）和射频干 扰（）等都规定了最大的限制。这项规定可以确保该电器及附近其它 电器的正常运作。对一项设备，散射或传导到另一设备的能量有严格 的限制，并且设计时要减少对外来、等的磁化率。换言之，这项规 定的目的就是要防止电磁能量进入或由装置散发出。这其实是一项很 难解决的问题，一般大多会使用电源和地线层，或是将放进金属盒子 当中以解决这些问题。电源和地线层可以防止信号层受干扰，金属盒 的效用也差不多。对这些问题我们就不过于深入了。电路的最大速度得看如何照规定做了。内部的，像是导体间的电 流耗损，会随着频率上升而增强。如果两者之间的的电流差距过大， 那么一定要拉长两者间的距离。这也告诉我们
14、如何避免高压，以及让 电路的电流消耗降到最低。布线的延迟率也很重要，所以长度自然越 短越好。所以布线良好的小，会比大更适合在高速下运作。制造流程的制造过程由玻璃环氧树脂（ ）或类似材质制成的基板开始 影像（成形导线制作） 制作的第一步是建立出零件间联机的布线。我们采用负片转印（ ）方式将工作底片表现在金属导体上。这项技巧是将整个表面铺 上一层薄薄的铜箔，并且把多余的部份给消除。追加式转印（ ）是 另一种比较少人使用的方式，这是只在需要的地方敷上铜线的方法， 不过我们在这里就不多谈了。如果制作的是双面板，那么的基板两面都会铺上铜箔，如果制作 的是多层板，接下来的步骤则会将这些板子黏在一起。接下来
15、的流程图，介绍了导线如何焊在基板上。正光阻剂（ ）是由感光剂制成的，它在照明下会溶解（负光阻剂 则是如果没有经过照明就会分解）。有很多方式可以处理铜表面的光 阻剂，不过最普遍的方式，是将它加热，并在含有光阻剂的表面上滚 动（称作干膜光阻剂）。它也可以用液态的方式喷在上头，不过干膜 式提供比较高的分辨率，也可以制作出比较细的导线。遮光罩只是一个制造中层的模板。在板上的光阻剂经过光曝光之 前，覆盖在上面的遮光罩可以防止部份区域的光阻剂不被曝光（假设 用的是正光阻剂）。这些被光阻剂盖住的地方，将会变成布线。在光阻剂显影之后，要蚀刻的其它的裸铜部份。蚀刻过程可以将 板子浸到蚀刻溶剂中，或是将溶剂喷在板
16、子上。一般用作蚀刻溶剂的 有，氯化铁（ ），碱性氨（ ），硫酸加过氧化氢（ + ），和氯 化铜（ ）等。蚀刻结束后将剩下的光阻剂去除掉。这称作脱膜（） 程序。钻孔及电镀如果制作的是多层板，并且里头包含埋孔或是盲孔的话，每一层 板子在黏合前必须要先钻孔及电镀。如果不经过这个步骤，那么就没 办法互相连接了。在根据钻孔需求由机器设备钻孔之后，孔璧里头必须经过电镀（镀 通孔技术， ，）。在孔璧内部作金属处理后，可以让内部的各层线 路能够彼此连接。在开始电镀之前，必须先清掉孔内的杂物。这是因 为树脂环氧物在加热后会产生一些化学变化，而它会覆盖住内部层， 所以要先清掉。清除及电镀动作都会在化学制程中完成。多层压合 各单片层必须要压合才能制造出多层板。压合动作包括在各层间 加入绝缘层，以及将彼此黏牢等。如果有透过好几层的导孔，那么每 层都必须要重复
