电子产品世界

印刷电路板（PCB）是现代几乎所有电子设备的重要支撑，它们通过大量生产复杂而可靠的电路设计来实现。通过为电子元件提供稳定的安装点并可靠地连接它们，PCB 能够实现更高的集成度，提高电子设备的整体可靠性，并在产品开发过程中简化测试和故障排除。继续阅读，了解构成 PCB 的层、它们的制造过程以及工程师可以为他们的设计获得的各种类型的 PCB 简介。
 

从开始到完成的 PCB 设计

几乎所有 PCB 设计都从电路图开始，这些电路图说明了设计中的各个元件如何电气连接。完成的图纸是电路功能需求和电气特性的图形蓝图。

虽然严格来说并不需要考虑最终的 PCB 设计，但工程师们理想情况下希望采用前瞻性的方法，考虑他们的原理图如何影响 PCB 布局过程，并相应地绘制连接以简化后续步骤。工程师应在可能的情况下逻辑上和层次结构地分组电路设计，以利用模块化设计原则，使未来的更改和调整更容易。

该图显示了 Arduino MEGA 2560 参考设计原理图的一个小部分。

现代 PCB 设计软件可以将电路图转换为 PCB 布局，并且在许多简单情况下，这些自动生成的布局就足够了。然而，大多数项目，尤其是更复杂的项目，需要手动调整或完全定制的设计。在这一步中，工程师将原理图中的元件放置在一个代表 PCB 的二维平面上。然后，他们在电子器件的电连接焊盘之间绘制走线，这个过程通常被称为布线。虽然原理图定义了电路中的连接，但 PCB 设计决定了元件将如何在最终的 PCB 上安装以及它们之间的走线将如何布置。在这一步中，经验丰富的工程师可以利用几种强大的方法，例如管理电源分配和信号完整性考虑因素，来提高其设计的质量。此外，他们还可以添加测试点，并在项目早期原型设计阶段考虑可测试性。

在他们布置并连接所有组件后，设计人员可以在完成的布局上添加丝印标记，以记录他们的设计并帮助装配、故障排除和测试。这些标记通常包括组件名称、极性部件的方向指南、电气特性（例如，部件的电容）或元信息，例如设计版本。他们还可以改变 PCB 的形状和大小，并添加安装孔、隔离间隙和类似结构。

这张屏幕截图显示了完成参考 PCB 设计的顶层。

在设计项目的这个阶段，许多现代设计套件还允许生成结果的板和组件的 3D 渲染预览，以帮助可视化项目的外观。这些预览通常还可以导出到 CAD 软件中，用于设计外壳和模拟热特性。
 

导出和提交设计

工程师必须根据制造商的设计和文件格式规范导出完成的 PCB 布局。在此步骤中，他们可以利用自动设计规则检查（DRC）和电气规则检查的力量，这些是确保设计完整性、功能性和可制造性的关键过程。

更具体地说，DRC 是在 PCB 布局阶段应用的一组规则或约束，以确保设计满足制造商、行业标准或项目特定要求所定义的特定标准。DRC 可能包括一条规则，确保所有走线具有特定的最小宽度和足够的间距。相比之下，ERC 检查组件逻辑连接中的错误，从而保持原理图的准确性，并确保预期的电气连接反映在设计中。
 

PCB 制造流程

一旦导出并提交，制造商就开始制造 PCB，这涉及一系列需要高精度和严格质量控制步骤，以确保始终如一的良好结果。通常，制造商不会一次蚀刻一个电路板。相反，他们会将多个设计或设计副本组织成更大的组，这个过程称为面板化，以最大限度地提高效率并降低成本和生产浪费。

面板化后，制造过程根据客户的规格进行基板和材料准备。在制作刚性 PCB 时，典型的基板是 FR-4，一种玻璃增强环氧树脂层压板，具有优异的电绝缘性能、机械强度和阻燃性能。然后，这种基材上涂覆一层导电层，通常是一张非常薄的铜箔。

该铜表面涂有一层感光材料，在紫外线照射下会硬化。在此步骤中，制造商制作了一个代表面板化设计的 фотомаска。在开发过程中，紫外线辐射导致光刻胶层硬化。光罩覆盖层保护了在蚀刻过程中不应被去除的铜区，因为未曝光区域不会硬化，然后可以被化学溶液洗掉。

随后，化学试剂与未屏蔽的铜反应，去除不需要的导电材料，只留下 PCB 布局中定义的所需走线和区域。最后，化学清洗步骤从面板上去除硬化后的光刻胶区域，只留下最终的铜区域和走线。

当生产具有两个以上层的设计时，制造商对内基 PCB 的铜层进行化学处理，以获得更好的结合。然后，他们添加不同基材的薄板，称为预浸料，并将层堆叠起来，将基材夹在中间。预浸料的两侧也包含铜层，所有层中的对准孔确保正确的对齐。堆叠后，使用高压和高温将层融合在一起，形成一个具有四个铜层的最终 PCB 的单体堆栈。精确的压力和温度控制确保层正确结合，并在产品寿命期间防止分层。自动光学检查确保内铜层无瑕疵。

这张图片描绘了一个四层 PCB 在压制前的分解视图，并未描绘铜层中已经蚀刻的走线。

接下来，CNC 机床根据工程师的定义钻孔和切割插槽。额外的电镀可以增加铜走线的厚度。然后，工厂通常会涂覆阻焊层，通常给 PCB 带来其特有的绿色。然而，工程师通常可以从不同的颜色和表面处理选项中进行选择。除了视觉方面，阻焊层可以防止腐蚀，并通过防止焊料无意中粘附到走线和桥接焊盘上，从而促进高效的组装。然后，在应用额外的可选表面处理（如 HASL 或 ENIG）以保护铜焊盘并实现快速组装之前，会在阻焊层上印刷丝印。

最后，制造商在大面板上分离各个设计，然后进行电气测试、自动光学检测和其他质量控制措施。完成的 PCB 随后被包装并运送给客户。
 

关键词： PCB 电路设计