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什么是印刷电路板(PCB)?

2020-04-15
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摘要 绝大多数电路设计都以印刷电路板(简称PCB)的形式进入物理领域。

  我们通常使用称为原理图的图来学习,分析和设计电气或电子电路,该图由线连接的组件符号组成。这些符号代表从基本的无源组件(例如电阻器或电容器)到复杂的集成电路(例如微控制器)的所有内容,而线表示允许电流从电路的一部分自由流到另一部分的导电路径。

  所有原理图的共同点是完全无法驱动电动机,无法使LED闪烁,无法滤除噪声,或者无法执行我们希望电气系统执行的任何其他有用和有趣的事情。原理图毕竟只是一张图纸。为了用电路实际完成某件事,我们需要将其原理图转换为物理组件和物理互连。简单的原理图通常可以在试验板上实现,但是绝大多数电路设计都以印刷电路板(简称PCB)的形式进入物理领域。

  PCB的结构

  一种非常基本的印刷电路板是一种扁平的,刚性的绝缘材料,其一侧粘有薄的导电结构。这些导电结构产生例如由矩形,圆形和正方形组成的几何图案。长而细的矩形充当互连(即等效于导线),而各种形状充当组件的连接点。

  诸如图像中的示例的印刷电路板仅具有一个导电层。单层PCB的限制非常严格。电路实现将无法有效利用可用面积,设计人员可能难以创建必要的互连。

  结合额外的导电层可使PCB更加紧凑且更易于设计。两层板是对单层板的一项重大改进,大多数应用至少受益于四层。四层板由顶层,底层和两个内部层组成。(“顶部”和“底部”可能看起来不像是典型的科学术语,但它们仍然是PCB设计和制造领域的正式名称。)

  PCB堆叠

  该叠层是导电层和绝缘层的在多层印刷电路板的布置。下面的侧视图显示了四层板的堆叠。

  选择的导电材料是铜。预浸料是一种绝缘材料,预先用树脂浸渍(因此得名),芯(也绝缘)的成分与预浸料相似。

  我建议您尽可能使用四层结构。四层板使您可以将一个内部层专用于参考电位(即接地),将另一个内部层专用于电源电压。顶部(如有必要,底部)将是组件层。这种布置有助于PCB设计,还可以帮助您提高电路性能。

  了解PCB功能和术语

  有关印刷电路板的讨论中有很多专门的词汇。本节描述了PCB上的物理结构,并为您提供了用于识别它们的词语。

  导电互连被称为跟踪,以及用于部件的连接点被称为衬垫(用于引脚其余部分的板的表面上)和通孔(对于被插入到孔中的销的板钻孔)。基本的PCB设计包括布置焊盘和通孔,以便可以正确安装组件,然后使用走线连接这些焊盘和通孔。

  并非所有钻孔都用于通孔组件。我们经常需要将信号或电源电压从一个PCB层传输到另一层,这可以通过称为通孔的小导电孔来实现。

  许多PCB还包括安装孔,这些安装孔具有机械而非电子功能,因此无需电镀。在本文中,术语“镀层”是指已经沉积到钻孔内部的导电材料。

  甲的铜倒是填充有导电材料的印刷电路板层的相对大的部分。铜浇注可用于在组件之间提供非常低的电阻或低电感的连接,并改善热性能。

  完全由一个大的铜粉组成的PCB层称为平面层。我们经常将内部层用作接地层,并通过在组件引脚旁边放置过孔来建立接地连接。

  通孔或过孔从铜的圆开始,然后在钻头穿过圆(理想情况下穿过圆的中心)时变成一个孔。术语“ 环形圈”是指在钻孔后剩余的铜的宽度。

  印刷电路板包含各种“补充”信息,这些信息对设备的电气功能没有影响。例如,参考标记可唯一标识组件,点表示组件的正确方向,项目标题或序列号可帮助我们跟踪实验室中积聚的许多电路板。我们将此信息称为丝网印刷。

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