印刷电路板PCB

澳门金沙城发布于2019-09-06 17:00|热度:

  PCB( Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。

  线路与图面(Pattern):线路是做为原件之间导通的工具,在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。

  孔(Through hole / via):导通孔可使两层次以上的线路彼此导通,较大的导通孔则做为零件插件用,另外有非导通孔(nPTH)通常用来作为表面贴装定位,组装时固定螺丝用。

  防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的铜面都要吃锡上零件,因此非吃锡的区域,会印一层隔绝铜面吃锡的物质(通常为环氧树脂),避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺,分为绿油、红油、蓝油。

  丝印(Legend /Marking/Silk screen):此为非必要之构成,主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框,方便组装后维修及辨识用。

  表面处理(Surface Finish):由于铜面在一般环境中,很容易氧化,导致无法上锡(焊锡性不良),因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡(HASL),化金(ENIG),化银(Immersion Silver),化锡(Immersion Tin),有机保焊剂(OSP),方法各有优缺点,统称为表面处理。

  电子设备采用印制板后,由于同类印制板的一致性,从而避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测,保证了电子设备的质量,提高了劳动生产率、降低了成本,并便于维修。

  ①由于图形具有重复性(再现性)和一致性,减少了布线和装配的差错,节省了设备的维修、调试和检查时间;

  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,所以这种PCB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。

  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,双面板解决了单面板中因为布线交错的难点(可以通过导孔通到另一面),它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

  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。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了,也称为多层印刷线路板。板子的层数并不代表有几层独立的布线层,在特殊情况下会加入空层来控制板厚,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,不过技术上理论可以做到近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。

  在整个原理图绘制阶段,就应该考虑需要在版图阶段作出的元件封装和焊盘图案决定。下面给出了在根据元件封装选择元件时需要考虑的一些建议。

  (1)记住,封装包括了元件的电气焊盘连接和机械尺寸(X、Y和Z),即元件本体的外形以及连接PCB的引脚。在选择元件时,需要考虑最终PCB的顶层和底层可能存在的任何安装或包装限制。一些元件(如有极性电容)可能有高度净空限制,需要在元件选择过程中加以考虑。在最初开始设计时,可以先画一个基本的电路板外框形状,然后放置上一些计划要使用的大型或位置关键元件(如连接器)。这样,就能直观快速地看到(没有布线的)电路板虚拟透视图,并给出相对精确的电路板和元器件的相对定位和元件高度。这将有助于确保PCB经过装配后元件能合适地放进外包装(塑料制品、机箱、机框等)内。从工具菜单中调用三维预览模式即可浏览整块电路板。

  (2)焊盘图案显示了PCB上焊接器件的实际焊盘或过孔形状。PCB上的这些铜图案还包含有一些基本的形状信息。焊盘图案的尺寸需要正确才能确保正确的焊接,并确保所连元件正确的机械和热完整性。在设计PCB版图时,需要考虑电路板将如何制造,或者是手工焊接的话,焊盘将如何焊接。回流焊(焊剂在受控的高温炉中熔化)可以处理种类广泛的表贴器件(SMD)。波峰焊一般用来焊接电路板的反面,以固定通孔器件,但也可以处理放置在PCB背面的一些表贴元件。通常在采用这种技术时,底层表贴器件必须按一个特定的方向排列,而且为了适应这种焊接方式,可能需要修改焊盘。

  (3)在整个设计过程中可以改变元件的选择。在设计过程早期就确定哪些器件应该用电镀通孔(PTH)、哪些应该用表贴技术(SMT)将有助于PCB的整体规划。需要考虑的因素有器件成本、可用性、器件面积密度和功耗等等。从制造角度看,表贴器件通常要比通孔器件便宜,而且一般可用性较高。对于中小规模的原型项目来说,最好选用较大的表贴器件或通孔器件,不仅方便手工焊接,而且有利于查错和调试过程中更好的连接焊盘和信号。

  确保设计具有足够的旁路电容和地平面。在使用集成电路时,确保在靠近电源端到地(最好是地平面)的位置使用合适的去耦电容。电容的合适容量取决于具体应用、电容技术和工作频率。当旁路电容放置在电源和接地引脚之间、并且靠近正确的IC引脚摆放时,可以优化电路的电磁兼容性和易感性。

  打印一份材料清单(BOM)用于检查虚拟元件。虚拟元件没有相关的封装,不会传送到版图阶段。创建一份材料清单,然后查看设计中的所有虚拟元件。唯一的条目应该是电源和地信号,因为它们被认为是虚拟元件,只在原理图环境中进行专门的处理,不会传送到版图设计。除非用于仿真目的,在虚拟部分显示的元件都应该用具有封装的元件替代。

  检查材料清单报告中是否有足够完整的数据。在创建出材料清单报告后,要进行仔细检查,对所有元件条目中不完整的器件、供应商或制造商信息补充完整。

  一般来说,所有多余门的输入都应该有信号连接,避免输入端悬空。确保您检查了所有多余的或遗漏的门电路,并且所有没有连线的输入端都完全连上了。在一些情况下,如果输入端处于悬浮状态,整个系统都不能正确工作。就拿设计中经常使用的双运放来说。如果双路运放IC元件中只用了其中一个运放,建议要么把另一个运放也用起来,要么将不用的运放的输入端接地,并且布放一个合适的单位增益(或增益)反馈网络,从而确保整个元件能正常工作。

  在某些情况下,存在悬浮引脚的IC可能无法正常工作在指标范围内。通常只有当IC器件或同一器件中的门不是工作在饱和状态--输入或输出接近或处于元件电源轨时,这个IC工作时才能满足指标要求。仿真通常不能捕捉到这种情况,因为仿真模型一般不会将IC的多个部分连接在一起用于建模悬浮连接效应。

  不定期的保养,大概在每个季度时对PCB线路板的灰尘进行清理,对可用线路板专用清洗液进行清洗,将线路板上灰尘清洗完毕后,用吹风机将线路板吹干即可。观察线路中的电子元件有没经过高温的痕迹,电解电容有没鼓起漏液现象,如有应进行更换。

  (2)对线路板中的电解电容器容量进行抽检,如发现电解电容的容量低于标称容量的20%,应更换,一般电解电容的寿命工作十年左右就应全部更换,以确保线路板的工作性能。

  (3)对于涂有散热硅脂的大功率器件,应检查散热硅脂有没干固,对于干固的应将干固的散热硅脂清除后,涂上新的散热硅脂,以防止线路板中的大功率器件因散热不好而烧坏。

  (1)所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔,以减少串扰。如果有两条相距较近的信号线,最好在两线之间走一条接地线,这样可以起到屏蔽作用。

  (2) 设计信号传输线时要避免急拐弯,以防传输线特性阻抗的突变而产生反射,要尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆弧线。印制线的宽度可根据上述微带线和带状线的特性阻抗计算公式计算,印制电路板上的微带线Ω之间。要想得到大的特性阻抗, 线宽必须做得很窄。但很细的线条又不容易制作。综合各种因素考虑,一般选择68Ω左右的阻抗值比较合适,因为选择68Ω的特性阻抗,可以在延迟时间和功耗之间达到最佳平衡。一条50Ω的传输线将消耗更多的功率;较大的阻抗固然可以使消耗功率减少,但会使传输延迟时间憎大。由于负线电容会造成传输延迟时间的增大和特性阻抗的降低。但特性阻抗很低的线段单位长度的本征电容比较大,所以传输延迟时间及特性阻抗受负载电容的影响较小。具有适当端接的传输线的一个重要特征是,分枝短线对线延迟时间应没有什么影响。当Z0为50Ω时。分枝短线cm以内.以免出现很大的振铃。

  (4)印制板上若装有大电流器件,如继电器、指示灯、喇叭等,它们的地线最好要分开单独走,以减少地线上的噪声,这些大电流器件的地线应连到插件板和背板上的一个独立的地总线上去,而且这些独立的地线还应该与整个系统的接地点相连接。

  (5)如果板上有小信号放大器,则放大前的弱信号线要远离强信号线,而且走线要尽可能地短,如有可能还要用地线对其进行屏蔽。

  新PCB板调试可以先从电源部位开始。最安全的方法就是,上一个保险丝然后连接电源(为了以防万一,最好使用稳压电源)。使用稳压电源设置好过流保护电流,再把稳压电源电压往上慢慢调升,此过程需要监测板子的输入电流、输入电压跟输出电压。

  当电压往上调的过程中,并未出现过流保护且输出电压正常,那么,表示该板子的电源部分是没有问题的,如果超出正常输出电压或过流保护,那么,就要排查故障原因。

  在调试过程中逐渐将模块安装上去,每上一个或者几个模块时,都遵循上面的步骤进行测试,这样有利于避免设计初一些较为隐秘的错误,或者安装元器件错误,从而导致过流烧坏元器件。

  当出现过流保护,不要急着拆卸元器件,先确认各个芯片的电源引脚电压情况,看是否在正常范围。之后再依次检测参考电压、工作电压等。比如:硅三极管在导通时,BE结的电压会在0.7V左右,CE结则一般在0.3V或更小值。当测试的时候发现BE结电压高于0.7V(这里排除达林顿等特殊管),那么就有可能是BE结开路。依次方法,检查各点电压就能排除故障。

  信号注入法要比测量电压来得麻烦,在将信号源输送到输入端,我们需要依次测量往后各个点的波形,从波形中找到故障点。当然,也可以用镊子去检测输入端,做法就是用镊子碰触输入端,然后观察输入端的反应,一般这种方法被用在音视频放大电路情况下使用(注意:热地板电路及高电压电路千万不要使用此方法,容易发生触电事故)。该方法检测到前一级正常,而后一级有反应,那么故障并不在后一级,而是在前一级上。

  上述两种属于较为简单且直接的方法,另外比如常说的看、闻、听、摸等,则属于需要些经验的工程师才能够检测出问题。一般“看”,并不是看检测仪器的状态,而是看元器件的外观是否完整;“闻”主要是闻元器件的味道是否异常,比如烧焦味、电解液等味道,一般元器件在损坏时都会发出难闻的烧焦味;而“听”则主要是听工作状态下板子的声音是否正常;关于“摸”,并不是去摸元器件是否松动,而是用手去感受元器件温度是否正常,比如工作状态下,该冷的元器件却发热,而该发热的元器件却异常冰冷。在摸的过程中切勿直接用手去捏,以防温度过高将手烫伤。

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