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快速了解線路闆(PCB)基礎知識

線路闆

線路闆(又稱為電路闆,PCB闆),是印制了導線的一塊版。它的主要作用是減少導線占用空間,并将導線按照清晰的布局組織起來。

快速了解線路闆(PCB)基礎知識
圖 1:導線與線路闆

線路闆是覆銅闆加工的結果,覆銅闆是在絕緣基材的表面上覆寫一片銅箔做成的。

通常使用蝕刻[1]加工覆銅闆。做法是在覆銅闆上要保留的線路上塗上抗腐蝕的材料,然後用化學試劑将其餘部分腐蝕掉,剩下的就是作為導線的銅箔。以下視訊展示了蝕刻過程:

【自制PCB電路闆腐蝕全過程】

https://www.bilibili.com/video/BV1yk4y127B5

在看實際的電路闆(如圖 1)時,會發現有些地方導線比較寬,甚至是一大塊(通常是地線)。這是根據公式

電流=電壓/電阻

,減少導線的電阻對電流大小的影響[2]。通常線寬的關系為:地線 > 電源線 > 信号線[3]。

如何在成本可接受的條件下快速地制作線路闆

想要擷取一塊線路闆,有兩個步驟:

  1. 設計
  2. 生産

在電腦上使用軟體進行設計并輸出 PCB 檔案,然後到某寶找“PCB 打樣”,下單後把 PCB 檔案發給店家就行了。

打樣就是列印樣品,畢竟線路闆通常都是大批量生産,而大批量生産之前需要先列印一些樣品用于調試。如果隻是自己做一些玩具,到打樣這一步就行了。

不要以為打樣很貴,PCB 版的長寬如果不超過 10cm ,20 塊錢 10 片。

如果别人已經設計好我們想要的版,可以直接下載下傳他的 PCB 檔案,更加簡便。

如何得到 PCB 圖

通常不是一步到位直接畫 PCB 圖的,而是先把電路圖畫出來,再轉換成 PCB 圖。

這裡使用的繪制工具是立創EDA[4],下載下傳安裝後不用注冊也能免費使用。

以下是一個用 micro usb 點亮 LED 燈的 PCB 的示例。

第一步:電路圖

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圖 2:電路圖

第二部:PCB 圖

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圖 3:PCB 圖

接下來可以看看線路闆 2D 的預覽:

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圖 4:線路闆 2D

還可以預覽 3D:

圖 5:線路闆 3D

通常會讓元器件緊緊貼住線路闆以減小體積,都是在闆的另一面焊接,是以背面也會有焊盤。在打孔之後,由于闆的中間是絕緣層,是以需要在孔壁塗上金屬層連接配接到背面的焊盤用來導電。

這個示例來自于 B 站 UP 主 BenBlue 的分享:

【E03、從原理圖到PCB隻需3步】

https://www.bilibili.com/video/BV1SA411b7L5?p=3

雙面布線

前面示範的是僅在一面布線。當線路複雜時,由于不相連的線路不能交叉,隻能繞道或者打孔繞到另一面。

這裡用到的闆都是雙面闆,雙面闆的兩面都有銅箔。在雙面闆上鑽孔并在孔壁塗上金屬層,用于連接配接兩面的導線。這個孔稱為“過孔”。

單面闆是隻有一面有銅箔。有銅箔的一面用于布線和放焊盤,元器件放到另一面,并在布線一面焊接。

在畫 PCB 圖的時候,如果在同一面有導線會出現交叉,則軟體會控制不讓線穿過去,如下圖所示:

圖 6:不同線路不能交叉

盡管滑鼠點到 R1 的右孔,但線穿不過去。

可以選擇從外圍繞過去,也可以如下圖所示選擇打孔:

圖 7:過孔
注:使用 45 度折線布線而不是 90 度,以減小高頻信号的輻射[3]。

藍色線表示這條線線上路闆的背面,下面的 2D 實物圖比較直覺:

圖 8:雙面闆過孔 2D 圖

以及 3D 圖:

圖 9:雙面闆過孔 3D 圖

PCB 闆的組成部分

圖 10:PCB 闆的組成部分
  • 器件:元器件。在PCB光闆上器件以焊盤+絲印的方式出現[5]。
  • 焊盤:焊盤包含了引線孔及周圍的銅箔[6]。
  • 走線:導線。
  • 過孔:跨層連接配接導線的孔。
  • 印絲:用數字或者字母等在闆上标注資訊。
  • 阻焊層:避免焊接時誤焊臨近但不相連的管腳。

參考

[1]: http://m.elecfans.com/article/937356.html (電路闆蝕刻是什麼意思) 
[2]: https://www.sohu.com/a/319874935_819258 (PCB 線寬與電流關系,查表與計算!)
[3]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/50036481 (一般線路闆基本設計流程)  
[4]: https://lceda.cn/ (立創EDA官網)
[5]: http://www.elecfans.com/bandaoti/eda/20180814729008.html (印刷電路闆(PCB)的主要概念及組成部分)
[6]: https://baike.baidu.com/item/PCB%E7%84%8A%E7%9B%98/9847197 (pcb焊盤)
           
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