为什么要使用PCB，PCB是如何设计的

尽管印刷电路板（PCB）在电气和电子领域是一个通用术语，但很少有人知道其起源，要求和设计要求。在PCB发展到目前状态之前，必须通过从一个点到另一点的布线将组件互连。这不仅费力，而且易于在接线绝缘层老化，破裂和形成短路的连接处和地方频繁发生故障。

这导致人们继续进行绕线。他们在单个连接点的金属柱上缠绕了一根细规格的电线。这样就创建了一个连接，该连接具有高度耐用性，气密性并且易于更改。

但是，随着电子技术朝着集成电路和SMD的发展，电子产品中电子部件的数量和复杂性大大增加，而消费者则希望减小电子产品的尺寸和成本。为了满足这些需求，设计人员和制造商开发了印刷电路板或PCB。

PCB的功能

PCB用印刷在非导电板或基板上的铜迹线代替了点对点导线连接，因此得名。PCB还具有在板上安装其他所需电子组件的空间，这使焊接的PCB成为当今电子设备中的主要子组件。除了将组件机械固定在PCB上之外，焊料还可以在组件引线和PCB上的铜走线之间形成良好的电连接。

PCB类型

单面PCB仅在不导电基板的一侧具有铜走线。为了在较小的板上容纳更高复杂度的电路，单面PCB很快就让位给了双面电路，而双面电路的铜迹线出现在基板的两侧。随着电路复杂度的进一步提高，设计人员继续设计多层PCB，并使用过孔将每一层上的铜走线互连。当今现代计算机板的复杂性要求它们能够容纳多达16层以上的层。

PCB零件

典型的PCB的非导电基板是由酚醛纸或玻璃环氧树脂制成的，并且是刚性结构。特殊的PCB可以由其他材料制成，例如聚酰亚胺或Kapton，并且可以是柔性的而不是刚性的。除了不导电的基板和铜走线以外，绿色绝缘掩模（也称为阻焊层）可以保护PCB，仅留下将要焊接的部分走线或焊盘。柔性板使用覆盖层代替绿色阻焊层。

为了帮助组装并允许指示器更好地理解PCB，设计人员通常在阻焊层的顶部应用浅色的slikscreen层，从而在PCB上添加字母，数字和符号。例如，丝网印刷标签可以指示连接器的每个插针的功能或LED的极性。

使用PCB的优势

PCB提供了坚实的表面，可以有组织，有序地在其上安装构成电子设备的组件。PCB还提供了组件之间所需的绝缘，以使它们能够正常运行并散热。简而言之，PCB是允许设计人员制造更小巧，更紧凑的电子设备的因素之一。

设计印刷电路板

要设计PCB，必须了解其制造过程。基板最初在其一侧或两侧都具有一层铜，具体取决于最终是单面PCB还是双面PCB。设计人员确定最终将留在PCB上的铜走线的图案，制造商通过光刻工艺将图案转移到铜层上。然后，制造商通过化学蚀刻去除多余的铜。在为通孔和通孔元件的引线钻出必要的孔后，制造商用阻焊层和丝印覆盖铜走线。

确定物理尺寸

设计PCB的最常用方法始于估算将所有组件固定在设备内所需的空间量。如果可用空间不足，则设计人员必须使用更小尺寸的组件或增加设备内的空间-折衷方案通常会提供解决方案。该练习还定义了PCB的物理边界及其在设备中的安装方法。

元件放置

然后，PCB设计人员将电子组件（或更确切地说，它们的封装）放置在PCB边界内，并进行排列以最大程度地简化连接。例如，将PCB与设备顶部的面板互连的连接器可以最佳地放置在PCB的外边缘并更靠近面板。类似地，设计人员可能会将与IC相关的组件放置得更近，以降低连接的复杂性。

手工设计

较早的时候，设计人员会使用自粘胶带和衬垫以4：1的比例将组件的足迹布置在Mylar板上。完成后，工业相机将制作出具有与实际比例正确的设计的摄影胶片，制造商使用该胶片将图案转印到铜层上。计算机的出现和易于使用的PCB设计软件包使上述过程过时了。

计算机辅助设计

如今，设计人员依靠CAD或计算机辅助的PCB设计软件包来为制造商生成铜走线图案。CAD软件包通常具有一个数据库，其中包含设计人员使用的众多电子组件的符号，封装和其他详细信息。用于PCB设计的CAD软件包分为三个部分：用于捕获电路原理图的原理图捕获，用于创建互连的自动布线器以及用于生成必要的输出文件的打印机部分。

CAD软件包中的数据库为设计人员提供了各个组件的符号，而设计人员则必须为其使用的每个组件定义特定的封装。当设计人员将不同组件的引脚互连时，软件包将通过生成网表来跟踪。

自动布线器使用网表将定义的封装放置在边界内，并允许设计人员以最佳的方式布置它们。成功完成后，自动布线器将互连组件与默认宽度的迹线。设计人员可以将特定迹线的宽度定义为大于或小于默认宽度，自动布线器将尝试重新布线以适应更改。如果无法在单面完成设计，自动布线器将建议设计人员使用两层或更多层。PCB行业使用Gerber文件作为将工程信息传输到制造商以制造PCB的标准模式。