PCB设计和组成的基础

印刷电路板（PCB）是支持和连接几乎所有消费类电子产品和工业电子产品中电子部件的设备。通常使用导电材料的轨道和焊盘（通常是蚀刻的铜）将这些组件连接在一起，然后将其粘结到一块非导电基材上，通常是玻璃纤维或环氧树脂。尽管更先进的PCB设计可能包含直接嵌入到基板中的组件，但是所有连接到PCB的组件（例如电阻器，电容器或有源电路）通常都直接焊接到板上。

当今使用的最常见的基材片类型是FR-4（阻燃4级）玻璃纤维增强环氧层压片。很多时候，一个简单的PCB的第一个构建块只是一块FR-4薄片层压到一侧。然后从已层压到PCB材料的铜上蚀刻出走线，焊盘和其他特征。

当前，共有三种主要类型的PCB，简单地用PCB的层数表示：

l甲单层或单面PCB是单件玻璃纤维/环氧树脂用一块铜的片材箔层压到一侧。这些板通常用于爱好项目和更简单的电子产品。

l甲双层板是单片的玻璃纤维或环氧树脂片材，其具有铜块箔层压到各边的。

l多层PCB是一系列双层板，这些双层板夹在中间，并通过一系列垂直互连访问（VIA）连接进行连接，这些连接用于在板之间连接不同的电路。

PCB的组成—印刷电路板组件

那么究竟是什么构成了PCB呢？关于PCB的组成，有四个主要组成部分：

l基材，

l铜箔/片，

l阻焊膜

l和丝印。

让我们从中间开始，然后向外走。

PCB的起始部分几乎总是基底材料。如引言中所述，这通常是FR-4玻璃纤维布。使用像玻璃纤维这样的实心芯材可以使PCB具有刚性，并有助于防止意外卡扣之类的损坏。但是，还有一些柔性PCB（用于要求电子设备弯曲的物品）由柔性塑料制成，该塑料还具有耐高温性。

廉价的PCB可以用穿孔板制成，穿孔板通常是一块纸，上面已经用酚醛树脂（如FR-2）层压。在某些情况下，甚至可以用FR-4层压质量更好的穿孔板。

基材之后的下一层是一层铜箔，该铜箔用粘合剂粘着，然后热固定到基材上。最常见的印刷电路板类型，即双面板，有两层铜箔，每面一层。PCB通常通过其具有的层数来指代。因此，一个16层PCB由八个双层板组成，每个双层板上有两块铜板。

在铜箔/铜片和芯层之间，可以有一层预浸树脂或预浸料。预浸料是已经用环氧树脂浸渍的树脂。然后将其夹在芯和铜箔层之间，或在铜箔层之间。在粘合过程中，施加热量和压力，将预浸料夹在中间并活化环氧树脂，从而将芯和铜或铜和铜粘合在一起。通常这就是制造多层印刷电路板的方式。

PCB制造中所用铜的厚度往往会因制造商或用途而异，但通常以盎司/平方英尺为单位指定。大多数PCB每平方英尺使用一盎司的铜板，但是处理极高功率负载的PCB可能每平方英尺使用两或三盎司的铜，每平方英尺的常规盎司板的厚度为34微米。

铜箔/铜片之后是一层阻焊层。该阻焊层是什么给了PCB的颜色。通常，PCB阻焊层为绿色，但某些制造商使用不同的颜色，例如红色。制造商使用阻焊剂使铜走线和焊盘与其他金属，焊料或其他导电材料绝缘。

阻焊膜还用于通过向用户展示可以焊接到电路板上的哪些区域并以绿色（或其他颜色）的掩膜标出不能焊接的区域来帮助指导用户。

涂上阻焊剂后，最后一层是丝网印刷层，通常为白色油墨。丝网用于向PCB添加信息，从而使其更容易组装并为人类所更好地理解。通常，此信息采用数字，字母和其他符号的形式，例如引脚或LED的功能符号。

印刷电路板组件的功能

组件附在印刷电路板上的铜走线（焊盘和路径）上。这些都是使印刷电路板具有其用途的事物，通常在安装时就牢记此目的。如果基板是骨骼，铜迹线是肌肉组织，则组件就是重要器官，它们就是使PCB发挥预期功能的要素。

可以在印刷电路板上安装多种类型的组件，但是最常见的八种组件是：

l电池

l发光二极管

l二极体

l开关

l电感器

l电阻器

l晶体管

l电容器类

最常见的组件是电池。这就是用来向电路提供电压或电荷的东西。电池上的电量耗尽后，PCB可能不再工作。列表中的其余组件（LED，二极管，开关等）全部从电池中获取或存储电荷。

除了电池之外，第二个最常见的组件（至少在业余爱好项目中）可能是发光二极管或LED。LED只是从电池或电容器中获取电荷或电流，然后将其用于为LED的发光部分供电。

二极管很像LED，因为它们吸收电荷和电流。与LED不同，简单的二极管不会点亮任何东西。取而代之的是，它们仅吸收电流并将其传递到链中的其他组件，但仅在一个方向上进行-二极管“阻断”了另一个方向。

开关，顾名思义，让您打开或关闭“开关”电流。当开关“打开”时，它断开，这意味着电流可以通过。当它关闭并“关闭”时，电流无法通过。

一个电感器几乎就像一个半开关。本质上，它允许某些电流流过它，同时阻止或阻止其他电流。如果您尝试使直流电（DC）通过电感器，则它将通过。但是，当您尝试使交流电（AC）通过电感器时，由于电感器磁场的电压变化，交流电将被冷停止。

就像电感器在您尝试使交流电通过时会产生电阻一样，电阻器是无源组件，用于在流经电路的电流中产生电阻。电流产生的电阻以欧姆为单位进行测量，这是使用称为欧姆定律的数学方程式得出的。本质上，一欧姆是一安培电流流过一伏电阻时产生的电阻，电流与电压成正比。

那么为什么要使用电阻器呢？有多种原因，但最常见的原因可能是热量产生或其他电路与电能的匹配和负载。通过使用电阻器，可以使来自一个电路的电流与另一个电路的电流匹配，从而使电流更容易在它们之间流动。

与用于阻碍电路中的电流和电荷的电阻器不同，使用晶体管来放大电路中的电流。像大多数电气组件一样，可以将晶体管设置为多种状态，而不是像大多数电气组件一样具有“导通”状态和“截止”状态，从“完全导通”到“完全截止”都可以。然后，“控制电流”通过晶体管。一旦“控制电流”流过晶体管，取决于它所处的状态，就会有较大的“主电流”流过。通过这种方式，可以使用晶体管来放大电流。

虽然列表中的许多先前组件用于以某种形式或其他形式传输电流，但电容器却相反。像电池一样，它们用于存储电荷或容纳电流。但是，在电池存储电能的地方，电容器存储电能。电容器由两个或两个以上的金属板制成，它们之间夹有电介质。

当电流流过电容器的端子时，正负部分卡在每个极板上。板上的电流想汇合，但是被位于每个部分之间的电介质阻止。推动电介质的正电荷和负电荷是导致电容器存储电荷的原因。

一旦建立了通过电路的路径，电容器中的电荷就可以找到彼此的另一种方式-它们不必继续尝试穿过电介质。这样，电容器可以被放电。

PCB的装配是否重要？

PCB的组装方式是否起作用？简而言之，是的。多层板可以做的事情甚至是单层甚至双层板都无法接近的。与单层或双层板相比，多层PCB允许在一个“板上”连接更多的电路，这意味着它们能够支持不仅复杂得多而且耗电更多的电子设备。 。

还有一个事实是，PCB中使用的板的类型可能会完全改变其用途。尽管玻璃纤维芯硬质PCB是市场上最常见的PCB，但它们不能也不应该在所有应用中使用，并且有些东西是不能使用的。这是其他类型的板（例如柔性板和金属芯板）发挥作用的地方。柔性PCB倾向于由可弯曲的塑料制成，该塑料能够承受高温（在某些情况下甚至是低温），这使其非常适合PCB及其组件需要弯曲的应用。

第三种类型的板，也是最常用的替代FR-4板的一种，是金属芯板，通常由铝或能够导热的金属制成。金属芯板的导热性能意味着它们比玻璃纤维芯板更有效地散发热量。这有助于保护其他更敏感的组件，因为电路板可以更快地将这些组件的热量散发出去。

组件安装到板上的方式也可以改变PCB组件对其功能的影响。可以通过两种不同的方式将组件安装到板上：通孔和表面安装。

使用通孔安装组件时，实际上是将组件插入板本身的通孔中，而组件的引线则穿过PCB穿孔到另一侧。然后将引线焊接到板的另一侧。这使其非常适合电容器等较大的组件。

另一方面，表面贴装技术用于较小的敏感组件，例如电阻器，二极管等。由于它们是直接安装在板上而不是通过板安装，因此使用较小的组件可以释放板上的某些部分，否则这些部分可能已被较大组件中的引线和焊料所占据。

取决于您需要制作的PCB种类，可能很难弄清所有这些东西-特别是如果您需要一块用于高价值电子设备的PCB。如果您需要制造PCB，最好将工作外包给PCB制造公司，或者，如果您能够自己进行制造，至少请咨询一家公司以免造成麻烦。