電路設計的過程可以從開發一個小玩具到開發一個大型空間站。其他應用還可能包括娛樂、國防、通信、醫療、汽車、自動化等，涉及邏輯、記憶、控制和決策。設計者必須簡單地識别輸入和所需的輸出。
解決各種問題和需求需要明确電路設計的基本要求。設計一個複雜的電路從投資過程開始，識别産品開發的挑戰和設計生命周期，并考慮投資回報。
設計一個複雜的電路是挑戰的一個方面，而将電路設計轉化為 PCB 設計則是另一個方面。這種設計必須很好地轉化為實體形式，以便所需的電路形成。一個完美的 PCB 設計總是制造過程中成功的關鍵，而一個設計不當的 PCB 導緻時間和精力的浪費，返工和産品失敗。更糟糕的是，它可能最終毫無用處，而且其結果與現實世界的場景并不相關。
是以，一個 PCB 設計師除了要具備成百上千的元件和符合實體和電氣要求的痕迹的定位知識之外，還必須具備制造過程的良好知識。
PCB 設計師在設計 PCB 時，必須遵循面向組裝的設計(DFA)相關标準。這些标準是指該産品的成本和效率，并提供最低的風險，清晰度和簡化。對于獲得 DFA 的總體情況來說，甚至彙編器能力也很重要。
基闆材料 fr4通常用于建立正常和複雜的 PCB 設計，而聚酰胺材料用于高速射頻能力設計。在決定基闆材料的選擇時，設計師必須對 PCB 元件能夠承受的環境條件有深刻的了解。
複雜的 PCB 設計可能有一些特殊的裝配要求，如機械部件組裝，壓配件，粘合劑，線束，外殼元件，線束和測試點。是以，設計師必須考慮所有這些因素，以便能夠相應地組織元件的放置細節。
複雜的 PCB 設計需要一些額外的複雜工藝，包括插入焊盤(Via-in-Pad)、引線焊接、波峰焊接、闆載 IC 程式設計、敷形塗料、表面處理等。這些要求不适用于一般的 PCB 設計。
所有 PCB 設計過程的設計概念都是相同的，但對于高速射頻能力而言，它們有所不同，因為這些設計必須考慮電阻、電感和電容，以及影響信号增加次數和阻抗進而限制上限頻率的迹線和媒體。
同樣，波峰焊接工藝的 PCB 設計規則在元器件方向和焊盤形狀的設計上也有所不同。獲得正确的墊形狀是主要關注細間距表面貼裝零件，而陰影是主要關注的零件定位。
産生雙面印刷電路闆的原因是因為複雜元件如 BGA，CSP，QFP，DFN POP 在頂部的放置不會直接接觸到波。如果不可避免，那麼包裹應該相對于波的傳播方向旋轉45度。
關于多氯聯苯設計性能和可及性的标準和規範包括 IPC-2221、 ipc-6011和 IPC-6012。許多 PCB 設計軟體應用程式(PCB 布局 SW)可以作為基于 windows 的軟體包，如 CAD SOFT、 Eagle PCB、 Novarm 的 DipTrace 等。
引言
雖然”印制電路闆”是最常用的術語，但也可稱為”印制電路闆”或”印制電路卡”。第一個 PCB 設計專利開發于1903年。直到1946年，單面和雙面闆作為非鍍通孔闆繼續應用。此外，在1947年，開發了雙面通孔闆，并從1960年起開發了多層工藝。
在印刷電路闆出現之前，電路是通過點對點布線的艱苦過程來建構的。這導緻了頻繁的故障，線上路接頭和短路時，線絕緣開始老化和裂紋。
一個顯著的進步是金屬絲纏繞的發展，一個小規格的金屬絲纏繞在每個連接配接點上，創造一個氣密連接配接，這是非常耐用和容易變化的。這項技術是唯一的選擇之前，印刷電路闆出生。
印刷電路闆
它是電子、電氣和機械部件的實體支撐和布線的基座。部件的機械支撐由闆基提供，闆基通過導電痕迹和焊盤電氣連接配接。這種電路闆由帶有銅軌的基闆組成，這些銅軌就像連接配接元件的導線一樣。這些元件是焊接到 PCB 上，以便他們是強烈的舉行。電路闆上的絕緣層和銅層含有供電和接地的信号痕迹。
傳統上，元件安裝在最上層的孔中，這樣就可以穿過所有的層。這些後來被稱為通孔元件。随着近乎普遍采用表面貼裝元件，一般可以發現元件安裝在兩個印刷電路闆的頂部和底部層。
多氯聯苯分類
印刷電路闆可按制造工序及基闆材料分類，例如:
- 基于層即與層的數量相關
- 制造基材的種類，即有機或無機的
- 實體結構或設計，即剛性、柔性或半剛性
- 基于應用的導體圖案設計
無機堿、離散布線、添加劑、多線和線包等屬性随着技術的全面進步而被完全淘汰。
在進入 PCB 分類的細節之前，讓我們先了解 PCB 術語。
PCB的結構和術語
将應用設計轉化為印刷電路闆是一個複雜的工藝過程。在設計 PCB 的同時保持通孔、墊闆和防護墊、接地和痕迹的标準是另一個複雜的工藝過程。印刷電路闆的結構應該符合設計師的建議，如印刷電路闆的尺寸，最大和最小可能的軌道寬度，軌道之間的最小間隙等。
任何制造作業訂單應提供關于墊闆尺寸要求、通過要求、填充要求和最大原始尺寸的指導方針，以便這些技術規格得到考慮。例如，如果需要一個150密耳的軌道，一個100密耳的軌道和一個55密耳的軌道可以并排放置，并有5密耳的重疊，以獲得一個150密耳的軌道。
它們之間的痕迹和間距
痕迹是一條銅線，在 PCB 上的兩個或多個點之間進行電氣連接配接。微量攜帶電流。在 PCB 上放置痕迹的過程可以在基闆表面進行電鍍或蝕刻以建立所需的圖案。蝕刻的方法在電子工業中最為常見。
PCB 上銅的厚度以盎司(盎司)/平方英尺為機關。一般來說，1盎司和1盎司銅是最常用的。較厚的銅多達6盎司是用于高電流和可靠性設計。
印刷電路闆(PCB)版圖中的痕迹寬度、痕迹厚度、痕迹間距、信号痕迹布局、功率和地面痕迹以及布線等的設計都是基于設計計算和設計規則标準。那麼，為什麼會有這樣的計算呢？
軌迹寬度設計是基于單獨的載流能力和最大溫度電阻。對電流的阻力産生熱量，熱量被痕迹消散，這取決于表面積、氣流和焊料掩膜厚度。較寬的痕迹産生的熱量較少，容易散失。
道之間的間距，換句話說，電氣間隙是非常重要的。建議盡可能多地留出空間。軌迹間距和上迹寬的大小取決于流經軌迹的電流和軌迹的最大溫升。
IPC 根據環境條件(不包括電壓)有一套關于間隙和間距的标準。通常情況下，信号跟蹤保持最小寬度，而功率跟蹤和地面跟蹤寬度較大，它們的間距可以在40μm-60μm 之間。邊緣間距部分對去膠工藝非常重要(建議最小間距為125密耳)。
防護墊
焊盤是小面積的銅片，用于連接配接零件的插腳。反墊意味着預先确定的形狀是從銅去除。
一般來說，在通孔周圍使用反焊盤将其與不需要連接配接的電源平面隔離開來。
接地
需要焊盤來焊接印刷電路闆頂層或底層的元件，該印刷電路闆被稱為接地。
墊的大小、形狀和尺寸取決于:
1. 正在使用的元件包的類型。
2. 用于裝配紙闆的制造技術。
根據工控機标準和設計規則，定義了 SMT 襯墊-導線長徑比、 THT 孔-導線長徑比、 THT 環形圈、封裝尺寸和節距。有時候制造商會定義他們的選擇。例如，BGA 焊盤的大小取決于表面光潔度。對于 HASL 表面光潔度，BGA 襯墊尺寸為12密耳(1密耳 = 0.001英寸)直徑，對于其他表面光潔度，最小10密耳直徑将保持不變。
通孔
通孔是連接配接 PCB 不同層的金屬片。它通過闆上的孔将闆的一邊連接配接到另一邊。PTH (電鍍通孔) ，微通孔和通孔在墊都屬于通孔類别。
通孔通過 PTH 在各層之間傳遞信号或功率。通過的大小取決于跟蹤寬度。有一些微通孔用于層之間稱為埋藏通孔，和外層和内層之間稱為盲通孔，這是用于當高密度内部連接配接要求。
單面PCB
單面印刷電路闆隻含有一層導電材料，最适合低密度設計。部件布置在一側，電路布置在另一側。在電路設計方面，電路闆是有限制的，因為導電隻發生在一邊，不允許交叉(導電)。每一行都必須有自己的路徑。
單面印制電路闆是印制電路技術最基本的起點和出發點。它确實是一項發明的起點，因為它在工業上對低成本、大批量生産簡單電路起着重要作用。
單層多氯聯苯具有相對廣泛的應用領域，從電源供應，繼電器，傳感器和 led 的電腦，列印機，咖啡機和電子玩具。然而，單面印刷電路闆也有一些性能限制。
雙面PCB
它是最常見和廣泛使用的闆類。雙層多氯聯苯有兩個導電層和痕迹，是放置在一個基闆兩側，是以是組成部分。由于元件的複雜性和密度的增加，許多 PCB 需要使用兩面。
雙面電鍍通孔(PTH) PCB 是電子工業的通用工具。在鍍通孔，銅連接配接通過連接配接孔的權利，以對面的董事會。這些 PTH 連接配接或者在 PCB 兩側形成簡單的電氣連接配接(通孔) ，或者為含鉛元件提供電氣連接配接和機械支撐。這使得雙面 PTH 印制電路闆的實體上更加堅固的項目，提供了更多的靈活性，設計師，低成本和減少闆大小(增加電路密度)。
由于這些好處，雙面印刷電路闆已涵蓋了廣泛的應用，包括電源供應，工業控制，控制繼電器，轉換器，UPS 系統，LED 照明，硬碟驅動器，列印機，行動電話系統，電源監測，測試裝置，放大器和交通系統。
多層PCB
顧名思義，它是一塊多于兩層、四層、六層、八層、三十五層甚至更多層的 PCB 闆。雙層多氯聯苯的許多共同特征是:
- 有導電痕迹的兩個以上的層，層與層之間由絕緣材料隔開。
- 導電痕迹之間的層連接配接通過與層壓所需的過孔。
多層電路闆的優點是采用多層導電線和高密度鑽孔，體積相對較小，重量相對較輕。高密度線減少了元器件的空間，這意味着更可靠。由于有更多的電路層，它是靈活的 PCB 設計/布局。
多層PCB的優點是:
- 高密度和高柔韌性
- 減少闆的尺寸和重量
能夠實作多種功能，更好地處理幹擾允許設計師産生非常密集和高度複雜的設計。
這些設計中的額外層經常被用作動力飛機，為電路提供電力，同時也減少了設計中發出的電磁幹擾。
基于上述優點，多層印刷電路闆被應用于技術要求高、精度要求高或空間要求較高的産品，如衛星、計算機、 GPS 技術、伺服器、資料存儲、信号傳輸、 x 射線裝置、手持裝置等。
然而，擁有這樣的闆的缺點是高成本和測試困難。
PCB的種類
它指的是那些其基礎材料是一種固體材料，不能彎曲，例如，玻璃纖維。典型的多氯聯苯可以歸類為剛性，因為他們占大多數。
剛性彈性印刷電路闆
它指的是闆材采用柔性和剛性的組合。通過消除需要連接配接器和電纜之間的個别剛性部分，董事會的大小和整體系統的重量可以減少。這種工藝适用于手機、軍事、衛星、醫療和汽車等領域的闆材設計。
柔性PCB
這些電子電路是通過在柔性塑膠基闆上安裝電子器件而形成的。這些是理想的高和靈活的應用，如汽車，CD光牒驅動器，列印機等。然而，對于撓性電路來說，維修是不可能的。
鋁基印刷電路闆
通常用于大功率應用，如大功率 LED 産品和開關電源，這些闆提供最終解決方案的熱散熱和高水準的機械床墊。該設計保持大功率元件在重負荷下冷卻。
對 PCB 基闆的基本認識
基底也稱為介電材料。它是一種夾在兩層 PCB 導電層之間的絕緣材料。當一個大于兩層的 PCB 被建造，一個樹脂浸漬布料材料，通常被稱為 PrePreg 被用作基闆。
玻璃增強基闆被稱為 FR4，它具有成本低、阻燃和防水的特點，是 PCB 制造商最常用的基闆。
對于高頻電路闆，即高速數字和無線電頻率設計，基闆主要有三種類型:
- 氟-一種高成本的電媒體基闆，用于頻率大于等于5千兆赫的産品。
- 聚苯乙烯樹脂
- 改性環氧樹脂-低價格，通常 fr4用于頻率範圍為1-10ghz 的産品。
聚酰亞胺是一種能夠在高溫環境中發揮作用的基材，具有很強的耐火性。這種基闆是強烈推薦的航空航天應用，盡管其吸水性質是一個缺點，這是不适合這種應用。
制作電路闆
一個單面闆是由一個剛性層壓闆，組成的玻璃環氧基地材料與不同厚度的銅包一面。
雙面闆是由同一類型的基礎材料與不同厚度的兩側包銅制成。預浸膠或預浸膠片作為“粘合劑”，把芯子粘在一起。我們可以使用許多種材料。我們使用 FR4——一種用環氧樹脂預浸的機織玻璃纖維布——在業界被稱為 b 級。
多層闆是由相同的基礎材料與銅箔在頂部和底部和一個或多個“内層”核心。“層數”對應的數量銅箔層。多層制造從選擇合适厚度的内層芯或薄層材料開始。芯子的厚度可以從0.038“到0.005”不等，芯子的數量取決于闆子的設計。
了解制作方法
銅膜-銅箔用于電路闆通常是在片12盎司和1盎司每平方英尺的重量或0.0007和0.00134英寸名義厚度。
印刷電路闆設計制造制作方法
第一步: 制作
步驟 # 2-剪切原料
工業标準0.059′厚度，兩側覆銅闆，闆材将被剪切以容納多塊闆材。
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步驟 # 4-化學鍍銅
一旦塗片被清除，一層薄的銅塗層就會以化學方式沉積在面闆的所有外露表面，包括孔壁。這建立了一個金屬基地，為電鍍銅進入孔和表面。化學鍍層的厚度在45-60微米英寸之間。
第五步-應用圖像
在面闆上塗上感光幹膜(平版抗蝕劑)。使用光源和膠片曝光面闆。在膠片中清晰的區域允許光線通過并使闆材抵抗變硬，進而建立電路圖案的圖像。
步驟 # 6-模闆
采用電化學方法在孔中和微量區域沉積銅，表面鍍錫。
注意: 所有 PCB 表示闆都是通過孔鍍。
步驟 # 7-剝離和蝕刻
顯影後的幹膜抗蝕劑現在從面闆上除去。鍍錫層不受影響。任何孔，所覆寫的抵抗現在是開放的，将非鍍。這是常見短語“剝離-蝕刻-剝離”或“表面效應”過程中的第一步。
步驟 # 8-焊錫屏蔽
應用光敏環氧基油墨，将面闆完全塗覆，然後幹燥(但不固化)。使用與照片形成相同的方法，通過膠片工具将面闆暴露在光源下。然後展開面闆，暴露工藝品所定義的銅墊和孔。通常在烤箱中烘烤可以固化防焊膜。然而，一些制造商使用紅外線熱源。除焊盤外，在整塊電路闆上塗上防焊膜。
步驟 # 9-焊料塗層: (HASL 完成)
将焊料浸入焊料槽中，将焊料塗在焊盤上。熱風刀從罐體中取出時使焊料水準。
步驟 # 10-命名法
應用白色字母标記使用絲網印刷工藝。
印刷電路闆工藝表面光潔度類型
表面鍍層的設計是為了防止剩餘裸露的銅的氧化，而焊接掩膜覆寫了電路的大部分。
有幾種類型的表面處理廣為人知的熱空氣表面平整劑(HASL) ，無電鍍鎳浸金(ENIG) ，浸銀，有機可焊性防腐劑(OSP) ，電鍍金指，ENIG + OSP，ENIPIG 等。
撓性電路的組裝
磁通電路的制作有點像剛性印刷電路闆與使用不同的基礎材料。彎曲 PCB 組裝隻能發生在托盤的幫助下。對于 Flex 組裝制造過程，可以選擇以下選項。
聚酯軟釺焊(< 150 ° c)/聚酰胺軟釺焊(< 300 ° c)通常選擇在組裝前進行烘烤。
采用0.05 mm 銅18/18微米為基材的柔性電路結構，OSP、浸鎳、浸錫和浸銀是可選擇的焊接光潔劑。
為了防止翹曲和支援靈活的電路，在角落使用 Kapton 膠帶，壓敏低接觸錄音帶，夾子和真空闆是組裝過程的一般做法。
大會托盤和彎曲電路-熱救濟地區的基礎上托盤施加三角噸在回流。此外，如果使用蒸汽相導緻自由回流，應考慮彎曲下的排水孔。
對于撓性電路存儲和烘焙，行業遵循 IPC 1601标準的指導方針。
電路闆射頻技術
射頻/微波低頻帶使用的迅速發展迫使射頻/微波器件的密度增加，以實作更小、更快和更便宜的逐漸更新的頻率。
射頻 PCB 是射頻技術的支柱，其設計十分複雜，需要綜合考慮各方面的因素。它驅動着衛星通信系統、寬帶接入和光資料網絡。此外，越來越多的汽車、工業、軍事、國土安全、科學和醫療應用正在使用射頻技術來執行檢測、測量和成像功能。
熱管理在射頻/微波電子器件的設計中起着非常重要的作用。在高頻應用中，特别是在放大高頻信号時，信号處理會産生大量熱量。射頻/微波器件的可靠性依賴于保持 PCB 的介電層的介電常數恒定。
邊緣電鍍
用電鍍封裝印刷電路闆的邊緣可能需要提高高頻設計的電磁幹擾屏蔽和改善電子系統的底盤接地
如果這個諧振腔是一個射頻/微波諧振腔，其頻率取決于諧振腔的大小，PCB 制造商必須嚴格控制諧振腔的 x、 y 和 z 尺寸。腔體設計可以應用于單個印刷電路闆上不同深度的多個位置，也可以用于邊緣鍍層
摘要
影響精密電路性能的 PCB 效應包括洩漏電阻、痕量薄膜、通孔和接地面的紅外電壓降、雜散電容和媒體吸收等。另外，PCB吸收大氣中水分的趨勢。一般來說，電路的靜态或直流操作，特别是在高頻率時。
另一個非常廣泛的 PCB 設計領域是接地的主題。接地是所有模拟和混合信号設計的一個問題區域。PCB 設計者從不将高頻、大電流電路與低頻、低電流敏感電路混合使用，并確定将地面分開。即使是模拟和數字部件也是實體和電氣上分開的，特别是它們的地面。
此外，優異的性能，多氯聯苯必須具有熱穩定性，抗氧化，酸，堿和其他化學試劑，如堿。它應該具有優良的介電性能，不溶于水，焊接能力，可靠性和減少水分侵入的風險。
白紀龍老師從事電子行業已經有15個年頭，
到目前為止已開發過的産品超上百款，目前大部分都已經量産上市，
從2018年開始花了5年的時間，
潛心錄制了上千集的實戰級電子工程師系列課程，
該課程從元器件到核心子產品到完整産品