|
PCB是一种嵌入铜层的非导电印刷电路板（Printed Circuit Board,），所有电气和电子元件都由电路板底座提供物理支撑。当PCB还没有开发出来的时候，所有元件都是导线连接的，这增加了电路的复杂性并降低了电路的可靠性，也无法制造出像主板一样非常大的电路系统。PCB上，所有元件都是在没有导线的情况下连接的，而且是内部互连的，因此大大降低了整体电路设计的复杂性。PCB用于在组件之间提供电力和连接，按照预先设计的工作方式发挥作用。PCB可根据用户要求定制成任何规格，广泛用于医疗器械、工业机械、汽车行业、照明等许多领域的电子设备，如电视、手机、数码相机、LED灯具、电脑及配件、机器人、心电图仪、雷达、船舰控制台等。
1. PCB类型
该电路有几种类型的PCB可用。在这些类型的PCB中，我们必须根据我们的应用选择合适的PCB类型。
1.1 按PCB层数
按层数，可将PCB分为单层、双层、多层三种类型。
（1）单层PCB
单层PCB也称为单面PCB。这种类型的PCB很简单，也是最常用的PCB，也易于设计和制造。该PCB一面涂有一层导电材料（铜），因为铜具有非常好的导电特性。另一层阻焊膜用于防止PCB氧化，然后用丝网印刷标出PCB上的所有元件。在这种类型的PCB中，只有PCB的一侧用于连接不同类型的电气或电子元件，如电阻器、电容器、电感器等。这些部件是焊接的。这些印刷电路板用于低成本和批量制造应用，如计算器、收音机、打印机和固态硬盘（SSD）。
（2）双层PCB
双层PCB也被称为双面PCB。顾名思义，在这种类型的PCB中，像铜这样的导电材料薄层应用于电路板的顶部和底部。双面PCB中，电路板不同层上都有过孔（via），过孔在不同层上的相应位置有两个焊盘。它们通过电路板上的一个孔进行电气连接。这种PCB板更灵活，成本相对多层较低，最重要的优点是尺寸更小，电路更紧凑。这种类型的PCB主要用于工业控制、转换器、UPS系统、HVAC应用、机器机、放大器和电源监控系统。
（3）多层PCB
多层PCB有两层以上。这意味着，这种类型的PCB至少有三层铜导电层。这种类型的PCB设计非常复杂，需要在非常小的空间和紧凑的电路中实现非常复杂和大型的电气任务，常用于如GPS技术、卫星系统、医疗设备、文件服务器和数据存储等大型应用。
1.2 按PCB形态
按板子形态，可将PCB分为柔性、刚性、刚挠三种。
（1）柔性PCB
柔性印刷电路板（Flexible PCB）也称为柔性电路。这种PCB使用柔性塑料材料，如聚酰胺、PEEK（聚醚醚酮）或透明导电聚酯薄膜。电路板通常折叠或扭曲放置。这是一种非常复杂的PCB，它还包含不同的层，如单面柔性电路、双面柔性电路和多边柔性电路。柔性电路用于有机发光二极管（OLED）、LCD制造、柔性太阳能电池、汽车工业、手机、照相机和笔记本电脑等复杂电子设备。
（2）刚性PCB
刚性PCB由固体材料制成，不允许PCB扭曲。与柔性PCB相同，刚性PCB也有不同的层结构，如单层、双层和多层刚性PCB。安装后，该PCB的形状不会改变。这种PCB不能根据底座的形状弯曲，这就是为什么这种PCB被称为刚性PCB的原因。这种PCB寿命很长，被用于计算机的许多部分，如RAM、GPU和CPU。设计简单，目前使用和制造最多的PCB是单面刚性PCB。多层刚性PCB可以通过包含9-10层而更加紧凑。
（3）刚挠PCB
柔性电路和刚性电路的结合是一种最重要的PCB类型。刚挠结合板由附着在多个刚性PCB层上的多层柔性PCB组成，常用于手机、数码相机和汽车等。
1.3 根据PCB安装方式
根据PCB安装方式，可将PCB分为通孔PCB、表面安装PCB（smt-PCB）两类。
（1）通孔PCB
在这种类型的PCB中，必须在PCB上钻孔。在这些孔中，元件引线被安装并焊接到位于PCB相对侧的焊盘上。这项技术非常有用，因为它为电子元件提供了更多的机械支撑，并为元件安装提供了非常可靠的技术，但在PCB上钻孔会使成本更高。单层PCB中，这种安装技术容易实现，但在双层和多层PCB中，制作孔（Through-hole ）比较困难。
（2）表面安装PCB
在这种类型的PCB中，元件尺寸很小，因为这些元件的引线很小，或者安装在电路板上不需要引线。在这种技术中，SMD元件直接安装在电路板的表面上，不需要在电路板上打孔。
2. PCB组成
PCB主要由基体材料（覆铜板）和功能元件组成。
2.1 PCB材料
PCB材料是刚性或柔性的介电基板，俗称覆铜板。通常，这种介电基板使用铜之类的导电材料传输信号，使用玻璃环氧层压板或复合材料作为介电材料。
（1）FR4
FR是层压玻璃-环氧化合物阻燃剂。对于所有类型的PCB制造，最常见的玻璃层压材料是FR4，玻璃化转变温度为130°C。作为最常见、最广泛使用、便宜的PCB材料，最有用的复合材料，FR4提供了非常好的机械强度。
（2）FR-1和FR-2
这种材料由纸和酚类化合物制成，仅用于单层PCB。FR1和FR2具有相似的特性，唯一的区别是玻璃化转变温度。与FR2相比，FR1具有更高的玻璃化转变温度。这些材料也分为标准、无卤素和非疏水性。
（3）CEM-1
这些材料由纸和两层编织玻璃环氧树脂和酚化合物制成，这种材料仅用于单面PCB。CEM-1可以代替FR4使用，但CEM1的价格高于FR4。
（4）CEM-3
这种材料是白色的玻璃环氧化合物，主要用于双层PCB。与FR4相比，CEM-3的机械强度较低，但比FR4便宜。所以，这是FR4的一个很好的替代品。
（5）聚酰亚胺
这种材料用于柔性印刷电路板。这种材料是由凯普顿（kepton）、罗杰斯（rogers）、杜邦公司（dupont）生产的。这种材料具有良好的电性能、舒适性、宽温度范围和高耐化学性。这种材料的工作温度是零下200°C到300°C。
（6）预浸料
预浸料就是预浸渍，是一种用树脂浸渍的玻璃纤维。这些树脂要经过预先干燥，受热时会流动、粘附并完全浸入水中。预浸料具有粘合层，其强度类似于FR4。根据树脂含量，这种材料有许多版本，SR标准树脂，MR中等树脂和HR高树脂。这是根据所需厚度、层结构和阻抗来选择的，这种材料用于高玻璃化转变温度和无卤素中。
2.2 PCB元件
PCB元件是电路板的功能部分，主要包括焊盘（Pad）、走线（Trace）、丝印层（Silk layer）、阻焊层（Solder Mask）等。
焊盘（Pad）
焊盘只不过是一块铜片，上面安装了元件的引线并进行焊接。衬垫为部件提供机械支撑。
走线（Trace）
在PCB中，元件不借助导线连接。所有组件都与铜等导电材料相连。PCB上用于连接所有元件的铜部分，称为走线。
层数（Layers）
根据应用、成本和电路的可用空间，用户可以选择PCB层数。单层PCB结构最简单，易于设计，在日常生活中最有用。但是对于非常大和复杂的电路，双层PCB或多层PCB比单层PCB更优选。现在，多层PCB可以连接10-12层，最关键的是不同层中的元件之间的通信。
丝印层（Silk layer）
丝印层用于PCB表面的印刷线条、文字或任何标识。通常，丝网印刷使用环氧油墨。根据用户要求，丝印层可用于PCB的顶层和/或底层，即丝印顶层和丝印底层。
顶层和底层（Top and bottom layer）
在PCB的顶层，所有元件都安装在这一层PCB中，这一层通常是绿色的。在PCB底层，所有元件都通过孔焊接，元件的引线称为PCB的底层。有时，在PCB的顶层和/或底层涂有绿色层，称为阻焊层。
阻焊层（Solder Mask）
在铜层的顶部有一层额外的阻焊层。该层通常为绿色，但也可以是任何颜色。该绝缘层用于防止焊盘与PCB上的其他导电材料意外接触。
3. PCB设计软件
PCBA作为电子电器的中枢，在系统控制中的作用十分关键，其工程软件和在线资源往往也比较昂贵。对于专业人员、学生和爱好者来说，根据自己的实际情况选择不同的软件产品尤为重要。如果项目初期或者刚开始学习就选择昂贵软件，后期成本往往导致项目或学习半途而废。相反，选择了低端或更新慢的软件，往往让系统设计跟不上竞争对手，影响产品上市时间，那就太可惜了。
EAGLE
EAGLE是设计PCB最流行和最简单的方法。EAGLE代表易于应用的图形布局编辑器，它以前由CadSoft Computer开发，目前Autodesk是该软件的开发商。为了设计电路图，EAGLE有一个原理图编辑器。EAGLE文件扩展名为.SCH，不同元件和组件由扩展名为.LBR的文件定义，其主板文件扩展名为.BRD。
Multisim
Multisim也是一款功能强大且易于学习的软件。它最初由Electronics Workbench开发，现在是美国国家仪器公司（NI）的一个部门。它包括多个微控制器仿真（MultiMCU）和PCB布局软件的集成导入导出功能，广泛用于学术和工业电路教学、教育等。
PartSim
PartSim是一款基于浏览器的电路仿真器，用户可以通过该软件进行电路实验。该仿真器布局简单，从而确保易用性，同时提供完整的SPICE仿真引擎、基于Web的原理图捕获工具和图形示波器，可以监视电路的模拟/数字信号电平。
该工具还包含Digi-Key BOM（物料清单），允许用户为设计组件分配零件号，然后找到分销商。
EasyEDA
EasyEDA是一款用于电路设计和仿真的软件，旨在“通过为电子设计提供全面的数据和协作工具，帮助设计人员更快地将创意转化为制造原型”。该软件是一款基于Ngspice和PCB布局的集成工具，用于原理图捕获、SPICE电路仿真。该软件最重要的优点是，它是基于网络的软件，并在浏览器窗口中使用。所以，这个软件是独立于OS的。
EasyEDA提供免费的在线电路仿真、PCB设计和电子电路设计功能。人们可以访问大量的原理图元件库、PCB封装和包装、spice仿真、模型和子电路，从而节省设计时间。还可以邀请他人进行项目协作，并轻松地在团队中分享设计。标准版免费使用，并提供无限公共项目和2个私人项目。
Altium设计师
该软件由澳大利亚软件公司Altium Limited开发。该软件的主要特点是原理图捕获、3D PCB设计、FPGA开发和发布/数据管理。这是第一个直接从PCB编辑器提供PCB三维可视化和间隙检查的软件。
KiCad
该软件由jean-pierre charras开发。该软件具有可以创建BOM（材料清单）、作品和PCB 3D视图，以及电路中使用的所有组件工具。该软件的库中提供了许多组件，并且用户可以添加他们的自定义组件，支持多种人类语言。
CircuitMaker
这个软件也是由Altium开发的。该软件的原理图编辑器包括基本元件布局，该软件用于设计高级多通道和分层原理图。所有原理图都上传到服务器，任何人都可以查看这些文件，前提是您需要预先创建一个CircuitMaker帐户。
|
