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图文详解PCB术语FR4是什么?什么是邮票孔?回流焊波峰焊又是什么?

编辑:[db:作者] 时间:2024-08-25 05:12:37

What's a PCB?

PCB(Printed circuit board)是一个最普遍的叫法,也可以叫做“printed wiring boards” 或者 “printed wiring cards”。

图文详解PCB术语FR4是什么?什么是邮票孔?回流焊波峰焊又是什么?

在PCB涌现之前,电路是通过点到点的接线组成的。
这种方法的可靠性很低,由于随着电路的老化,线路的分裂会导致线路节点的断路或者短路。

绕线技能是电路技能的一个重大进步,这种方法通过将小口径线材绕在连接点的柱子上,提升了线路的耐久性以及可改换性。

(1977年Z80打算机的绕线背板)

当电子行业从真空管、继电器发展到硅半导体以及集成电路的时候,电子元器件的尺寸和价格也不才降。
电子产品越来越频繁的涌如今了消费领域,匆匆使厂商去探求更小以及性价比更高的方案。
于是,PCB出身了。

Composition(组成)

PCB看上去像多层蛋糕或者千层面--制作中将不同的材料的层,通过热量和粘合剂压制到一起。

从中间层开始吧。

FR4

PCB的基材一样平常都是玻璃纤维。
大多数情形下,PCB的玻璃纤维基材一样平常就指\"大众FR4\公众这种材料。
\公众FR4\"大众这种固体材料给予了PCB硬度和厚度。
除了FR4这种基材外,还有柔性高温塑料(聚酰亚胺或类似)上生产的柔性电路板等等。

你可能会创造有不同厚度的PCB;然而 SparkFun的产品的厚度大部分都是1.6mm(0.063'')。
有一些产品也采取了其它厚度,比如 LilyPad、Arudino Pro Micro boards采取了0.8mm的板厚。

廉价的PCB和洞洞板(见上图)是由环氧树脂或酚这样的材料制成,缺少 FR4那种耐用性,但是却便宜很多。
当在这种板子上焊接东西时,将会闻到很大的异味。
这种类型的基材,常常被用在很低真个消费品里面。
酚类物质具有较低的热分解温度,焊接韶光过长会导致其分解碳化,并且散发出难闻的味道。

Copper

(露铜的PCB,无阻焊&丝印)

接下来先容是很薄的铜箔层,生产中通过热量以及黏合剂将其压制倒基材上面。
在双面板上,铜箔会压制到基材的正反两面。
在一些低本钱的场合,可能只会在基材的一壁压制铜箔。
当我们提及到”双面板“或者”两层板“的时候,指的是我们的千层面上有两层铜箔。
当然,不同的PCB设计中,铜箔层的数量可能是1层这么少,或者比16层还多。

铜层的厚度种类比较多,而且是用重量做单位的,一样平常采取铜均匀的覆盖一平方英尺的重量(盎司oz)来表示。
大部分PCB的铜厚是1oz,但是有一些大功率的PCB可能会用到2oz或者3oz的铜厚。
将盎司(oz)每平方英尺换算一下,大概是 35um或者1.4mil的铜厚。

Soldermask(阻焊)

在铜层上面的是阻焊层。
这一层让PCB看起来是绿色的(或者是SparkFun的赤色)。
阻焊层覆盖住铜层上面的走线,防止PCB上的走线和其他的金属、焊锡或者其它的导电物体打仗导致短路。
阻焊层的存在,使大家可以在精确的地方进行焊接 ,并且防止了焊锡搭桥。

在上图这个例子里,我们可以看到阻焊覆盖了PCB的大部分(包括走线),但是露出了银色的孔环以及SMD焊盘,以方便焊接。

一样平常来说,阻焊都是绿色的,但险些所有的颜色可以用来做阻焊。
SparkFun的板卡大部分是赤色的,但是IOIO板卡用了白色,LilyPad板卡是紫色的。

Silkscreen(丝印)

在阻焊层上面,是白色的丝印层。
在PCB的丝印层上印有字母、数字以及符号,这样可以方便组装以及辅导大家更好地理解板卡的设计。
我们常常会用丝印层的符号标示某些管脚或者LED的功能等。

丝印层是最最常见的颜色是白色,同样,丝印层险些可以做成任何颜色。
玄色,灰色,赤色乃至是黄色的丝印层并不少见。
然而,很少见到单个板卡上有多种丝印层颜色。

Terminology(术语)

现在你知道了PCB的构造组成,下面我们来看一下PCB干系的术语吧。

孔环 -- PCB上的金属化孔上的铜环。

Examples of annular rings. 孔环的例子

DRC -- 设计规则检讨。
一个检讨设计是否包含缺点的程序,比如,走线短路,走线太细,或者钻孔太小。

钻孔命中 -- 用来表示设计中哀求的钻孔位置和实际的钻孔位置的偏差。
钝钻头导致的禁绝确的钻孔中央是PCB制造里的普遍问题。

不是太准确的drill hit示意图

(金)手指 -- 在板卡边上袒露的金属焊盘,一样平常用做连接两个电路板。
比如打算机的扩展模块的边缘、内存条以及老的游戏卡。

邮票孔 -- 除了V-Cut外,另一种可选择的分板设计方法。
用一些连续的孔形成一个薄弱的连接点,就可以随意马虎将板卡从拼版上分割出来。
SparkFun的Protosnap板卡是一个比较好的例子。

ProtoSnap上的邮票孔使PCB能大略的弯折下来。

焊盘 -- 在PCB表面袒露的一部分金属,用来焊接器件。

左边是 插件焊盘,右边是贴片焊盘

拼板 -- 一个由很多可分割的小电路板组成的大电路板。
自动化的电路板生产设备在生产小板卡的时候常常会出问题,将几个小板卡组合到一起,可以加快生产速率。

钢网 -- 一个薄金属模板(也可以是塑料),在组装的时候,将其放在PCB上让焊锡透过某些特定部位。

钢网(原图挂了,自己找的配图)

Pick-and-place - 将元器件放到线路板上的机器或者流程。

平面 -- 线路板上一段连续的铜皮。
一样平常是由边界来定义,而不是 路径。
也称作”覆铜“

图示PCB上大部分地方没有走线,但是有地的覆铜

金属化过孔 -- PCB上的一个孔,包含孔环以及电镀的孔壁。
金属化过孔可能是一个插件的连接点,旗子暗记的换层处,或者是一个安装孔。

FABFM PCB上的一个插件电阻。
电阻的两个腿已经穿过了PCB的过孔。
电镀的孔壁可以使PCB正反两面的走线连接到一起。

Pogo pin -- 一个弹簧支撑的临时打仗点,一样平常用作测试或烧录程序。

有尖头的pogo pin, 在测试针床中用的很多。

回流焊 -- 将焊锡融化,使焊盘(SMD)和器件管脚连接到一起。

丝印 -- 在PCB板上的字母、数字、符号或者图形等。
基本上每个板卡上只有一种颜色,并且分辨率相比拟较低。

丝印指出了这个LED是电源指示灯。

开槽 -- 指的是PCB上任何不是圆形的洞。
开槽可以电镀也可以不电镀。
由于开槽须要额外的切割韶光,有时会增加板卡的本钱。

在ProtoSnap - Pro Mini板卡上的繁芜开槽。
同样有很多邮票孔。
把稳: 由于开槽的刀具是圆形的,开槽的边缘不能完备做成直角。

锡膏层 -- 在往PCB上放置元器件之前,会通过钢网在表贴器件的焊盘上形成的一定厚度的锡膏层。
在回流焊过程中,锡膏融化,在焊盘和器件管脚间建立可靠的电气和机器连接。

在放置元器件之前,PCB上短暂的锡膏层,记得去理解一下钢网的定义。

焊锡炉 -- 焊接插件的炉子。
一样平常里面有少量的熔融的焊锡,板卡在上面迅速的通过,就可以将暴露的管脚上锡焊接好。

阻焊 -- 为了防止短路、堕落以及其它问题,铜上面会覆盖一层保护膜。
保护膜一样平常是绿色,也可能是其它颜色(SparkFun赤色,Arduino蓝色,或者Apple玄色)。
一样平常称作“阻焊”。

Solder mask covers up the signal traces but leaves the pads to solder to.阻焊覆盖了旗子暗记线,但是露出了焊盘以便于焊接。

连锡 -- 器件上的两个相连的管脚,被一小滴焊锡缺点的连接到了一起。

表面贴装 -- 一种组装的方法,器件只须要大略的放在板卡上,不须要将器件管脚穿过板卡上的过孔。

热焊盘 -- 指的是连接焊盘到平面间的一段短走线。
如果焊盘没有做恰当的散热设计,焊接时很难将焊盘加热到足够的焊接温度。
不恰当的散热焊盘设计,会觉得焊盘比较黏,并且回流焊的韶光相比拟较长。
(译者注,一样平常热焊盘做在插件与波峰焊打仗的一壁。
不知道这个文章里面为什么会提到reflow,reflow紧张要考虑的是热平衡,防止立碑。
)

在左边,焊盘通过两个短走线(热焊盘)连接到地平面。
在右边,过孔直接连接到地平面,没有采取热焊盘。

走线 -- 在电路板上,一样平常连续的铜的路径。

一段连接复位点和板卡上其它地方的细走线。
一个相对粗一点的走线连接了5V电源点。

V-score -- 将板卡进行一条不完备的切割,可以将板卡通过这条直线折断。
(译者注:海内常叫做“V-CUT”)

过孔 -- 在板卡上的一个洞,一样平常用来将旗子暗记从一层切换到其余一层。
塞孔指的是在过孔上覆盖阻焊,以防被焊接。
连接器或者器件管脚过孔,由于须要焊接,一样平常不会进行塞孔。

同一个PCB上塞孔的正反两面。
这个过孔将正面的旗子暗记,通过在板卡上的钻孔,传输到了背面。

波峰焊 -- 一个焊接插件器件的方法。
将板卡匀速的通过一个产生稳定波峰的熔融焊锡炉,焊锡的波峰会将器件管脚和暴露的焊盘焊接到一起。

简要的先容一下如何设计自己的PCB板卡。

Designing your own! 设计自己的!

你希望开始设计自己的PCB吗。
在PCB设计中的曲曲弯弯在这边说太繁芜了。
不过,如果你真的想开始,下面有几个要点。

找到一个CAD的工具:在PCB设计的市场里,有很多低价或者免费的选择。
当找一个工具的时候,可以考虑以下几点。

论坛支持:有没有很多人利用这个工具?越多的人利用,你越随意马虎找到你须要的器件的已经设计好的封装库。

很随意马虎用。
如果不好用的话,你也不会用。

性能:很多程序对设计有限定,比如层数,器件数,以及板卡尺寸等。
大部分须要你去购买授权去升级性能。

可抑制性:一些免费的程序不许可导出或者迁移到其它软件,将你限定在唯一的供应商上。
可能软件的低价以及便捷性值得这样的付出,但有时候不太值得。

去看看其他人的布板设计。
开源硬件让这个事情越来越随意马虎。

练习,练习,还是练习。

保持低的期望值。
你设计的第一个板卡可能有很多问题,但是第20个可能就少很多,但是还会有一些问题。
但是你很难将所有问题打消。

事理图相称主要。
考试测验去设计一个没有好的事理图支持的PCB板卡是徒劳的。

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