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[技术资讯]印刷电路板(pcb)入门(新手学习)
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一、表面贴装技术(surface mounted technology)
        使用表面贴装式封装(surface mounted technology,smt)的零件,接脚是焊在与零件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接,而都在pcb上钻孔。表面贴式装的零件,甚至还能在两面都焊上。
        smt也比tht的零件要小。和使用tht零件的pcb比起来,使用smt技术的pcb板上零件要密集很多。smt封装零件也比tht的要便宜。所以现今的pcb上大部分都是smt元件。
        因为焊点和零件的接脚非常的小,所以采用人工焊接比较困难,目前表面贴装式元件都是机器自动贴装。

二、设计流程,在pcb的设计过程中,在正式布线前,还要经过很漫长的步骤,以下就是主要设计的流程:

系统规划

        首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能,成本限制,大小,运作情形等等。

系统功能区块图

        接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。将系统划分成几个pcb,

将系统划分成数个pcb的话,不仅可以缩小PCB尺寸,而且也可以让系统具有升级与交换零件的能力。系统功能方块图就提供了我们划分的依据。像是计算机就可以分成主机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。

决定使用封装方法,和各pcb的大小

        当各pcb使用的技术和电路数量都规划好之后,接下来就是规划PCB板尺寸。如果设计的过大,那么封装技术就要改变,或是重新划分。在选择技术时,也要考虑线路图的品质与速度的要求。
绘出所有pcb的电路原理图

        PCB原理图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的pcb都必须要描出来,现今大多采用cad(计算机辅助设计,computer aided design)的方式。 
初步设计的仿真运作

        为了确保设计出来的电路图可以正常运作,这必须先用计算机软件来仿真一次。这类软件可以读取设计图,并且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一块样本pcb,然后用手动测量要来的有效率多了。
将零件放上pcb

        零件放置的方式,是根据它们之间如何相连来决定的。它们必须以最有效率的方式与路径相连接。所谓有效率的布线,就是牵线越短并且通过层数越少(这也同时减少导孔的数目)越好,不过在真正布线时,我们会再提到这个问题。下面是总线在pcb上布线的样子。为了让各零件都能够拥有
完美的配线,放置的位置是很重要的。
测试布线可能性,与高速下的正确运作

        现今的部份计算机软件,可以检查各零件摆设的位置是否可以正确连接,或是检查在高速运作下,这样是否可以正确运作。这项步骤称为安排零件,不过我们不会太深入研究这些。如果电路设计有问题,在实地导出线路前,还可以重新安排零件的位置。

导出pcb上线路在原理图中的连接

        现在将会实地作成布线的样子。这项步骤通常都是全自动的,不过一般来说还是需要手动布线来更改某些部分。

使用cad软件作pcb导线设计
        每一次的设计,都必须要符合一套规定,像是线路间的最小保留间距,最小线路宽度,和其它类似的实际限制等。这些规定依照电路的速度,传送信号的强弱,电路对耗电与噪声的敏感度,以及材质品质与制造设备等因素而有不同。如果电流强度上升,那导线的粗细也必须要增加。为了减少pcb的成本,在减少层数的同时,也必须要注意这些规定是否仍旧符合。如果需要超过2层的构造的话,那么通常会使用到电源层以及地线层,来避免信号层上的传送信号受到影响,并且可以当作信号层的防护罩。
导线后电路测试

        为了确定线路在导线后能够正常运作,它必须要通过最后检测。这项检测也可以检查是否有不正确的连接,并且所有联机都照着原理图。

建立生产资料

        因为目前有许多设计pcb的cad工具,制造厂商必须有符合标准的资料,才能制造板子。标准规格有好几种,不过最常用的是gerber files规格。一组gerber files包括各信号、电源以及地线层的平面图,阻焊层与网板印刷面的平面图,以及钻孔与取放等指定资料。

电磁兼容问题

        没有按照emc(电磁兼容)规格设计的电子设备,很可能会散发出电磁能量,并且干扰附近的电器。emc对电磁干扰(emi),电磁场(emf)和射频干扰(rfi)等都规定了最大的限制。这项规定可以确保该电器与附近其它电器的正常运作。emc对一项设备,散射或传导到另一设备的能量有严格的限制,并且设计时要减少对外来emf、emi、rfi等的磁化率。换言之,这项规定的目的就是要防止电磁能量进入或由装置散发出。这其实是一项很难解决的问题,一般大多会使用电源和地线层,或是将pcb放进金属盒子当中以解决这些问题。电源和地线层可以防止信号层受干扰,金属盒的效用也差不多。对这些问题我们就不过于深入了。电路的最大速度得看如何照emc规定做了。内部的emi,像是导体间的电流耗损,会随着频率上升而增强。如果两者之间的的电流差距过大,那么一定要拉长两者间的距离。这也告诉我们如何避免高压,以及让电路的电流消耗降到最低。布线的延迟率也很重要,所以长度自然越短越好。所以布线良好的小pcb,会比大pcb更适合在高速下运作。

2013-09-16 作者:Admin  
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