PCB原理
PCB相关知识点
前言
PCB在现代电子技术中有着举足轻重的地位，大量的电子器件都使用了PCB。所以了解PCB原理对我们来说是非常重要的。
PCB的历史与发展
印制电路技术虽然在第二次世界大战后才获得迅速发展,但是“印制电路”这一概念的来源,却要追溯到19世纪。
在19世纪,由于不存在复杂的电子装置和电气机械,因此没有大量生产印制电路板的问题,只是大量需要无源元器件,如电阻、线圈等。1899年,美国人提出采用金属箔冲压法,在基板上冲压金属箔制出电阻器,1927年提出采用电镀法制造电感、电容。
20世纪初,人们为了简化电子机器的制作,减少电子零件间的配线,降低制作成本等优点,于是开始钻研以印刷的方式取代配线的方法。
三十年间,不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。而最成功的是1925年,美国的Charles Ducas在绝缘的基板上印刷出线路图案,再以电镀的方式,成功建立导体作配线。直至1936年,奥地利人保罗·爱斯勒(Paul Eisler)在英国发表了箔膜技术,他在一个收音机装置内采用了印制电路板﹔而在日本,宫本喜之助以喷附配线法成功申请专利。
而两者中Paul Eisler 的方法与现今的印制电路板最为相似,这类做法称为减去法,是把不需要的金属除去﹔而 Charles Ducas,宫本喜之助的做法是只加上所需的配线,称为加成法。虽然如此,但因为当时的电子零件发热量大,两者的基板也难以配合使用,以致未有正式的实用作品,不过也使印制电路技术更进一步。
50年代中期,随着大面积的高黏合强度覆铜板的研制,为大量生产印制板提供了材料基础。1954年,美国通用电气公司采用了图形电镀-蚀刻法制板。
60年代,印制板得到广泛应用,并日益成为电子设备中必不可少的重要部件。在生产上除大量采用丝网漏印法和图形电镀一蚀刻法(即减成法)等工艺外,还应用了加成法工艺,使印制导线密度更高。目前高层数的多层印制板、挠性印制电路、金属芯印制电路、功能化印制电路都得到了长足的发展。
PCB的分类以及结构
PCB的分类
按照PCB板中铜的层数，可以将PCB分为：
- 单层板: 最基本的PCB板，只有一层铜层。
- 双层板: 上下共两层铜层。
- 多层板：有着两层以上的PCB板，其实可以将多层板看作是由多个双层板组成的板子。
按照PCB的材质，可以将PCB分为：
- 刚性印刷电路板
- 柔性印刷电路板
单层板
上面说过，单层板只有一层铜层。这使得只有有铜层的一边才可以走线，所以这类PCB板一般只适合制作低级的电子产品。
双层板
双层板是指上层和下层都有一层铜层的PCB板。这类PCB板的上下两层都可以进行走线，使得其可以用来制作有一定复杂度的电子产品。
多层板
多层板是由交替的导电图形层和绝缘材料层交替压制而成的。
多层板就可以看作是：多个二层板通过半固化片隔离而成。
上图是一个四层板的刨面图，因为其只有四层同层。
在多层板中，可以通过钻孔来将各铜层之间联系起来，从而实现多层板的功能。
注意：通孔和桩孔的区别，前者是直接联系上下层，后者是可以联系中间层和上下层的。
PCB的结构
印制电路板是以铜箔基板(copper-clad laminate,CCL)作为原料而制造的电器或电子的重要机构组件,了解它们是如何制造出来的,适用于何种产品,它们各有哪些优劣点,才能选择适当的基板。基板是 PCB的材料基础,主要是由介电层(树脂Resin,玻璃纤维Glass fiber),及高纯度的导体(铜箔Copper foil)二者所构成的复合材料(compositmaterial)。
基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板﹔在基板的表面覆盖着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔,常用厚度为35～50um;铜箔覆盖在基板一面的覆铜板称为单面覆铜板,基板的两面均覆盖铜箔的覆铜板称为双面覆铜板﹔铜箔能否牢固地覆在基板上,则由黏合剂来完成。
常用覆铜板的厚度有1.0mm，1.5mm，2.0mm三种。
PCB的制作
了解了PCB的分类和结构后,下面介绍PCB的制作过程。
需要注意的是：双面板、多层板之间的制造过程是不一样的：
双层板的制作：
多层板的制作过程：
多层板的详细制作流程
- 开料
开料就是将一张大料根据不同制板要求用机器锯成小料的过程,将大块的覆铜板剪裁成生产板加工尺寸,方便生产加工。 - 刨边、洗板
开料后的板边角处尖锐,容易划伤手,同时使板与板之间擦花,所以开料后再用圆角机圆角。圆角之后去除版面的氧化层。
关于PCB过孔
又上面可以知道对于过孔的处理主要在于四种方法：
- 过孔开窗
- 过孔盖油
- 过孔塞油
- 过孔赛树脂
对于一些芯片中间大片开窗的过孔，为了防止漏锡，可以选择塞树脂或塞铜浆。对于普通的过孔，不用考虑漏锡的，双面都是盖油的，可以选择塞油或是盖油。当然，过孔孔内塞上可以有效保护孔壁铜面的。还得看产品的类型和设计需要来定的
PCB验证
我们在打印好 PCB 之后，需要对其进行验证，以确保其完好无损。PCB 验证有多种方式。
- 直接观察法
- 静态测量法
- 线上测量法
1.觀測方法
這種方法非常直觀，通過仔細檢查，我們可以看到燒傷痕迹。 當出現這種問題時，我們在維護和檢查時應該注意規則，以確保通電時不會有更嚴重的傷害。在使用這種方法時，我們需要注意以下問題：
1）通過觀察確定PCB板是否被人為損壞。
2）仔細觀察與此電路板相關的部件，包括每個電容器和電阻器，看是否有黑化現象。 由於無法觀察電阻，只能使用儀器進行量測。 相關損壞部件應及時更換。
3）應觀察電路板上的集成電路，如CPU、AD和其他相關晶片，並及時修改凸起、燒傷和其他相關情况。
2.靜態測量方法
在測試PCB板故障時，通常很難通過觀察發現一些問題，除非它們被燒壞或變形。 然而，在得出結論之前，大多數問題仍然需要用電壓表進行量測。 電路板組件和相關部件應逐一進行測試。 維護步驟應按照以下流程進行：
1）檢測電源和接地之間的短路，並調查原因。
2）檢查二極體是否正常。
3）檢查電容器中是否存在短路甚至開路。 步驟4：檢查與電路板相關的集成電路，以及電阻器和其他相關設備的指示燈。
3.線上測量方法
1）接通電路板電源，檢查部件是否過熱。 如果有，檢查並更換相關部件。
2）檢測PCB板對應的門電路，觀察邏輯是否有問題，並確定晶片的質量。
3）測試數位電路晶體振盪器的輸出是否正常。
如何使用萬用表測試部件
1.電阻量測：萬用表可以量測PCB板上的電阻。 將電路板連接到伏安位置，然後將探針連接到部件的兩端。 觀察萬用表的讀數可以很容易地量測電路板上部件的電阻值。
2.電容量測：萬用表可以量測電路板上的電容。 將電路板連接到電阻位置，然後將探針連接到部件的兩端。 觀察萬用表的讀數可以很容易地量測PCB板上元件的電容值。
3.二極體量測：萬用表還可以量測電路板上二極體的正極性和負極性。 將電路板連接到二極體測試位置，然後將探針連接到二極體的兩個埠，觀察萬用表的讀數，即可輕鬆量測二極體的正極性和負極性。
萬用表可以量測電阻、電容和電感等設備，以確定這些部件是否損壞。 量測電路中是否存在短路或洩漏，尤其是PCB板的開路，以防止燒壞其他部件。
杂项
图片来源
注意看，上面这个 PCB 将自己作为一个 “芯片” 也就是说通过 焊盘直接将引脚引出
完成这样的方法关键在于：通过焊盘将这些引脚引出
实际上就是将焊盘放在 PCB板 的边缘上，然后使用铺铜将两边的焊盘连接起来：
