【中国汽车电子电气技术专家委员会】PCB:基础知识、类型、材料、设计步骤

   这篇文章主要是关于：PCB 的基础知识，类型、设计，以及所用材料的介绍。

一、PCB 分为哪些层？

   这里将 PCB分为7个工作层：信号层、内部平面、机械层、阻焊层、丝印层、系统层和其他层。

PCB层

1、信号层

   信号层包括 Top Layer、Bottom Layer、Mid Layer1、Mid Layer2……，信号层用于安装组件和走线，它也被称为电路层。

铜层

2、内部平面层

   内部平面层用于布置电源和地线。每个内部平面层可以有两个或多个电源，如 +5V、+15V 等。

3、机械层

   机械层一般用于放置 PCB 板印刷和组装方法的指示性信息，如电路板物理尺寸线、尺寸标记、数据表、过孔信息、组装说明等。

4、阻焊层

   阻焊层包括顶部和底部。Solder Paste Layer 包括Top Paste 和Bottom Paste，其功能与Solder Mask Layer 相似。

   阻焊层可以防止铜与空气相互作用而氧化，以及防止 PCB短路。

   关于阻焊层的更多内容，欢迎阅读以下文章： 阻焊层开窗是什么意思？6种阻焊层开窗方法+3种阻焊层开窗设计

    6个阻焊层设计错误，99%的工程师都犯过，你是那1%的工程师吗?

阻焊层

5、丝印层

   丝印层包括顶部覆盖层和底部覆盖层。用于放置元器件简介、元器件数量、徽标、日期等文本信息。丝印通常来说多为白色，也有用其他颜色。丝印主要是用来显示信息，与电路连接没有关系。

   关于丝印层的更多内容，欢迎阅读以下文章：PCB 丝印怎么制作？一定要看这一文，图文+设计案例，通俗易懂

   为什么PCB丝印这么重要？一文告诉你，附带9种PCB丝印设计详细方法

丝印层

6、其他层

   Keep-Out Layer 用于定义印刷电路板的区域。Drill guide 和 Drill drawing 用于进行钻孔绘图和钻孔定位，Drill Drawing比较常用

PCB阻焊层

7、系统层

   系统层包括 Connections、Pad Holes、Via Holes、Visible Grid 1 和 Visible Grid 2。

PCB

二、PCB分类-层数

   根据层数，PCB可分为三种类型，即单层PCB、双层PCB和多层PCB。

1、单层 PCB

   单层 PCB 是指导电材料（通常是铜）仅铺在板的一侧的PCB。单层 PCB 设计最简单，通常包含较少的组件，比较容易制造。

单层 PCB

单层 PCB

2、 双层 PCB

   与单层板不同，双层板的两面都有导电材料。因此，可以在电路板的两侧蚀刻迹线。过孔是双面 PCB设计的重要因素之一，可以将 PCB走线从一侧连接到另一侧。

双层 PCB

   PCB 的两侧通常分别称为顶部和底部，下图展示了双层 PCB 的图像。

双层 PCB

3、多层 PCB

   多层 PCB 具有两个以上导电层。它们本质上是由多个双面 PCB 粘合在一起并附有绝缘层组成。多层 PCB 可以多至12、16层，甚至更多。生产比较复杂，价格也比较贵。

多层 PCB

三、PCB 分类-根据外观

   常见的 PCB 外观包括：刚性 PCB 、柔性 PCB 和软硬结合 PCB

1、刚性 PCB

   在日常电子设备中，经常能看到 刚性 PCB ，由固体材料组成，可以是单层/双层/多层。使用寿命比较高。

刚性 PCB

2、柔性 PCB

   柔性 PCB 使用柔性材料，如聚酰胺、PEEK（聚醚醚酮）或透明导电聚酯薄膜作为基材，相对比较灵活，可以弯曲。也可以是单面/双面/多面。

柔性 PCB

柔性 PCB

柔性 PCB

   柔性电路广泛应用于有机发光二极管、LCD 制造、柔性太阳能电池、汽车工业、移动电话、相机、个人电脑等可穿戴和复杂电子设备。柔性电路制造起来比较复杂，成本也更高。

3、刚柔结合 PCB

   有些 设备因为尺寸和应用的要求，需要一部分柔性，另一部分是刚性的 PCB，也就是刚柔结合 PCB 。

   柔性-刚性 PCB 由多层柔性 PCB 与多个刚性 PCB 层相连组成。在手机、数码相机、汽车中有应用

刚柔结合 PCB

刚柔结合 PCB

四、PCB分类-基于组件封装/安装

   电子元器件通常采用 DIP（双列直插式封装）/带引线或 SMD（表面安装）形式安装，虽然只是安装方式，但也可以用来分类。

   基于这个，可以将PCB 分为：通孔 PCB 和表面贴装 PCB

1、通孔 PCB

   通孔 PCB是由 DIP 和带引线的组件组成。PCB上有钻孔，元件的引线放置在这些孔中，并焊接到通常位于 PCB 另一侧的焊盘上。

通孔 PCB

2、 表面贴装 （SMT ）PCB

   表面贴装 PCB，使用 SMD 元件，元件通常尺寸较小，不需要打孔。很多时候，两种安装方法会结合在一起。

表面贴装 （SMT ）PCB

五、PCB 基板材料

   PCB 制造中最常用的材料：FR4、FR-1 和 FR-2、CEM-1、CEM-3、聚酰胺和预浸料

1、FR4

   FR4 是基于编织玻璃环氧化合物，比较常用的 PCB 基板材料，FR 代表阻燃剂，基于 FR4 PCB 通常非常坚固。

2、FR-1和FR-2

   FR1 和 FR2 是由纸张和苯酚化合物制成的类似材料，通常用于制造低成本单层 PCB。与 FR4 相比，由这些材料制成的 PCB 质量通常较差，并且常见于消费电子产品中。

   FR1 的防潮性较差，耐电弧性较低，因此比较少使用。

3、CEM-1

   基于 CEM-1 的 PCB 的性能略高于基于 FR4 的 PCB，但通常更贵。CEM-1 材料由纸和两层玻璃纤维环氧和酚化合物制成，仅用于单层 PCB 板的开发。

4、CEM-3

   该材料为白色玻璃环氧化合物，主要用于双层 PCB。CEM-3比FR4 的机械强度较低，但比 FR4 便宜。

5、聚酰亚胺

   聚酰亚胺用作柔性 PCB 的基材，由多种材料制成的高温聚合物。具有良好的电性能，工作温度范围广，高吸水性和高耐化学性，不过价格比较贵

6、预浸料

   预浸料是用树脂浸渍的玻璃纤维。树脂经过预干燥，因此在加热时会流动、粘附并完全浸没。预浸料具有粘合层，其强度与 FR4 相似。

   该材料根据树脂含量有多种版本，SR-标准树脂、MR-中树脂和HR-高树脂，通常根据所需要的厚度、层结构和阻抗来选择。

六、PCB 设计步骤

   以下是设计印刷电路板的 9 个步骤：

1、了解电气参数

   在开始 PCB 设计之前，你应该了解系统的电气参数，包括：

• 电流最大值
• 电压
• 信号类型
• 电容限制
• 阻抗特性
• 屏蔽注意事项
• 电路元件和连接器的类型和位置
• 详细的网线清单和原理图

2、创建原理图

   第一步始终是创建原理图，指的是电路板用途和功能的电气层面的设计。

3、创建 PCB 布局

   使用工具设计原理图。

   关于 PCB布局的更多内容，欢迎阅读以下文章：13个PCB布局错误，初级工程师都犯过，高级工程师1个也没有犯过

    【干货】9种混合PCB 布局技巧总结，图文结合+实例，一文带你搞定

    【干货 】6 个PCB layout 技巧详细总结，提前避免 PCB 布局错误

4、设计 PCB 叠层

   阻抗在 PCB设计阶段的早期就需要考虑，叠层在 PCB设计阶段非常重要。

5、定义设计规则和要求

   一般公司都会有自己一套的设计规则和布局要求，可以避免 PCB设计反复修改。

6、放置组件

   为了防止在电路中产生电噪声，有些组件会有比较严格的要求。

   关于组件放置的更多内容，欢迎阅读以下文章：PCB 元器件怎么放置？14条元器件摆放技巧帮你总结，图文结合，通俗易懂

7. 插入钻孔

   这里主要是由组件和连接驱动，也就是与底层的钻孔连接。

   关于 PCB 钻孔的更多内容，欢迎阅读以下文章：9种PCB钻孔技巧总结，图文+案例，带你轻松搞定PCB钻孔

8. 布线

   防止组件并钻孔后，就可以开始布线了。

9、添加标签和标识符

   添加标签、标识符、标记或参考指示符，有助于显示特定组件在电路板上的位置。

10. 生成设计/布局文件

   全部完成之后，就可以生成设计文件。