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在電子行業(yè)有一個關(guān)鍵的部件叫做 PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎(chǔ)的部件，導(dǎo)致很多人都很難解釋到底什么是 PCB。這篇文章將會詳細解釋 PCB 的構(gòu)成，以及在 PCB 的領(lǐng)域里面常用的一些術(shù)語。
在接下來的幾頁里面，我們將討論 PCB 的組成，包括一些術(shù)語，簡要的組裝方法，以及簡介 PCB 的設(shè)計過程。
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What's a PCB?
PCB(Printed circuit board)是一個最普遍的叫法，也可以叫做“printed wiring boards” 或者 “printed wiring cards”。在 PCB 出現(xiàn)之前，電路是通過點到點的接線組成的。這種方法的可靠性很低，因為隨著電路的老化，線路的破裂會導(dǎo)致線路節(jié)點的斷路或者短路。
繞線技術(shù)是電路技術(shù)的一個重大進步，這種方法通過將小口徑線材繞在連接點的柱子上，提升了線路的耐久性以及可更換性。
（1977 年 Z80 計算機的繞線背板）
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當(dāng)電子行業(yè)從真空管、繼電器發(fā)展到硅半導(dǎo)體以及集成電路的時候，電子元器件的尺寸和價格也在下降。電子產(chǎn)品越來越頻繁的出現(xiàn)在了消費領(lǐng)域，促使廠商去尋找更小以及性價比更高的方案。于是，PCB 誕生了。
Composition（組成）
PCB 看上去像多層蛋糕或者千層面 -- 制作中將不同的材料的層，通過熱量和粘合劑壓制到一起。
從中間層開始吧。
FR4
PCB 的基材一般都是玻璃纖維。大多數(shù)情況下，PCB 的玻璃纖維基材一般就指"FR4"這種材料。"FR4"這種固體材料給予了 PCB 硬度和厚度。除了 FR4 這種基材外，還有柔性高溫塑料（聚酰亞胺或類似）上生產(chǎn)的柔性電路板等等。
你可能會發(fā)現(xiàn)有不同厚度的 PCB；然而 SparkFun 的產(chǎn)品的厚度大部分都是 1.6mm（0.063''）。有一些產(chǎn)品也采用了其它厚度，比如 LilyPad、Arudino Pro Micro boards 采用了 0.8mm 的板厚。
廉價的 PCB 和洞洞板（見上圖）是由環(huán)氧樹脂或酚這樣的材料制成，缺乏 FR4 那種耐用性，但是卻便宜很多。當(dāng)在這種板子上焊接?xùn)|西時，將會聞到很大的異味。這種類型的基材，常常被用在很低端的消費品里面。酚類物質(zhì)具有較低的熱分解溫度，焊接時間過長會導(dǎo)致其分解碳化，并且散發(fā)出難聞的味道。
Copper
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（露銅的 PCB，無阻焊&絲?。?/em>
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接下來介紹是很薄的銅箔層，生產(chǎn)中通過熱量以及黏合劑將其壓制倒基材上面。在雙面板上，銅箔會壓制到基材的正反兩面。在一些低成本的場合，可能只會在基材的一面壓制銅箔。當(dāng)我們提及到”雙面板“或者”兩層板“的時候，指的是我們的千層面上有兩層銅箔。當(dāng)然，不同的 PCB 設(shè)計中，銅箔層的數(shù)量可能是 1 層這么少，或者比 16 層還多。
銅層的厚度種類比較多，而且是用重量做單位的，一般采用銅均勻的覆蓋一平方英尺的重量（盎司 oz）來表示。大部分 PCB 的銅厚是 1oz，但是有一些大功率的 PCB 可能會用到 2oz 或者 3oz 的銅厚。將盎司(oz)每平方英尺換算一下，大概是 35um 或者 1.4mil 的銅厚。
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Soldermask（阻焊）
在銅層上面的是阻焊層。這一層讓 PCB 看起來是綠色的（或者是 SparkFun 的紅色）。阻焊層覆蓋住銅層上面的走線，防止 PCB 上的走線和其他的金屬、焊錫或者其它的導(dǎo)電物體接觸導(dǎo)致短路。阻焊層的存在，使大家可以在正確的地方進行焊接 ，并且防止了焊錫搭橋。
在上圖這個例子里，我們可以看到阻焊覆蓋了 PCB 的大部分（包括走線），但是露出了銀色的孔環(huán)以及 SMD 焊盤，以方便焊接。
一般來說，阻焊都是綠色的，但幾乎所有的顏色可以用來做阻焊。SparkFun 的板卡大部分是紅色的，但是 IOIO 板卡用了白色，LilyPad 板卡是紫色的。
Silkscreen（絲?。?/h3>
在阻焊層上面，是白色的絲印層。在 PCB 的絲印層上印有字母、數(shù)字以及符號，這樣可以方便組裝以及指導(dǎo)大家更好地理解板卡的設(shè)計。我們經(jīng)常會用絲印層的符號標示某些管腳或者 LED 的功能等。
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絲印層是最最常見的顏色是白色，同樣，絲印層幾乎可以做成任何顏色。黑色，灰色，紅色甚至是黃色的絲印層并不少見。然而，很少見到單個板卡上有多種絲印層顏色。
下一頁會介紹一些 PCB 方面的常用術(shù)語。
Terminology（術(shù)語）
現(xiàn)在你知道了 PCB 的結(jié)構(gòu)組成，下面我們來看一下 PCB 相關(guān)的術(shù)語吧。
孔環(huán)?-- PCB 上的金屬化孔上的銅環(huán)。
Examples of annular rings. 孔環(huán)的例子
DRC -- 設(shè)計規(guī)則檢查。一個檢查設(shè)計是否包含錯誤的程序，比如，走線短路，走線太細，或者鉆孔太小。
鉆孔命中 -- 用來表示設(shè)計中要求的鉆孔位置和實際的鉆孔位置的偏差。鈍鉆頭導(dǎo)致的不正確的鉆孔中心是 PCB 制造里的普遍問題。
?不是太準確的 drill hit 示意圖
（金）手指 -- 在板卡邊上裸露的金屬焊盤，一般用做連接兩個電路板。比如計算機的擴展模塊的邊緣、內(nèi)存條以及老的游戲卡。
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郵票孔 -- 除了 V-Cut 外，另一種可選擇的分板設(shè)計方法。用一些連續(xù)的孔形成一個薄弱的連接點，就可以容易將板卡從拼版上分割出來。SparkFun 的 Protosnap 板卡是一個比較好的例子。
ProtoSnap 上的郵票孔使 PCB 能簡單的彎折下來。
焊盤 -- 在 PCB 表面裸露的一部分金屬，用來焊接器件。
?左邊是 插件焊盤，右邊是貼片焊盤
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拼板 -- 一個由很多可分割的小電路板組成的大電路板。自動化的電路板生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)小板卡的時候經(jīng)常會出問題，將幾個小板卡組合到一起，可以加快生產(chǎn)速度。
3 拼板（原圖掛了，自己找的）
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鋼網(wǎng)?-- 一個薄金屬模板（也可以是塑料），在組裝的時候，將其放在 PCB 上讓焊錫透過某些特定部位。
鋼網(wǎng)（原圖掛了，自己找的配圖）
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Pick-and-place - 將元器件放到線路板上的機器或者流程。
平面 -- 線路板上一段連續(xù)的銅皮。一般是由邊界來定義，而不是 路徑。也稱作”覆銅“
圖示 PCB 上大部分地方?jīng)]有走線，但是有地的覆銅
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金屬化過孔 -- PCB 上的一個孔，包含孔環(huán)以及電鍍的孔壁。金屬化過孔可能是一個插件的連接點，信號的換層處，或者是一個安裝孔。
?FABFM PCB 上的一個插件電阻。電阻的兩個腿已經(jīng)穿過了 PCB 的過孔。電鍍的孔壁可以使 PCB 正反兩面的走線連接到一起。
Pogo pin -- 一個彈簧支撐的臨時接觸點，一般用作測試或燒錄程序。
有尖頭的 pogo pin, 在測試針床中用的很多。
回流焊?-- 將焊錫融化，使焊盤（SMD）和器件管腳連接到一起。
絲印?-- 在 PCB 板上的字母、數(shù)字、符號或者圖形等?；旧厦總€板卡上只有一種顏色，并且分辨率相對比較低。
?絲印指出了這個 LED 是電源指示燈。
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開槽 -- 指的是 PCB 上任何不是圓形的洞。開槽可以電鍍也可以不電鍍。由于開槽需要額外的切割時間，有時會增加板卡的成本。
在 ProtoSnap - Pro Mini 板卡上的復(fù)雜開槽。同樣有很多郵票孔。注意: 由于開槽的刀具是圓形的，開槽的邊緣不能完全做成直角。
錫膏層 -- 在往 PCB 上放置元器件之前，會通過鋼網(wǎng)在表貼器件的焊盤上形成的一定厚度的錫膏層。在回流焊過程中，錫膏融化，在焊盤和器件管腳間建立可靠的電氣和機械連接。
在放置元器件之前，PCB 上短暫的錫膏層，記得去了解一下鋼網(wǎng)的定義。
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焊錫爐 -- 焊接插件的爐子。一般里面有少量的熔融的焊錫，板卡在上面迅速的通過，就可以將暴露的管腳上錫焊接好。
阻焊?-- 為了防止短路、腐蝕以及其它問題，銅上面會覆蓋一層保護膜。保護膜一般是綠色，也可能是其它顏色(SparkFun 紅色，Arduino 藍色，或者 Apple 黑色)。一般稱作“阻焊”。
Solder mask covers up the signal traces but leaves the pads to solder to. 阻焊覆蓋了信號線，但是露出了焊盤以便于焊接。
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連錫?-- 器件上的兩個相連的管腳，被一小滴焊錫錯誤的連接到了一起。
表面貼裝?-- 一種組裝的方法，器件只需要簡單的放在板卡上，不需要將器件管腳穿過板卡上的過孔。
熱焊盤?-- 指的是連接焊盤到平面間的一段短走線。如果焊盤沒有做恰當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計，焊接時很難將焊盤加熱到足夠的焊接溫度。不恰當(dāng)?shù)纳岷副P設(shè)計，會感覺焊盤比較黏，并且回流焊的時間相對比較長。（譯者注，一般熱焊盤做在插件與波峰焊接觸的一面。不知道這個文章里面為什么會提到 reflow，reflow 主要要考慮的是熱平衡，防止立碑。）
在左邊，焊盤通過兩個短走線（熱焊盤）連接到地平面。在右邊，過孔直接連接到地平面，沒有采用熱焊盤。
走線 -- 在電路板上，一般連續(xù)的銅的路徑。
?一段連接復(fù)位點和板卡上其它地方的細走線。一個相對粗一點的走線連接了5V電源點。
V-score?-- 將板卡進行一條不完全的切割，可以將板卡通過這條直線折斷。（譯者注：國內(nèi)常叫做“V-CUT”）
過孔?-- 在板卡上的一個洞，一般用來將信號從一層切換到另外一層。塞孔指的是在過孔上覆蓋阻焊，以防被焊接。連接器或者器件管腳過孔，因為需要焊接，一般不會進行塞孔。
同一個 PCB 上塞孔的正反兩面。這個過孔將正面的信號，通過在板卡上的鉆孔，傳輸?shù)搅吮趁妗?/em>
波峰焊?-- 一個焊接插件器件的方法。將板卡勻速的通過一個產(chǎn)生穩(wěn)定波峰的熔融焊錫爐，焊錫的波峰會將器件管腳和暴露的焊盤焊接到一起。
下一頁將簡要的介紹一下如何設(shè)計自己的 PCB 板卡。?
Designing your own! 設(shè)計自己的！
你希望開始設(shè)計自己的 PCB 嗎。在 PCB 設(shè)計中的曲曲彎彎在這邊說太復(fù)雜了。不過，如果你真的想開始，下面有幾個要點。
- 找到一個 CAD 的工具：在 PCB 設(shè)計的市場里，有很多低價或者免費的選擇。當(dāng)找一個工具的時候，可以考慮以下幾點。
- 論壇支持：有沒有很多人使用這個工具？越多的人使用，你越容易找到你需要的器件的已經(jīng)設(shè)計好的封裝庫。
- 很容易用。如果不好用的話，你也不會用。
- 性能： 很多程序?qū)υO(shè)計有限制，比如層數(shù)，器件數(shù)，以及板卡尺寸等。大部分需要你去購買授權(quán)去升級性能。
- 可抑制性： 一些免費的程序不允許導(dǎo)出或者遷移到其它軟件，將你限制在唯一的供應(yīng)商上?？赡苘浖牡蛢r以及便捷性值得這樣的付出，但有時候不太值得。
- 去看看其他人的布板設(shè)計。開源硬件讓這個事情越來越容易。
- 練習(xí)，練習(xí)，還是練習(xí)。
- 保持低的期望值。你設(shè)計的第一個板卡可能有很多問題，但是第 20 個可能就少很多，但是還會有一些問題。但是你很難將所有問題清除。
- 原理圖相當(dāng)重要。嘗試去設(shè)計一個沒有好的原理圖支持的 PCB 板卡是徒勞的。
最后，說一些設(shè)計些自己的電路板的好處。如果你計劃參與一個或多個既定的項目，設(shè)計電路板帶來的好處是顯而易見的。相對于設(shè)計電路板來說，在面包板上點到點的布線太困難了，并且可靠性相對較低。并且，如果你的設(shè)計不錯的話，可以將你的設(shè)計買個好價錢：）
