第四章：PCB（印刷电路板）的基本概念

• 通过焊盘将元器件焊接到电路板上

• 能够让电流通过的圆孔，可以将不同层的走线进行连接

• Mechanical：机械层 - 定义了板的外观
• Keepout layer： 禁止布线层 - 电气布线的边界
• Top overlay：顶层丝印层
• Bottom overlay：底层丝印层
• Top paste：顶层焊盘层
• Bottom paste：底层焊盘层
• Top solder：顶层阻焊层
• Bottom solder：底层阻焊层
• Drill guide：过孔引导层
• Drill drawing：过孔钻孔层
• Signal layer：信号层
• Internal plane layer：内部电源/接地层
• Solder mask layer：阻焊层
• Paste mask layer - 锡膏保护层，SMD贴片层

• 元器件轮廓、方向、编号、备注信息，方便辨识
• 一般在Top overlay层和Bottom overlay层
• 字体大小适中，不要放置在焊盘或过孔上导致阅读困难

• 在上下两层没有焊盘的地方上的一层用于绝缘的绿油层，防止焊锡将不同Net的两个连线短路

PCB设计是硬件工程师必备的技能，要修成优秀的硬件工程师就要先了解与PCB相关的一些基本概念，以在具体的设计过程中把握住核心的要点。

印刷电路板的主要功能就是为了帮助各种形状、封装的元器件能够方便地进行电气连接。因此PCB的设计目标也就有以下几点：

• 将各种封装的元器件适当地固定在电路板上，并能够将这些器件的每个引脚的信号（通过焊盘Pad）连接出来；
• 在将各个器件的引脚进行连接的时候一定要满足所需要的电气性能，达到电路设计的初衷，电路板本身不能对各个信号带来连接错误、噪声、失真等；
• 同时要满足各种机械、加工、散热、电磁干扰等方面的要求。

PCB和PCBA是两个概念，也是两道工序。PCB加工是基于工程师提供的Gerber文件将设计变成实际的电路板（没有安装元器件的裸板）的过程，国内非常有名的PCB加工厂有金百泽、兴森快捷等；PCBA是PCB Assembly的缩写，也就是在已经加工好的PCB板上将元器件焊接、安装上去的过程，PCBA的厂商通过贴片机、手工焊接等方式将元器件焊接在PCB板上，像深圳的汉普、金百泽、苏州的易德龙等都是PCBA领域比较专业而且有规模的企业。当然也有不少企业既做PCB生产，又做PCBA的业务，比如金百泽。

参见上面的PCB图片，印刷电路板（PCB）主要的几个概念：

• 器件（Part）：焊接在PCB板上的元器件，这也是PCB的作用所在，在PCB光板上器件以焊盘+丝印的方式出现
• 焊盘（Pad）：通过电气的方式将元器件的管脚连接在板子上，它与器件的管脚相对应
• 走线（Track/Trace）：连接器件管脚之间的信号线，取决于信号的性质，比如电流大小、速度等，走线的长度、宽度等也有所不同
• 过孔（Via）：如果电路不能在一个层面上实现所有的信号走线，就要通过过孔的方式将信号线进行跨层连接，过孔的形式以及孔径取决于信号的特性以及加工厂工艺的要求
• 层（layer） - 电路板分很多层，除了走信号的层之外，还有其它用于定义加工用的层等
• 丝印（silk screen/overlay）： 也可以叫丝印层，用于对器件进行各种相关的信息标注
• 阻焊层（Solder mask）：从字面上也可以理解出来是为了防止没有电气连接的临近的管脚被误焊的保护层
• 定位孔（Mounting hole）：为了安装或调试方便放置的孔

为了将器件有效地放置在电路板上，根据元器件的特性以及需要的信号管脚数量、性质，每种器件都采有不同的封装方式，但主要分为两大类： 穿孔方式（Through hole）- 需要在电路板上打孔将管脚固定住，元器件的管脚跨越Top和bottom两个层 表面贴装方式（Surface mount）- 元器件只出现在一个Layer上

上面的页面中讲述了SMD器件在PCB上使用的主要特性

焊盘（PAD）是为了将元器件的管脚固定在PCB上并将信号连接在板上。它有不同的形状和尺寸 - 在用CAD工具构建封装库的时候，要根据该器件的数据手册中的定义来设定。

PCB是分层的，每一层的功能和定义是不同的，从该页中可以看出除了连接信号的层之外，还有一些用于加工、安装以及指示的层。在用CAD工具设计PCB的时候一定要清晰理解这些层的含义和作用，正确地进行layer的设置和使用。

此页直观地显示了6个层的功能。

用于信号跨层的时候连通不同层的，根据连接的信号层的设置，可以分为三种：

• 通孔（through hole）- 连通了上下两层，上下都可见
• 埋孔（Buried via）- 在电路板内部，连接电路板内部的两个层，表面上看不到
• 盲孔（Blind via）- 只有一面能看到，另外一面看不到，该孔将一个表面层的信号连接到内部的某个信号层

过孔的形状和尺寸也不是随便设置的，它取决于连接的信号的特性以及PCB加工厂的工艺要求。

此页说明了丝印的作用及其关键注意事项。

阻焊 - 为了防止不该连接的信号线由于焊接导致短路，特意在PCB上有一个阻焊层进行保护。

除了工程师针对项目自己设计的PCB之外，日常还会用到一些其它的板卡和附件用于测试、评估、前期开发等，这些都是工程师在实验室中常备的物料。

由于设计、加工、调试PCB的周期比较长，成本也比较高，多数情况下在正式设计PCB之前，我们会用一些原型板比如面包板、多孔板、铜箔板对电路进行初步的验证。注意：面包板比较常用，但是其高频性能比较差，只能对低频、低速的电路进行验证，而且面包板只适合穿孔封装的器件。

为方便工程师的设计，器件生产原厂以及他们的设计服务公司（一般称为IDH）、民间的板卡开发公司等都会提供一些功能强大、使用灵活的评估板、开发板以及功能模块。有效利用好这些板卡或模块可以迅速验证自己的方案设计，降低不必要的前期风险，大大加速项目的开发进度。