硬件工程師高效培訓電路板基礎(chǔ)

1、硬件工程師高效培訓電路板基礎(chǔ)硬件工程師的職責原理圖設(shè)計PCB板設(shè)計安裝調(diào)試電路板連通寄存器調(diào)試對芯片的理解性能調(diào)試去干擾、通過一些強制性指標技術(shù)支持AE&FAE(Field Application Engineer)。電路板上的常見元器件1 電阻作用：分流、限流、分壓、偏置等 參數(shù)標注方法：數(shù)標法，如：472 表示 47102（即4.7K） 色標法，黑棕紅橙黃綠蘭紫灰白、金、銀，四色環(huán)、五色環(huán)，最后一個色環(huán)都表示精度直標法，一些大功率水泥電阻，如：5W 0.22 同一功率值的電阻，價錢基本相同，SMD比DIP便宜，但焊接工藝需要SMD回流焊，成本高。電路板上的常見元器件2電容 電容對交流信號的

2、阻礙作用稱為容抗，它與交流信號的頻率和電容量有關(guān) 電容的種類有電解電容、瓷片電容、獨石電容、鉭電容、CBB（聚丙烯）電容、滌綸電容等。 鉭電解電容在正負極電壓接反時，容易爆炸，慎用。 F G J K L M允許誤差 1% 2% 5% 10% 15% 20% 如：一滌綸電容為104J表示容量為0. 1 uF：10X104pF,誤差為5%對小容量電容，價錢與容量有關(guān)，0.1 uF比0.01 uF貴對大容量電容，價格還與耐壓值有關(guān) 電路板上的常見元器件3電感 電感的特性是通直流阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。電感在電路中可與電容組成振蕩電路。 線繞電感、層疊電感 層疊電感的直流電阻較大，在大電流的通

3、路要慎用。電路板上的常見元器件4二極管單向?qū)щ娦?常用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護、 編碼控制。按功能分：整流二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管 發(fā)光二極管的正負極可從引腳長短來識別，長腳為正，短腳為負 用指針式萬用表測量二極管的導通電阻？注意：二極管的封裝在PCB與SCH的對應(yīng)肖特基二極管（高頻低阻、低導通電壓）、變?nèi)荻O管（本振）？電路板上的常見元器件5 共射 共集（射隨） 共基Ri (輸入電阻)中（幾百歐幾千歐） 大（幾十千歐以上） ?。◣讱W幾十歐） Ro(輸出電阻)中（幾千歐幾十千歐） ?。◣讱W幾十歐） 大（幾十千歐幾百千歐） Av(電壓放大倍數(shù)) 大 約等于1

4、大Ai(電流放大倍數(shù)) 大（幾十） 大（幾十） 約等于1Ap(功率放大倍數(shù)) 3040 dB 約10 dB 1520 dB頻率特性 高頻差 好 好 應(yīng)用多級放大器中間級， 低頻放大 輸入級、輸出級或作阻抗匹配用 高頻或?qū)掝l帶電路及恒流源電路 三極管電路板上的常見元器件6場效應(yīng)管高輸入阻抗、低噪聲 ，做電子設(shè)備的輸入級與晶體三極管相比：電壓控制元件 、單極型器件、 有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用、 便于集成 、無法應(yīng)用于高耐壓場合注意三極管、場效應(yīng)管的封裝！PCB加工流程1PCB-PrintedCircuieBoard撓性線路板、剛性線路板敷銅板材：紙基（單面板）、玻璃布基（雙面及多面板）

5、，預浸酚醛或環(huán)氧樹脂，表層一面或兩面粘上覆銅簿再層壓固化單面板的加工流程： 下料刷洗、干燥網(wǎng)印負性線路圖形檢驗、修板電鍍線路圖形抗蝕刻材料（鎳/金）固化、檢查蝕刻銅去抗蝕印料、干燥沖壓各種孔刷洗、干燥網(wǎng)印阻焊（常用綠油）網(wǎng)印字符標記圖形電氣開、短路測試刷洗、干燥預涂助焊防氧化劑（干燥）檢驗包裝成品出廠 PCB加工流程2雙面板加工流程 下料鉆基準孔數(shù)控鉆導通孔檢驗、去毛刺、刷洗化學鍍（導通孔金屬化）檢驗刷洗網(wǎng)印負性線路圖形檢驗、修板電鍍線路圖形抗蝕刻材料（鎳/金）去印料蝕刻銅清潔刷洗網(wǎng)印阻焊圖形（常用綠油）清洗、干燥網(wǎng)印標記字符圖形外形加工清洗、干燥電氣通斷檢測預涂助焊劑、防氧化劑檢驗包裝成品出

6、廠 PCB加工流程3多層板實際上就是2個單面板加n個雙面板的結(jié)合，層數(shù)2n+2多層板的加工流程： 內(nèi)層雙面敷銅板下料刷洗鉆定位孔貼抗蝕膜或涂抗蝕劑蝕刻、清洗內(nèi)層去氧化內(nèi)層檢查（同時外層單面覆銅板線路制作：板材粘結(jié)片檢查、鉆定位孔）層壓數(shù)控鉆其它導通孔孔檢查去毛刺、導通孔化學鍍銅電鍍線路圖形抗蝕刻材料蝕刻、清洗檢查網(wǎng)印阻焊（綠油）印制字符圖形預涂助焊劑、防氧化劑數(shù)控銑外形成品檢查包裝出廠 電路板上的元素1走線（track）不理想的導線，有電阻、電感和電容 大電流低頻信號：著重考慮其電阻產(chǎn)生的壓降頻率高于40MHz的信號：考慮其傳輸線效應(yīng)邊緣陡峭的信號，我們必須考慮電容效應(yīng)對邊緣的影響 電路板上的

7、元素2過孔（via）過孔對高頻信號或者邊緣陡峭的信號影響很大 盲孔、半盲孔過孔大小對PCB加工成本的影響孔的直徑1/6板厚，影響孔壁鍍錫，對我們1.8mm厚的板子，最大過孔直徑0.3mm，即12mil過孔越小，寄生電容也越小，適合高速電路過孔的寄生電感，在高速電路中比較明顯，濾波電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這時過孔的寄生電感就會成倍增加 信號換層的過孔附近要放置一些接地過孔，以便為信號提供最近的回路。在純數(shù)字板和RF板上，可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔 電路板上的元素3焊盤(pad)SMD焊盤穿孔焊盤橢圓形焊盤其它不規(guī)則焊盤加強徑熱焊盤電路板上的元素4層(laye

8、r) 沒有電氣屬性的層:如絲印層、尺寸標注層 有電氣屬性的層:布線層、電源層和地層內(nèi)電層的正片和負片Pads中的內(nèi)電層：CAM Plane和Split/Mixed layer25包含了地電信息Protel中的內(nèi)電層：Plane和Middle layer 電路板上的元素5填充區(qū)(fill、polygon、flood copper) Fill：將所選區(qū)域全部鋪銅 ，無論其網(wǎng)表是否一致 polygon ：Protel中的灌銅flood copper：Pads中的灌銅灌銅其實是由多條track組成，有線寬和線間距，合理選擇可以形成網(wǎng)狀灌銅，但要注意PCB加工廠家能生產(chǎn)的最小間距插裝焊盤十字形連接、過孔

9、的全覆蓋電路板上的元素6安裝孔非金屬化花焊盤接插件的塑料插孔定位孔貼片工藝定位PCB板加工定位電路板上的元素7工藝邊波峰焊鏈條通路擋錫條夾邊35mm電路板設(shè)計流程 1元器件庫的建立 利用向?qū)?封裝的參考點：導入的新器件在PCB上看不到 焊盤所在的層：做表貼器件 利用已有的PCB生成庫文件 注意二極管、三極管等元器件的封裝電路板設(shè)計流程 2原理圖輸入 設(shè)計柵格的用處 器件標號排列原則：功能模塊編號 原理圖設(shè)計中的可選項 有序分頁電路板設(shè)計流程 3網(wǎng)表生成和導入 網(wǎng)表導入時的錯誤提示 保持原理圖和PCB圖隨時一致電路板設(shè)計流程 4布局 機械結(jié)構(gòu) 散熱 電磁干擾 將來布線的方便性 先，與機械尺寸有關(guān)

10、的器件 再，大的占位置的器件和電路的核心元件 最后，外圍的小元件 布局和布線交叉進行 具體注意事項見后節(jié) 電路板設(shè)計流程 5布線 多層板最好是偶數(shù)層 布線規(guī)則的應(yīng)用 針對某一類（個）元器件的規(guī)則 補淚滴 具體注意事項見后節(jié)電路板設(shè)計流程 6設(shè)計規(guī)則檢查 連通性、線寬、線間距 電源線寬度、地平面完整性 高頻板的信號完整性（SI） 關(guān)鍵信號的保護、差分線對的一致性 數(shù)模部分的分割與互通性 工藝邊、定位孔、字符位置、大小 內(nèi)電層的外框邊緣15h, 其中h為電路板厚度電路板設(shè)計流程 7光繪(gerber)文件的生成材料清單的生成電路板設(shè)計說明文檔Protel99se原理圖中所用的元器件必須在PCB庫中

11、存在它的封裝可重疊元器件：Component Clearance rule補淚滴(drop tears)：在灌銅之前進行Pads-powerPcbECO模式慎用！最小可見線寬的設(shè)置Active Layer Comes to Front設(shè)置測試點的添加方法：end via mode、via type地過孔的添加方法：select net，右鍵跳線（光線）的使用布局的注意事項1從三維角度考慮器件的安放位置 較重元器件應(yīng)盡量分散放置以防止浸焊時板子變形 ，必要時加螺絲支撐電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局 ，順時針增加，逆時針減小風機向內(nèi)吹時散熱效果好，但板子很會臟，所以向外

12、抽風的居多 發(fā)熱器件與電解電容、晶振、鍺管等熱敏元件的距離 豎放的板子應(yīng)把發(fā)熱元件放置在板的最上面 布局的注意事項2雙面放器件時底層不得放發(fā)熱元件 輸入端和輸出端不能放在板子的同一側(cè) 模擬部分、數(shù)字部分、大功率部分元器件要分區(qū)放置，注意匹配電阻、耦合電容、濾波電容的位置跳線不要放在IC下面或馬達、電位器以及其它大體積金屬外殼的元件下面金屬外殼的元件，插件時外殼與印制板接觸的，頂層的焊盤不可開，一定要用綠油或絲印油蓋?。ɡ鐑赡_的晶振）布局時，DIP封裝的IC擺放的方向必須與過錫爐的方向垂直，不可平行 布局的注意事項3大面積PCB(超過500cm2以上),為防止過錫爐時PCB板彎曲,應(yīng)在PCB板

13、中間留一條5-10mm寬的空隙不放元器件(可以走線)，以用來在過錫爐時夾上防止PCB板彎曲的壓條在貼片元件的PCB板上，為了提高貼片元件的貼裝準確性，PCB板上必須設(shè)有定位標記（MARKS），且每貼裝面最少要兩個標記，分別設(shè)于PCB的一組對角上 布局的注意事項4盡可能把干擾源（如電機，繼電器）與敏感元件（如單片機、VCO等）遠離大功率器件盡可能放在電路板邊緣 A/D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置，看器件說明書對于那些可能要經(jīng)常拆換的元器件應(yīng)該考慮其拆卸方便板子邊緣的元器件的最小距離（工藝邊）35mm 引線存在抽頭電感，要避免使用有引線的組件，高頻環(huán)境下，最好使用表貼器件 布線的注意事項1線寬、線間距，板子邊

14、緣走線的線寬和線間距大電流 焊盤的處理：加強徑、線寬高電壓信號線的處理：開槽、加大線間距避免90度拐線走線能短的不要長，過孔能少的不要多大面積灌銅區(qū)域(500mm2)應(yīng)該局部開窗口，防止過波峰焊時斷裂電阻、二極管等插裝件的腳間距：7.5mm，10mm，12.5mm25mm布線的注意事項2穿孔焊盤的尺寸：焊盤孔直徑器件腳直徑的1.5倍，焊盤外徑焊盤孔直徑的1.5倍，橢圓形焊盤長短直徑比3:2補淚滴，走線寬度緩變，如從焊盤引出10mil15mil20mil25mil插裝焊盤與大面積灌銅的連接：花狀連接；貼裝焊盤與大面積灌銅的連接：覆蓋。Powerpcb中的設(shè)置：注意設(shè)定各種形狀的焊盤。同一塊板子上

15、的過孔類型不要太多，鉆孔的孔徑類型也要盡量少，節(jié)省加工成本布線的注意事項3線寬：地線電源線信號線 在多層印制板布線時，如果非要在內(nèi)層走線，最好是保留地層的完整性，把線走在電源層 為大功率器件（如功放）的電源單獨走一條盡可能寬的地回線，以將傳輸壓降減到最低，不要與其它地線直接相連截面1平方毫米的導線，架空線環(huán)境中可通過10A的電流，變壓器繞線中只能通過3A的電流，在電路板上可通過8A的電流；如果考慮電路板上銅皮厚度0.1毫米，則1毫米線寬可承載最大電流為800mA。此外，對于高頻信號為了減小其阻尼，我們通常加大線寬；對于小電流低頻信號，其線寬與電路板生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)能力有關(guān)，一般不要小于0.2mm

16、 布線的注意事項4電流變化劇烈的線（電機供電）應(yīng)該與周圍的信號線保持一定距離，(dv=Ldi/dt)以免電流變化時產(chǎn)生的電磁場對其他信號產(chǎn)生不可預料的影響 去耦電容的位置要放在電源進IC管腳之前才能有效的濾除高頻干擾，并且電容接地走線要短而粗 總線的過孔盡量避免把內(nèi)電層分成兩段，交錯放置，以保證地層的完整性布線的注意事項5高頻信號線、時鐘線等信號要注意額外保護，盡量不要加過孔，走線盡可能短，同時在信號線旁邊要注意包地屏蔽，信號的下一層最好也是地，千萬別以為把這些線走在地層會有很好的屏蔽作用。輸入部分走線不能太長，輸出部分可以適當加長，因為輸出電阻小，不易感應(yīng)噪聲對VCO、RF信號等敏感信號的保

17、護，走線要盡量短 布線的注意事項6差分對走線：線對中間不允許出現(xiàn)其它信號的過孔，線對一定要同時走過孔，差分信號一般無法直接用示波器測量真實波形貼片密封裝IC連續(xù)幾個管腳同一網(wǎng)絡(luò)，最好不要大面積直接相連，以免給生產(chǎn)檢修帶來不便貼裝焊盤下面不要放置過孔批量生產(chǎn)的PCB過孔尺寸直接影響加工成本有些元器件的穿孔焊盤孔不能太大，以免過波峰焊時被焊錫頂起來布線的注意事項7蛇行走線 保證信號的延遲在一個范圍內(nèi) 阻抗匹配 濾波電感 短而窄的蛇形走線可做保險絲 蛇形線間距最少是線寬的兩倍過孔覆蓋綠油，特別對于器件密度較高的貼裝電路板 布線的注意事項8位號、說明字符、部品號、測試點的放置 絲印不要放在錫膏上（焊盤

18、、不涂綠油的地方） 測試點，貼裝的測試點盡量放在非元器件面，插裝測試點的位置要便于測試屏蔽罩、散熱器的接地 有些器件的散熱器不能接地，一定要注意 屏蔽罩接地一定要接到被屏蔽模塊的地螺絲安裝孔接地要有試驗數(shù)據(jù)做參考，并不是所有的都要接地電路板安裝調(diào)試1安裝清單貼裝樣板手工安裝順序：小阻容電感貼裝IC插裝阻容、插座、IC較大的插裝器件，如，變壓器等初調(diào)： 測量電源電壓，要等一會看是否會下降 測量晶振是否已經(jīng)正常起振 測量有些IC自帶的基準電壓 電路板安裝調(diào)試2單面安裝板、雙面（或多層）走線單面安裝板、雙面走線（或多層）雙面安裝板SMD、插裝混合安裝工廠單面板純插裝器件大批量生產(chǎn)時安裝順序插件機：跳線、小功率的電阻、普通二極管、瓷片電容、小電解電容、三極管等器件，器件腿已經(jīng)剪掉并折勾手插：每個工位負責若干個位號，插裝電解電容、功率電阻、整流二極管、小型插座等，有時候會對管腳較長的器件進行預處理，先把其管腳剪短一點電路板安裝調(diào)試3過波峰焊：檢查：對連焊的地方進行修補，對漏焊的焊點進行補焊手工補焊：一些較大的器件，如變壓