这节我们来看看PCB的构成、PCB都长什么样,以及PCB常用到的一些术语。先看一下我以前设计的一块PCB

这块PCB是捷配免费加工的快板,是块双面走线,在板子的顶层放置了元器件的板子,当然如果需要的话我们可以在板子的两面都放置元器件。

一般来讲,我们会用到两种元器件,穿孔的和表面贴装的,穿孔的元器件是通过将管腿插到一个小的孔安装在电路板上,在这个板子上,就有不少用于穿孔器件安装固定的孔,这些孔从上表面通到下表面,中间用导电材料连接(一般是铅或金),我们使用焊锡将元器件的管脚焊接到孔周围的焊盘上。

PCB上焊接的穿孔电阻

如果你想使用表面贴装的器件, 只需要将这个器件放在PCB表面的焊盘上,然后用足够的焊锡将器件的管脚同PCB上的焊盘牢靠地焊接在一起就可以。

PCB上焊接的表面贴装的电容

接下来,是丝印,我们使用丝印来在板子上添加一些文字和图形,文字可以提供针对板子和板上的元器件的有用信息,图形可以是Logo、其它的装饰图案,以及一些有用的标记等。这些提示性、装饰性的信息对电路板的电气特性没有任何影响。

硬禾学堂设计的基于STM32G031的DIY口袋仪器PCB

在上面的板子上,你可以看到我使用了一些方框对不同功能的器件做了区分,使用了一些字母或数字标记了一些重要的器件和管脚,板子上还有版本号等信息。我建议在我们PCB设计的时候最好养成习惯,把一些必要的信息通过丝印的方式印刷在PCB上。丝印在PCB设计工具中是作为一个层单独列出来的,在加工好的PCB上它是印在PCB的顶层或底层的。

为了安装方便或调试的时候出于安全的考虑,我们常常在板子四周打上几个安装孔,装上螺丝起到安装固定或支撑的作用,和板子的其它孔性质相似,只是它们不需要灌锡。在我们使用板子的时候避免桌面上的导线或器件对板子上的电路造成影响。

我们看到这个板子是白色的,当然还有黑色的、红色的,最多的是绿色的,

接下来,我们看看板上的这些走线,新版的小脚丫FPGA核心板看起来是黑色的,但实际上使用的是铜线,只是为了保护作用,PCB板都会在外面刷一层阻焊油层(叫Mask),油层的颜色我们可以选,这个板子用的是黑色的。这些黑色的铜线将器件之间的管脚进行了连接。

小脚丫FPGA核心板上的走线是黑色的

板上的走线用的是铜,它们的作用是将板上的不同器件的相应管脚之间进行电连接。在设计中我们可以设置不同的走线宽度。在英文中走线有两种叫法 - “tracks”或“traces”

在板子上还有一些小的孔,它们没有焊盘环绕,这些孔被称为”过孔“(vias), 过孔是一种孔,但它们的功能不是放元器件在上面,过孔是用来进行跨层走线的。如果你的PCB用到2到多层,你可以用过孔连接从一个层到另外一个层的走线,过孔对于在PCB上走线是非常有用的。

PCB上的过孔示意图

我们看到的覆盖PCB上的黑色的一层称之为阻焊层。它能够阻止板上的铜长期接触空气被氧化,进而影响到铜线的导电性能,还能够方便手工焊接,焊盘一般都很靠近,如果没有阻焊在之间隔开,焊接的时候会很容易粘连。

靠近的管脚在焊接时容易导致的焊接粘连

在图中还可以看到在很多走线之间有大面积的铜层,也就是我们所说的敷铜。

你可以看到这些孔,从上面穿到下面,这叫穿孔,也有一些焊盘只在一面,用于焊接,另一面看不到。

从侧面看,你可以看到这个PCB的厚度大约为1.6mm,也有其它厚度的板子,比如1mm、0.8mm甚至更薄的板子。我们最常用的就是1.6mm的板子,是用玻璃纤维制作的。

在板上除了焊盘之外,还有一些过孔,在焊盘、过孔之间有阻焊用的绿油。

在板上还有一层叫丝印,用以标记一些信息,类似一种说明性的文字或图案,方便用户的使用。

下一节,我们看一下如何用KiCad来设计PCB,整个流程是怎样的。