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继电器选型时PCB印刷电路板的解释以及设计应用
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继电器选型时PCB印刷电路板的解释以及设计应用

时间: 2023-09-06 07:28:53 |   作者: 工业继电器

  在电子行业有一个关键的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷电路板)。这是一个太基础的部件,导致很多人都很难解释到底什么是PCB。这篇文章将会详细解释PCB的构成,以及在PCB的领域里面常用的一些术语。在接下来的几页里面,我们将讨论PCB的组成,包括一些术语,简要的组装方法,以及简介PCB的设计过程。

  PCB(Printed circuit board)是一个最普遍的叫法,也可以叫做“printed wiring boards” 或者 “printed wiring cards”。在PCB出现之前,电路是通过点到点的接线组成的。这种方法的可靠性很低,因为随着电路的老化,线路的破裂会导致线路节点的断路或者短路。

  绕线技术是电路技术的一个重大进步,这种方法通过将小口径线材绕在连接点的柱子上,提升了线路的耐久性和可更换性。

  当电子行业从真空管、继电器发展到硅半导体以及集成电路的时候,电子元器件的尺寸和价格也在下降。电子科技类产品越来越频繁的出现在了消费领域,促使厂商去寻找更小以及性价比更高的方案。于是,PCB诞生了。

  PCB看上去像多层蛋糕或者千层面--制作中将不同的材料的层,通过热量和粘合剂压制到一起。

  PCB的基材一般都是玻璃纤维。大多数情况下,PCB的玻璃纤维基材一般就指“FR4”这样一种材料。“FR4”这种固体材料给予了PCB硬度和厚度。除了FR4这种基材外,还有柔性高温塑料(聚酰亚胺或类似)上生产的柔性电路板等等。

  廉价的PCB和洞洞板(见上图)是由环氧树脂或酚这样的材料制造成,缺乏 FR4那种耐用性,但是却便宜很多。当在这种板子上焊接东西时,将会闻到很大的异味。这种类型的基材,常常被用在很低端的消费品里面。酚类物质具有较低的热分解温度,焊接时间过长会导致其分解碳化,并且散发出难闻的味道。

  接下来介绍是很薄的铜箔层,生产中通过热量以及黏合剂将其压制倒基材上面。在双面板上,铜箔会压制到基材的正反两面。在一些低成本的场合,可能只会在基材的一面压制铜箔。当我们提及到”双面板“或者”两层板“的时候,指的是我们的千层面上有两层铜箔。当然,不同的PCB设计中,铜箔层的数量可能是1层这么少,或者比16层还多。

  铜层的厚度种类比较多,而且是用重量做单位的,一般都会采用铜均匀的覆盖一平方英尺的重量(盎司oz)来表示。大部分PCB的铜厚是1oz,但是有一些大功率的PCB可能会用到2oz或者3oz的铜厚。将盎司(oz)每平方英尺换算一下,大概是 35um或者1.4mil的铜厚。

  在铜层上面的是阻焊层。这一层让PCB看起来是绿色的(或者是SparkFun的红色)。阻焊层覆盖住铜层上面的走线,防止PCB上的走线和其他的金属、焊锡或者其它的导电物体接触导致短路。阻焊层的存在,使你们可以在正确的地方进行焊接 ,并且防止了焊锡搭桥。

  在上图这个例子里,我们大家可以看到阻焊覆盖了PCB的大部分(包括走线),但是露出了银色的孔环以及SMD焊盘,以方便焊接。

  一般来说,阻焊都是绿色的,但几乎所有的颜色可拿来做阻焊。SparkFun的板卡大部分是红色的,但是IOIO板卡用了白色,LilyPad板卡是紫色的。

  在阻焊层上面,是白色的丝印层。在PCB的丝印层上印有字母、数字以及符号,这样做才能够方便组装以及指导大家更好地理解板卡的设计。我们大家常常会用丝印层的符号标示某些管脚或者LED的功能等。

  丝印层是最最常见的颜色是白色,同样,丝印层几乎能做成任何颜色。黑色,灰色,红色甚至是黄色的丝印层并不少见。然而,很少见到单个板卡上有多种丝印层颜色。

  一个检查设计是否包含错误的程序,比如,走线短路,走线太细,或者钻孔太小。

  钻孔命中 -- 用来表示设计中要求的钻孔位置和实际的钻孔位置的偏差。钝钻头导致的不正确的钻孔中心是PCB制造里的普遍问题。

  (金)手指 -- 在板卡边上的金属焊盘,一般用做连接两个电路板。比如计算机的扩展模块的边缘、内存条以及老的游戏卡。

  用一些连续的孔形成一个薄弱的连接点,就可以容易将板卡从拼版上分割出来。SparkFun的Protosnap板卡是一个比较好的例子。

  自动化的电路板生产设备在生产小板卡的时候经常会出问题,将几个小板卡组合到一起,可以加快生产速度。

  平面 -- 线路板上一段连续的铜皮。一般是由边界来定义,而不是 路径。也称作”覆铜“

  焊锡炉 -- 焊接插件的炉子。一般里面有少量的熔融的焊锡,板卡在上面迅速的通过,就可以将暴露的管脚上锡焊接好。

  阻焊 -- 为避免短路、腐蚀以及其它问题,铜上面会覆盖一层保护膜。保护膜一般是绿色,也可能是其它颜色(SparkFun红色,Arduino蓝色,或者Apple黑色)。一般称作“阻焊”。

  表面贴装 -- 一种组装的方法,器件只需要简单的放在板卡上,不需要将器件管脚穿过板卡上的过孔。

  热焊盘 -- 指的是连接焊盘到平面间的一段短走线。如果焊盘没有做恰当的散热设计,焊接时很难将焊盘加热到足够的焊接温度。不恰当的散热焊盘设计,会感觉焊盘比较黏,并且回流焊的时间相对来说还是比较长。(译者注,一般热焊盘做在插件与波峰焊接触的一面。不了解这一个文章里面为何会提到reflow,reflow主要要考虑的是热平衡,防止立碑。)

  V-score -- 将板卡进行一条不完全的切割,可以将板卡通过这条直线折断。(译者注:国内常叫做“V-CUT”)

  过孔 -- 在板卡上的一个洞,一般用来将信号从一层切换到另外一层。塞孔指的是在过孔上覆盖阻焊,以防被焊接。连接器或者器件管脚过孔,因需要焊接,正常情况下不会进行塞孔。

  波峰焊 -- 一个焊接插件器件的方法。将板卡匀速的通过一个产生稳定波峰的熔融焊锡炉,焊锡的波峰会将器件管脚和暴露的焊盘焊接到一起。

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