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如何学习PCB设计

PCB设计是为电子电路创建可以在板上制造的二维设计的艺术和科学。

如果您与电子学有关,无论是业余爱好者或工程专业学生,还是目前在电子学领域工作的人员,那么对PCB设计一无所知几乎是不可能的

正如所说的PCB代表印刷电路板。每当我们在纸上有一个电路,并且想要对其进行测试或构建该电路的物理格式时,我们都会构建一个印刷电路板。因此,基本上,PCB是在纸上绘制的电路的完整格式。在设计PCB时,我们需要正确了解电子电路及其相互作用。这就是为什么它说PCB设计同时是一门艺术和一门科学。设计人员必须考虑许多不同的参数,但最重要的是PCB的尺寸和安装在其上的组件的数量。良好的PCB设计是指可以在更小的Hey区域容纳更多的组件,同时又不给Hey造成任何未连接的走线。

PCB设计或印刷电路板设计是为我们在纸上创建的电路提供实体形式的过程。通常,我们可以使用面包板制作任何电路的原型。在面包板上,您可以很好地测试电路,但要创建物理电路,则需要设计PCB。在此处了解有关面包板的更多信息印刷电路板的简称是我们通常所说的PCB。PCB设计同时是一门艺术和科学,因为,为了设计PCB,您需要了解电子组件,其电流和相关事物,并且必须具有足够的艺术性,以使PCB看起来不错。您可能已经听说过史蒂夫·乔布斯(Steve Job)痴迷于使计算机内部的事物美观,并且还涉及到它,PCB的外观以及板上的走线如何弯曲

PCB设计中要了解的主要步骤是什么?

对于任何能够设计PCB的人来说,首先要知道的几件重要的事情是

  • 熟悉电子元器件
  • 了解PCB封装(也称为封装)
  • 了解正在使用的PCB中的铜面(单面还是双面)
  • 元件放置,正确的元件放置对于设计电路板至关重要
  • 布线时,您需要了解要设计的PCB轨道流过的电流的要求,要求是什么,以及轨道尺寸和允许流过的最大电流之间的关系是什么?

 

PCB是如何设计的?

过去,PCB设计主要是在纸上完成的,其中,人们只需要在纸上绘制图稿,通常是一张方格纸即可获得正确的尺寸概念,然后通过绘制将零件脚印放在纸上。最后一步是使用铅笔简单绘制的轨迹将这些组件互连。在许多学术机构中,这是向学生传授PCB设计及其更好方法的第一步,因为您在第一次学习PCB设计时便掌握了PCB设计的核心概念。

最初,每个人都了解单面PCB,即单面PCB的一侧只有铜,随着时间的流逝,当我们知道创建小尺寸的密集PCB时,PCB设计的学习变得更加复杂。因此,出现了双面印刷电路板,其两面都有铜,因此设计人员可以从PCB的两面放置组件以及走线。从那时起,大多数设计师转向使用计算机辅助工具进行PCB设计(CAD)

什么是流行的CAD PCB设计工具?

市场上有许多PCB设计工具,其中许多是免费的,其中许多是付费版本。PCB设计工具的选择完全取决于最适合您的需求的工具。根据名称的流行程度和昂贵程度,在此仅给出几个名称,但是当然,除了此列表以外,还有很多其他名称

  1. Mentor Graphics  PAD,可能是许多公司产品设计公司使用的最昂贵的PCB设计工具
  2. Proteus设计套件,由于PCB设计和电子仿真均在单个封装中,因此更可取
  3. Altium(以前称为protel) 提供了完整的设计套件,其中包含3D可视化以及有关PCB如何装入其外壳的概述
  4. OrCAD 最早的软件之一
  5. Eagle无疑,EaglePCB设计软件可以被称为最有统治力,最流行的工具,因为它使用的两个行业和爱好者社区世界各地,并与灵活的定价,其低廉的甚至一个人启动
  6. KiCAD 是最受欢迎的100%免费PCB设计工具之一
  7. EasyEDA 完全基于云的100%免费在线和功能强大的PCB设计工具

列表会不断出现,它只是基于您需要选择适合自己的工具的试验和错误而得出的。

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学习PCB设计的重要性

如果您是学习工程专业的学生或愿意开始自己的创业的人,那么至少要了解和学习PCB设计的基础知识非常重要。作为工程专业的学生,​​必须了解基本的单面PCB设计知识。您可以下载上述任何软件,也可以直接在云上尝试easyEDA,而无需在计算机上下载软件并立即开始尝试

现在,我们都知道,电子领域每天都在发生最多的发展,正在出现新的移动设备,新的IoT设备以及许多新的小工具和研究,所有这些都需要涉及PCB设计的产品设计。基本技能。在Arduino和Raspberry Pi的时代,它更容易找到程序员或嵌入式开发人员,但是,一天又一天,对于初创公司来说,找到一个好的PCB设计师变得越来越困难,为什么呢?因为人们只是忽略了对PCB设计的研究。

选择哪个软件?

无论您是想找工作的学生还是业余爱好者,都想为下个周末为自己做些有趣的项目,通过选择合适的工具来学习PCB设计就变得非常重要。我的个人建议不仅是一项,而且还有两项建议。这些建议基于非常简单的参数

  • 受欢迎程度(Eagle是最受欢迎的之一)
  • 成本(easyEDA是迄今为止我使用过的最好的完全免费的PCB设计套件)

Eagle

如果您打算将来创建公司,或者想设计小型的业余爱好电路,请选择eagle。这是字符串的2个末端。因为无鹰版允许设计相当小尺寸的PCB,所以它只适合小电路,最终您可能要购买。

但是eagle的好处是巨大的,首先,它是一个功能强大的工具,具有您可能需要的所有功能;其次,几乎Internet上可用的每种开源硬件设计都是使用Eagle制作的,因此适应性更强,有关此工具的完整指南

  1. 免费提供限量版
  2. 非常受欢迎
  3. 大型用户库可用于几乎所有要使用的零件
  4. Eagle中的开源项目数量众多,易于采用
  5. 学习曲线很少
  6. 小型安装

对于那些有兴趣了解印刷电路板设计基础的人,这是我讲的视频,它将为初学者带来大部分疑问

EasyEDA

如果您满意使用完全基于云的软件,并且您的所有设计也都保存在云中,那么由于多种原因,easyEDA是最佳选择之一,请在此处了解完整的指南 

  1. 免费
  2. 无需安装,在云上运行
  3. (可选)您可以在本地计算机上运行它,但它完全是可选的
  4. 学习曲线很简单,我的意思很简单,大概1个小时
  5. 用户贡献的零件库庞大,庞大,庞大,我会说 🙂

根据这两件事,您可以在进行实验后选择最适合自己的一个。

对于那些有兴趣了解印刷电路板设计基础的人,这是我讲的视频,它将为初学者带来大部分疑问

 

PCB由什么制成?

 

PCB由薄板组成,该薄板的一侧或两侧均沉积有铜。该板通常由非导电材料制成。板的厚度通常为0. 6 MM至2 mm。最受欢迎的板尺寸为1.6毫米。沉积在其上的铜的厚度差异很大,但标准厚度为35微米。但是,我们在希望达到100微米厚度的地方使用了PCB。铜层的厚度与铜层可传导的电流成正比。当我们需要相同尺寸的铜层来承载更多电流时,在那种情况下,我们选择增加层的厚度,而不是完全重新设计PCB。在单面板上,我们仅在一侧沉积了铜。在双面PCB中,铜沉积在两层板上。

 

电路板由多种材料组成。但是一个全面的参考名单可以在这里找到。这种材料称为基材。通常,最广泛使用的基材是玻璃纤维或代号FR-4。这种实心的芯使PCB具有强度。根据要求,也可以制造柔性PCB。对于柔性PCB,基板由高温塑料制成。

 

铜层可以具有不同的厚度最常见和流行的铜层厚度为35微米

 

基质

 

基材或基材通常是玻璃纤维,称为“ FR4”。这种坚固的芯使PCB具有刚性和厚度。还有在柔性耐高温塑料(Kapton或同等材料)上构建的柔性PCB。板厚度为0.8mm-2.6mm,最常见的是1.6mm厚度的板

PCB制造的过程是什么?

 

如何学习PCB设计 
手工PCb

PCB制造的步骤可以概括为

 

  1. 原理图捕获:绘制所需PCB的电路图
  2. 绘制PCB布局和图稿:创建期望尺寸的组件布局,然后使用轨道互连组件的过程。这是绘图阶段,通常使用合适的软件在计算机上完成。
  3. DRC:设计完成后,我们需要执行设计规则检查,看是否有任何错误
  4. 导出Gerber:在这一步中,我们从PCB设计软​​件中导出制造数据。然后将这些数据发送给制造商
  5. 钻孔:制造商,首先要钻孔整个PCB
  6. 蚀刻:在此步骤中,将PCB设计绘制在PCB上,并经历称为蚀刻的过程。在蚀刻过程中,通过与合适的化学物质(如氯化铁)发生化学反应,去除了不需要的铜。蚀刻后,PCB仅包含走线所需的铜,并且去除了所有不需要的铜。
  7. 打印:在此步骤中,将打印其他的颜色蒙版,文本层和所需的所有内容
  8. 运输:完成后,可根据要求切割PCB并运输给客户。

 

DIY vs成品

 

自己动手制作的PCB的质量与PCB制造商生产的PCB的质量之间存在显着差异。您可以为单面PCB制作自己的PCB,而无需任何复杂的机械。但是,对于双面PCB来说,这是不可能的。DIY PCB是通过使用激光打印机在相纸上打印布局,然后使用热铁将其转移到PCB上而制成的。只需在溶液中加入FECL3化学品即可在家里进行蚀刻。但是,要实现长寿命运行,始终首选从已知的标准制造商生产PCB。

 

DIY PCB看起来像这样:

 

 

学习PCB设计 

 

 

DIY PCB

 

阻焊膜和丝印

 

当您在家中手动制作PCB时,PCB上将没有阻焊层和丝印。阻焊剂是一种很好的吸引人的绿色/红色/黑色/蓝色,当我们查看它时,它会出现在PCB上。丝网印刷是组件周围的白色边框,并且组件的标签也使用相同的白色墨水进行打印。我们称其为丝印。由于这些印刷品需要在印刷机构和PCB本身之间进行非常精细的调整,因此很难在家中进行印刷。即使您在家中有丝网印刷设置,将其印刷在PCB上也不是一件容易的事。

 

阻焊膜

 

 

如何学习PCB设计 

 

 

阻焊膜

丝印

常用条款

DRC –>设计规则检查
–>插入和焊接组件的孔
焊盘–>焊盘到焊接表面安装组件的
孔–>连接2层PCb
轨道的孔–>铜线连接2个零件/电路
跳线–>电线放置无法绘制轨迹的地方
平面–>多余的铜面积
脚印–>印刷在PCB上的组件

 

PCB上的测量单位

 

通常,所有PCB设计软​​件都支持多个测量单元,从而使全世界的所有设计人员都更加容易。在PCB设计软​​件中,很少有测量单元被认为是非常标准的。和单元被称为

 

这是了解您的好习惯。它不过是千分之一英寸。因此,它也更容易记住。

 

第1 ==您== 0.001英寸= 0.0254毫米= 0.00254 CM
您是PCB设计工具中最常见的单位,但是也可以使用mm。

 

PCB设计软​​件提供的常用尺寸

  • 您也指定为
  • 毫米
  • 厘米
  • 英寸

 

单面PCB设计和双面PCB设计

 

当我们创建一个简单的电路时,通常所有组件都放置在电路板的一侧,而走线则出现在电路板的另一侧。这种类型的PCB设计被称为单面PCB设计。这在开发人员和业余爱好者中最常见。使用单面PCB的最大好处是易于设计。任何人都可以在纸上开发一个小的单面设计。可以使用PCB设计更多具有较少组件数量的项目

 

但是当我们试图以受限格式创建复杂电路时,单面PCB的缺点就会显现出来。在这种情况下,单面PCB设计可能无法达到预期的电路板尺寸,因此我们可能需要转向双面PCB设计。

单面PCB设计的优势

 

  • 更容易开始开发
  • 低价位
  • 可以在家制作
  • 快速周转/交货时间

 

单面PCB的缺点

  • 复杂电路不能在同一空间内构建
  • 由于所有组件的尺寸都相同,通常电路板的尺寸会更大。

双面印刷电路板

在双面PCB中,铜的沉积存在于板的两面。由于两侧都有铜沉积,因此我们可以在电路板的两侧设计电路路径。这也有助于我们从两侧安装组件。上下两层可以通过“ via”连接

 

“通孔”(via)是PCB上一个小孔的名称,该小孔已彻底电镀。该镀孔为两层之间的连通性提供了连通性。这意味着如果您要在底部铜板上布线,但是现在您认为该布线的某些部分应来自PCB的顶层,则添加一个过孔。通孔提供了PCB顶层和底层之间的导电路径

 

双面PCB设计的优点

  • 复杂的PCB可以小尺寸/小包装设计
  • 提供更大的自由度并减少了创建PCB设计的人工

 

双面PCB设计的缺点

 

  • 双面PCB设计和制造比单面设计昂贵
  • 设计过程很漫长
  • 制造PCB需要更多时间

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表面贴装与通孔组件

在电子电路设计中,主要有两种类型的组件可用

 

  • 通孔
  • 表面安装

 

如何学习PCB设计

 

 

 

通孔IC

 

顾名思义,通孔组件穿过PCB上的一个孔到达另一侧。然后从另一侧进行焊接动作。默认情况下,通孔封装中包括常用的电阻器,电容器,甚至包括555或运算放大器之类的IC。用于研究和实验的电子元件也是通孔元件,以使其更容易插入面包板上或将元件从PCB焊接和脱焊。

 

 

如何学习PCB设计 

 

 

表面贴装设备(SMD)也称为表面贴装技术(SMT)组件

 

其中SMD或表面贴装器件是可以直接安装在PCB表面的器件。看下面的图片

 

 

如何开始学习PCB设计 

 

 

通孔与表面贴装
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如您所见,该IC是表面贴装组件。它可以直接焊接在PCB上并节省很多空间,因为它通常比通孔组件小得多。下图所示的通孔组件是电阻器,电容器以及我们使用了一段时间的许多此类常规组件。

 

焊接通孔组件非常容易,并且可以通过手工完成而无需花费太多精力。裸手焊接SMD组件可能很棘手。尽管它完全取决于用户的手,但是手工焊接并不是批量生产的解决方案,在这种情况下,回流焊炉可用于所有类型的组件。

 

通孔元件的最大优点之一是,它与PCB提供了非常牢固的机械结合,使其更坚固。
尽管事实上表面安装技术已大体上取代了通孔安装,但通孔技术使工程师和制造商能够处理由于机械粘合而承受机械应力的组件。例如,连接器或诸如变压器之类的重部件通常更适合于通孔安装

 

用最少的语言布置了尽可能多的信息之后,就可以开始您自己的PCB设计之旅了。选择软件,PCB制造商及其各个方面完全取决于您。请记住,您首先要进行实验,然后继续完善工具。继续尝试!!!

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