印刷电路板

电子元件通常在称为电路板的平面上组装并相互连接。现有电路板的几种类型可分为两大类:用于原型或实验电路的，以及用于生产和/或商业销售的。用于实验工作的电路板通常被称为电路试验板,或protoboards．面包板使工程师能够快速构建电路，以便对其进行研究和修改，直到找到最佳设计。在典型的面包板使用中，随着设计的进行，元件和导线以特殊的方式添加到电路中，新的数据和新的理解指示了设计过程。由于面包板电路只存在于实验室中，不需要特别考虑创建可靠或易于制造的电路——设计者可以只关注电路的性能。

相比之下，用于生产或商业销售的电路板必须具有高度可靠的电线和连接到所有组件的永久连接，并且地形适应大规模生产和彻底的测试。此外，它们必须由可靠、低成本、易于制造的材料制成。在过去的几十年里，带有铜线(从层压铜板蚀刻而成)的玻璃纤维基板一直是印刷电路板(PCB)的首选材料。Digilent板就是这种板的一个简单的例子。请注意，大多数情况下，生产电路板设计只有在广泛的面包板阶段之后才最终确定。组件使用焊接工艺永久地贴在生产板上。图1显示了PCB的各层。

生产电路板通常开始是玻璃纤维薄片(约1毫米厚)，完全覆盖在非常薄的金属薄片(通常是铜)。一个“标准”电路板可能使用1盎司铜的工艺，这意味着一盎司铜均匀地分布在1平方英尺的电路板上。在制造过程中，金属线图案是用一种抗蚀刻的化合物“印刷”到铜表面上的(因此得名印制电路板，或PCB)。电路板经过化学蚀刻处理，去除所有暴露的铜。剩余的未蚀刻铜形成电线，将连接电路板组件和小焊盘，定义组件引线将连接的区域。

在使用通孔技术的PCB中，在焊盘上钻孔，以便插入组件引线，然后固定(焊接)到位。在使用表面贴装技术的PCB中，元件引线直接焊接到表面的焊盘上。PCB上的每一组焊盘(或孔)用于接收特定的组件。为了确定哪个元件必须加载在何处，参考指示器使用丝印工艺印刷在电路板上紧挨着焊盘的位置。部件列表通过描述组件并为其分配特定的引用指示器，将指定的垫集链接到物理组件。参考指示器帮助指导组装人员和测试人员在PCB上工作。许多元件必须以特定的方向放置在PCB中。按照惯例，需要特定方向的组件有一个引脚1。在PCB上，一个方形pad或丝印指示灯通常表示引脚1。

除了最简单的pcb，电线必须印刷在一个以上的玻璃纤维表面，以允许所有所需的组件互连。每一个包含印刷电线的表面被称为一层。在一个只需要两层的相对简单的PCB中，因为电线可以在两面印刷，所以只需要一片玻璃纤维。在更复杂的PCB中，需要几层电路板，每个电路板分别制造，然后叠合在一起形成一个多层电路板。为了将两层或两层以上的电线连接起来，在不同层的电线交叉的地方，在电线和玻璃钢板上钻出被称为通孔的小孔。这些孔的内表面被涂上一层金属，这样电流就可以通过小孔。大多数Digilent板是简单的四层或六层板;一些更复杂的计算机电路板有超过20层。

卸下的PCB呈现绿色，因为两面都涂了绿色塑料薄片(否则PCB将呈现淡黄色)。这些薄片被称为焊料掩模，除了组件的焊盘和孔外，这些薄片覆盖了所有裸露的金属，以便错误的焊料不会无意中短路(或电连接)印刷线。除外露的焊盘和孔(即电线)外的所有金属表面都在焊罩之下。通常情况下，使用蓝色甚至红色的焊料掩模。

电路元件是用暴露的金属引脚(或引线)制造的，用于机械地(这样它们就不会脱落)和电(这样电流就可以在它们之间通过)将它们固定在PCB上。焊接过程提供了一个强大的机械结合和一个非常好的电气连接，用于固定组件到PCB。在焊接中,组件通过电路板的孔插入,然后组件导致通孔电镀金属被加热到高于焊锡的熔点(大约500到700华氏度)。然后融化焊料(金属化合物)并允许流在组件铅和垫。焊料迅速冷却，在组件和PCB之间形成牢固的粘结。将元件与参考指示器关联起来，装入它们各自的孔中，然后将它们焊接到位的过程就是PCB组装过程。

检查Digilent板，并注意印刷线在两侧。一边的电线主要是“南北”，而另一边的电线主要是“东西”。在多层pcb上，垂直或曼哈顿排列在交替层上的电线是很常见的。找到一些通道，并注意它们在相反的两边连接电线。定位各种组件、它们的孔模式和相关的参考指示符。为不同的组件识别pad 1。请注意通孔比通孔稍大一些，组件引线可以很容易地插入通孔，但不能插入通孔。

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• 电子元件通常在称为电路板的平面上组装并相互连接。本节讨论的两种类型是原型板/面包板和印刷电路板。
• 印刷电路板被详细讨论，因为那些是类型的板，学生将与工作。
• 参考指示器印在电路板上，以帮助识别哪些组件连接在PCB上的哪个位置。

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