2013年9月17日 星期二

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印刷電路板(PCB)是建立電路的基礎,把元件焊接在電路板上,印刷電路板提供各元件之間的電氣連接路徑,形成實際的電路圖,這些連接路徑是由銅箔線而形成連線,銅箔線是由蝕刻而形成的。


一般而言,在印刷電路板上面是銅箔連線,形成各元件接腳之間的連接,而銅箔連線必須放在絕緣的基板上,常見的基板材料有:CEM-3、FR-4、G-10...這些材質大都是玻璃纖維所組成的,由於基板是絕緣的,所以上下層的銅箔才不會形成短路。


一般電路板的製作過程是:曝光->顯像->蝕刻->鑽孔->銲接。

對於電路板上面所使用的元件,大概可以分為兩種:


(1) 針腳式(Through hole)元件:針腳式元件放在電路板上層,元件接腳是在板子下層銲接,所以這種元件的銲點必須鑽孔這種元件的銲點形狀有兩種:矩形和圓形,一般參考接腳是採用矩形,其餘都是圓形。這種元件是傳統式元件,體積比較大,通常是在學生製作PCB電路板時使用。

(2) 表面粘貼元件(SMD):SMD元件放在電路板上層,元件接腳也在上層焊接,所以不用鑽孔,這種元件都是用在工廠中,元件體積比較小,所以是商業化印刷電路板最常用的元件。


目前較常使用的PCB電路板是2、4、6層,更多的佈局層並不時常使用,因為佈局層太多,會造成故障率提高,所以成本相對比較高,因此用到的機會不高。


在PCB電路板中,具有電氣特性的項目,只有銲點(Pad)、導孔(Via)、連線(Track)、弧形(Arc),其他項目大部分都不具備電氣特性,如下圖所示:

在印刷電路板中,只有銅箔才具有電氣特性,才可以傳導電流,所以連線(Track)、銲點(Pad)...都是表示銅箔的區域,電路板的銅箔阻抗大約為:

R=0.00017/(w*t) [表示每1公分的阻抗值] 
w是銅箔的寬度
t是銅箔的厚度


當銅箔厚度為0.07mm,寬度為1mm,1公分銅箔的阻抗值大約是0.0024
歐姆,雖然阻抗值很小,但是銅箔長度比較長時,也會具有不小的阻抗存
在,這會影響電路的工作情形,必須加以注意。

銅箔會有電容和電感效應,造成高速的電路會有過大時間延遲出現,所以這些效應也必須加以了解,分別說明如下:

(1) 銅箔之間會形成電容效應,兩個平行銅箔連線會產生大約0.2~0.4PF/cm的電容值(長度為0.6mm左右)。

(2) 兩個平行的銅箔連線會形成電感效應,大約會產生2~10nH/cm的電感值(長度為0.6mm左右)。

因為上面的電容和電感效應,電路板因此而形成的延遲時間,大約為0.06ns/cm,所以要想辦法減輕這些效應。

過大的電流會把銅箔燒斷,銅箔厚度為0.035mm,銅箔寬度為0.25mm,當電流值達到5A時,就可能會把銅箔燒斷。

一般而言,PCB電路板是由電路圖開始,轉換成串接檔,利用串接檔表示電路圖,再載入到電路板編輯器中,電路圖元件會轉換成相對的電路板元件,此電路板元件就是元件外形圖(Footprint),並且電路元件的連接情形是以標示線方式表示,以標示線顯示在電路板中,所以在電路板編輯器中,可以看見元件外形圖和標示線,另外每一個銲點上,都有連線名稱存在,再執行放置和佈線功能,就可以完成PCB電路板。


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