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一名合格的PCB設計師需要做到這些

工程師人生 ? 來源:Ralap日志 ? 作者:Ralap日志 ? 2020-10-23 11:45 ? 次閱讀

我是一名PCB 設計師,接觸過的 PCB 設計產品主要有:射頻功放產品、通信直放站產品、航天電子產品、醫療機械電子產品、視頻 DVD 產品、音頻 MP3 產品、安防監控產品等等。因此我從我所站的角度對此話題談談我的一些想法,說的不好,請大家多多包涵。

(1)軟件操作

俗話說“吃飯用碗筷”。軟件猶如我們的碗筷。軟件雖說只是一個工具,但如果一名設計師連自己的工具都掌握不熟練的話,何談優秀設計。故,軟件對于一名設計師來說是至關重要的。又有人會問,軟件操作到什么樣的程度才算是熟練掌握呢?故名思議“熟能生巧”,這話無可爭議。對于軟件上面的一些常用操作命令、高級操作技巧要精通。常用操作命令只是能保證設計師能完成設計任務; 而高級操作技巧則是用短時間完成相同的操作。舉個例子:就拿Altiumdesigner 軟件來說。FPGA 管腳調整操作。一般命令是先改原理圖再導入到 PCB,使之對應;而對于該操作的高級技巧操作則是改 PCB 后反導原理圖使之對應。相同模塊布局布線操作。一般的命令是對每個相同模塊分別布局布線;而高級技巧則是線做好一個模塊后,直接復用即可。兩者相比之下,達到同樣的效果,但所花的時間則是不一樣的。后者有著事半功倍的效果。

(2)工藝知識

其目的是:規范產品的 PCB 工藝設計,規定PCB 工藝設計的相關參數,使得

PCB 的設計滿足可生產性、可測試性、安規、emc等技術規范要求。在產品設計過程中,構建產品的工藝、技術、質量、成本優勢。

作為一名設計師,需要掌握哪些相關工藝知識呢?①疊層。對自己設計的

PCB 板進行疊層。每個 PCB 板都是有相關疊層信息的。在疊層前需要了解生產工藝,即印制板生產的基本流程、業界印制板加工商的加工能力、加工成本等等。 印制板生產的基本流程()是每個設計是都需要了解的。如果一個設計師不了解制板流程,那也可以說這名設計師無法正確的驗收自己的 PCB 板。業界制板的加工能力也是每個設計師必須掌握的。如果設計出來的產品超出了制板商的加工能力,無法生產,再有利的產品也是徒勞。加工成本問題也是設計師需要了解的, 每個企業產品最終的目的無非是保證性能的前提下,以最少的成本達到理想的目標。

在掌握以上知識后,接下來開始疊層。疊層需要掌握些什么知識呢?

a、PCB 板厚的計算。PCB 板總厚度=基材厚度+銅薄厚度+沉銅厚度+絲印厚度

+綠油厚度。不能疊出來的厚度超過要求完成后的 PCB 厚度。當然了,這些參數部分可以在板材的數據手冊上面可以找到。當然還有一些是要看你以什么標準來 加工了,民用品一般是按IPC 標準來執行的。IPC 標準又分為 3 個等級。選擇不同的等級,這些參數加工控制又是不一樣的。

b、阻抗計算。掌握一個阻抗計算軟件,比如 Polar Si8000 軟件。阻抗計算需要的條件:板厚、(層數、信號層數、平面層數)、基板材料、表面工藝、阻抗值、 阻抗公差、銅厚、檢驗標準。影響阻抗的因素有:介質厚度、介電常數、殘銅率、 銅厚、線寬、線距、阻焊厚度。介質厚度、線距越大阻抗值越大;介電常數、銅 厚、線寬、阻焊厚度越大阻抗值越小。當然,信號層與平面層也是有要求的。一 般情況下需要滿足,對稱性;阻抗連續性;元件下面為地層(第二層或倒數第二層);電源和地緊耦合;信號層靠近參考層;相鄰信號層間拉開距離;信號層夾

在電源層和地層時,信號層要靠近地層;差分間距要小于等于 2 倍線寬;線寬調整在 4mil—6mil 范圍;板層間半固化片越少越好。

②設計基本要求(滿足可生產性、可測試性)。無非就是阻焊開窗、器件間距、 孔大小、絲印、拼板等。

器件焊盤開窗一般是不小于 2.5mil 的亞光區;器件間距要求可方便焊接,同時預留調試時的拆裝空間;孔類型越少越好,孔大小按照通用大小即可,原則是 孔徑比不小于 8:1;絲印只有 2 個方向且清晰;拼板原則:小于 50mm*50mm 需要做拼板。其他的我在這就不多說了,每位設計師多多少少都接觸過了。

③鋼網選型。根據 PCB 板貼片面尺寸和器件焊盤的間距及大小對鋼網選型。具體需要根據PCB 板的具體情況而定。比如,PCB 板上有AD8312 類器件(焊盤大小為直徑 0.2mm)非常小的焊盤時,就需要選擇精密(激光)型。

④smt組裝知識。主要了解貼片流程。

設計師需要掌握 PCB 板在貼片過程中的一般步驟。鋼網與 PCB 板對位上錫膏; 器件BOM 核對;貼裝器件;回流焊;檢板。

⑤焊接技術。作為一名設計師,應該要掌握焊接能力。不要求焊接技術有多強, 但簡單的更換 0603封裝器件的焊接需要掌握。

(3)制作要求

對于PCB 板加工的基本信息需要備注清晰。這樣才能使 PCB 在生產過程中更高效且無誤。換句話說就是讓加工商按照設計師的要求進行加工。對于 PCB 板上的備注基本信息有:板材、板厚、表面工藝、阻抗控制表、絲印顏色、綠油顏色、 是否塞孔(包含綠油塞孔和樹脂塞孔)、驗收標準等,如有特殊要求,需要在制 作要求中注明。

(4)結構知識

任何一個PCB 板在產品中不可能是懸空的,都是需要安裝在產品中的。當然, 每種產品的結構都是不一樣的。但作為一名設計師,最起碼的螺釘大小需要了解 及結構圖能看懂。比如 M2 的螺釘、M3 的螺釘、M4 的螺釘等。這里所對應 PCB 板上的孔徑及焊盤是多少。結構圖能看明白三視圖。掌握 AutoCAD 軟件里的一些簡單操作。假如,硬件工程師給到你的是整個產品的結構圖,需要自己在里面 提取需要的信息。這時就需要掌握些 AutoCAD 軟件操作了。

(5)封裝知識

在PCB 設計時,通過器件的 PCB 封裝來體現實際器件的大小及位置(平面圖)。那么,作為一名設計師,需要掌握哪些封裝知識呢。

① 器件封裝的常用代碼(器件位號代碼)。比如:C 代表電容、R 代表電阻

L 代表電感、U 代表 IC 等等。如果再深入點就是這些代碼依據的由來了(在國際上是有個通用的標準的)。

② 封裝命名的意義及形狀。比如:電容封裝有很多種,0201、0402、

0603、0805、1210等等(從這些封裝命名就直接可以讀出焊盤的大小及間距)。這些封裝命名和實物有什么樣的關系。看到一些常用的封裝命名就能聯系到

器件實物是什么樣的。比如:BGA 封裝、QFN 封裝、PLCC 封裝等等。

③ 封裝制作。包括原理圖封裝和 PCB 封裝制作。原理圖封裝相對來說可以不用那么嚴格,但為了能在 PCB 設計時,能夠更準確的讀懂其中的原理,還是需要按照嚴格的要求來制作。PCB 封裝制作就直接關系到與實物的焊接及性能的發揮了。其中的重要性大家都知道,就不多說了。

PCB 封裝既然這么重要,那么國際上又是通過一個什么樣的標準來統一封裝

大小,及芯片各生產商的規格和要求的呢?

在國際上有個 IPC-國際電子工業聯接協會。主要是定制一些國際上電子方面的一些統一規范。PCB 封裝制作的依據(IPC-7351)也就是來自 IPC 協會。

PCB 封裝制作的標準有了,那么還需要注意些什么呢?業界各大芯片生產商加工出來的芯片大小都是不一樣的,但都會有相應的技術規格書。里面主要包括該芯片的主要參數及性能。當你在制作 PCB 封裝的時候就需要掌握該在對應的技術規格書上提取哪些信息了。比如:一個器件的焊盤大小尺寸、焊盤間的間距、 絲印大小、封裝命名等等(這里又牽涉到了一些結構的基本知識了,要能看懂平面圖)。PCB 封裝制作時,可以根據各公司的工藝水平進行優化,但總體還是根據IPC-7351 標準來制作。

(6)電路知識

在一個產品中,有著不同的電路模塊。而每個產品所實現的功能都是靠電路 中的每個子電路一起來實現的。換句話說,需要實現什么樣的功能,就需要有什 么樣的電路。

① 硬件基礎知識

原理圖上的一些基本的知識作為一名設計師必須要掌握的。那么包括哪些知 識呢?

a、能準確的看懂整個電路的信號流向。

電路中的輸入輸出,信號轉換等電路,并且要大概的知道每個電路模塊實現 的功能。比如,SDRAM FLASH DDR 屬于存儲器類等。

在數模混合板中,要掌握模擬輸入或輸出的優勢是什么。模擬電路轉換成數 字電路或者說數字電路轉換成模擬電路,都是通過什么電路轉換的,為什么要轉 換才能實現其各自的功能等等。關于射頻方面的一些知識在這就不多講了。

b、電源分配情況。

對于PCB 板上的電源分配情況要非常清楚。電源輸入口的處理,電源 DC 轉換的處理及開關電源的處理等等。電源芯片散熱問題也是需要考慮進去的。比如,

28V 輸入,5V 輸出。這中間的壓差電源芯片肯定消耗掉了。電源芯片消耗掉肯定會產生熱(熱功耗),這就需要注意散熱問題了(電源輸入輸出的壓差值越大, 芯片的發熱就越大)。

c、基礎元器件的作用。

分清楚有源器件和無源器件;電阻、電容、電感、運放等基礎器件的作用; 電容濾波特性曲線等等。比如,原理圖在數字信號上面串聯了一個電容,你要準 確的判斷原理圖有問題。

② 數字電路、模擬電路知識

能準確的區分數字電路和模擬電路;明白同步電路和異步電路的概念和區 別;串行總線和并行總線的概念;明白數字信號在理想狀態下的波形和實際狀態 下的波形等等。舉個很簡單的例子,有一組數據信號,在你不清楚他是串行信號 還是并行信號的時候,在 PCB 設計時你就不能確定要不要做等長。當你非常清楚的明白這組信號的屬性的時候,PCB 設計時就很準確的判斷出要不要做等長了

(串行信號可不做等長,并行信號必須做等長)。

模擬電路的一些基本知識。三極管曲線特性;運算放大器的分類(電壓放大和電流放大等等);模擬信號的波形疊加相關知識;在模擬電路里,電容、電感的作用等等。

③ 數模電路知識

掌握數模電路之間的轉換關系及特點。詳細點說吧。一個小信號(音頻或 視頻)輸入,通過運算放大器將信號放大后,轉入模數轉換芯片,將模擬

信號轉換成數字信號后,由模數轉換后的信號輸入到 FPGA 或者其他數字處理芯片對信號進行處理,處理完畢后再通過數模轉換芯片將數字信號轉換成模擬信 號,信號經過放大后模擬輸出。

④ 射頻電路知識

能清楚的理解射頻電路與其他電路的區別。了解阻抗對射頻板的重要性。 射頻電路的特性,主要包括有:a.空間和平面傳播方式;b.射頻微帶嚴格按照 50 歐姆阻抗控制,阻抗突變對信號影響較大;c.表面工藝(推薦沉金)處理要求非常平整,減小趨膚效應;d.射頻需要與結構配合(屏蔽罩)等等。

(7)常見電路模塊設計注意事項

(8)EMC、SI、PI 知識

(9)仿真知識

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