印刷電路板 (PCB) 幾乎存在於所有類型的電子設備中。 如果一個設備中有電子元件，它們也嵌入在各種尺寸的PCB中。 PCB的主要功能除了固定各種小零件外，主要作用是提供元件之間的電氣連接。 隨著電子設備越來越複雜，需要的零件也越來越多，PCB上的佈線和零件也越來越密。 標準 PCB 看起來像這樣。 Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

The substrate of the board itself is made of a material that is insulated and resistant to bending. 表面能看到的細線材料是銅箔。 原來，銅箔覆蓋在整塊板子上，中間部分在製造過程中被蝕刻掉，剩下的部分變成了小線網。 這些線稱為導體或導體，用於為 PCB 上的部件提供電氣連接。

To secure parts to the PCB, we solder their pins directly to the wiring. 在基本 PCB 上，零件集中在一側，電線集中在另一側。 所以我們需要在板子上打孔，讓管腳可以穿過板子到另一邊，這樣零件的管腳就焊接到另一邊了。 因此，PCB 的正面和背面分別稱為元件面和焊接面。

如果 PCB 上有零件在製造後可以拆卸或重新安裝，則將使用 Socket 安裝零件。 由於插座直接焊接在板上，零件可以任意拆卸。 ZIF（零插入力）插頭允許輕鬆插入和移除零件。 插入後，插座旁邊的槓桿可以將零件固定到位。

為了將兩個 PCBS 相互連接，通常使用邊緣連接器。 金手指包含許多裸銅焊盤，它們實際上是 PCB 佈線的一部分。 通常，要連接，我們將一塊PCB上的金手指插入另一塊PCB上的相應插槽（通常稱為擴展插槽）中。 In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

PCB 上的綠色或棕色是阻焊層的顏色。 該層是絕緣屏蔽層，可保護銅線並防止零件焊接到錯誤位置。 阻焊層上會印上另一個絲印。 通常印有文字和符號（多為白色），以指示零件在板上的位置。 Screen printing surface is also known as icon surface

傳奇）。

單面板

正如我們提到的，在基本 PCB 上，零件集中在一側，而電線則集中在另一側。 因為導線只出現在一側，所以我們稱這種類型的 PCB 為單面。 由於單面闆對電路的設計有很多嚴格的限制（因為只有一側，佈線不能交叉，必須走單獨的路徑），只有早期的電路才使用這種板。

雙面板

電路板兩邊都有接線。 但是為了同時使用兩條電線，兩側之間必須有適當的電氣連接。 電路之間的這種“橋接”稱為導孔 (VIA)。 導孔是PCB上填充或塗有金屬的小孔，可以連接到兩側的電線。 Because a dual panel has twice the area of a single panel, and because the wiring can be interlaced (it can be wound around to the other side), it is better for more complex circuits than a single panel.

多層板

為了增加可佈線的面積，使用了更多的單面或雙面佈線板。 多層板採用多塊雙面板，每塊面板之間放置一層絕緣層並粘合（壓制）。 板子的層數代表幾個獨立的佈線層，通常是偶數層，包括最外面的兩層。 Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. 大多數大型超級計算機使用相當多的主板層，但它們已經不再使用，因為它們可以被普通計算機集群代替。 由於 PCB 中的層集成得如此緊密，因此並不總是很容易看到實際數量，但如果您仔細觀察主板，您可能會看到。

我們剛才提到的導孔（VIA），如果應用於雙面板，必須貫穿整板

但在多層中，如果只想連接部分線，導孔可能會浪費其他層的部分線空間。 Buried vias and Blind vias avoid this problem because they only penetrate a few layers. Blind holes connect several layers of internal PCBS to surface PCBS without penetrating the entire board. 埋孔僅與內部PCB相連，因此從表面看不到光線。

在多層PCB中，整層直接連接到地線和電源。 所以我們將這些層分類為信號層、電源層或接地層。 If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

零件封裝技術

通孔技術

The technique of placing parts on one side of the board and welding the pins to the other side is called “Through Hole Technology (THT)” encapsulation. 這部分佔用大量空間，每個銷釘鑽一個孔。 所以它們的焊點實際上佔據了兩邊的空間，焊點也比較大。 另一方面，THT 部件比表面貼裝技術 (SMT) 部件更好地連接到 PCB，我們將在後面討論。 像有線插座和類似接口的插座需要耐壓，所以通常是THT封裝。

表面貼裝技術

對於表面貼裝技術 (SMT) 零件，引腳與零件焊接在同一側。 This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

表面粘合部件甚至可以雙面焊接。

SMT 的零件也比 THT 小。 Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT 封裝零件也比 THT 便宜。 所以今天的PCBS大部分都是SMT也就不足為奇了。

Because the solder joints and pins of parts are very small, it is very difficult to weld them manually. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

設計過程

在PCB設計中，在正式佈線之前實際上有很長的步驟要經過。 以下是主要的設計過程：

The system specifications

First of all, the system specifications of the electronic equipment should be planned. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

下一步是創建系統的功能框圖。 方格之間的關係也必須標出。

將系統分成幾個PCBS

將系統分成幾個 PCBS 不僅可以減小尺寸，而且還可以使系統具有升級和更換部件的能力。 The system function block diagram provides the basis for our segmentation. Computers, for example, can be divided into motherboards, display cards, sound cards, floppy disk drives, power supplies, and so on.

確定要使用的封裝方法和每個PCB的尺寸

Once the technology and the number of circuits used for each PCB has been determined, the next step is to determine the size of the board. If the design is too large, then packaging technology will have to change, or re-split the action. 選擇技術時還應考慮電路圖的質量和速度。

繪製所有PCB的電路原理圖

零件之間互連的細節應顯示在草圖中。 所有系統中的PCB都必須進行描述，目前大多使用CAD（計算機輔助設計）。 Here is an example of a CircuitMakerTM design.

PCB電路示意圖

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. 這樣的軟件可以讀取藍圖並以多種方式展示電路的工作原理。 This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

零件的放置方式取決於它們如何相互連接。 它們必須以最有效的方式連接到路徑。 Efficient wiring means the shortest possible wiring and fewer layers (which also reduces the number of guide holes), but we’ll come back to this in actual wiring. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Test wiring possibilities with correct operation at high speed

現在的一些電腦軟件可以檢查各個元件的放置是否可以正確連接，或者檢查是否可以高速正確運行。 這一步稱為排列零件，但我們不會深入討論。 如果電路設計有問題，也可以在現場輸出電路之前重新佈置零件。

PCB上的導出電路

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. 這一步通常是完全自動化的，儘管通常需要手動更改。 Below is the wire template for 2 laminates. 紅線和藍線分別代表PCB零件層和焊接層。 白色文字和方塊代表絲網印刷表面的標記。 紅點和圓圈代表鑽孔和導向孔。 On the far right we can see the gold finger on the welding surface of the PCB. 該 PCB 的最終構圖通常稱為工作圖稿。

每個設計都必須符合一組規則，例如線之間的最小保留間隙、最小線寬和其他類似的實際限制。 這些規格根據電路的速度、要傳輸的信號強度、電路對功耗和噪聲的敏感度以及材料和製造設備的質量而有所不同。 If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. 為了降低PCB成本，在減少層數的同時，還要注意是否仍然滿足這些規定。 如果需要2層以上，通常採用電源層和地層，避免信號層上的傳輸信號受到影響，可以作為信號層的屏蔽。

電路測試後的導線

為了確保線路在電線後面正常工作，它必須通過最終測試。 此測試還檢查不正確的連接，所有連接都遵循原理圖。

建立並歸檔

因為目前有很多用於設計PCBS的CAD工具，製造商必須有符合標準的輪廓才能製造電路板。 有多種標準規範，但最常見的是 Gerber 文件規範。 一套Gerber文件包括各信號層、電源層和接地層的平面圖，阻焊層和絲印面的平面圖，以及鑽孔和位移的指定文件。

Electromagnetic compatibility problem

未按照 EMC 規範設計的電子設備可能會發射電磁能量並干擾附近的電器。 EMC 對電磁干擾 (EMI)、電磁場 (EMF) 和射頻干擾 (RFI) 施加了最大限制。 該規定可以保證電器和附近其他電器的正常運行。 EMC 對可以從一個設備散射或傳輸到另一個設備的能量施加了嚴格的限制，旨在降低對外部 EMF、EMI、RFI 等的敏感性。 換言之，該法規的目的是防止電磁能進入或從設備發出。 這是一個非常難解決的問題，通常通過使用電源和接地層，或將PCBS放入金屬盒中來解決。 The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. 我們不會在這些問題上走得太遠。

電路的最大速度取決於 EMC 合規性。 內部 EMI，例如導體之間的電流損耗，會隨著頻率的升高而增加。 如果兩者電流差太大，一定要拉長它們之間的距離。 This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. 佈線的延遲率也很重要，所以長度越短越好。 因此，具有良好佈線的小型 PCB 在高速時會比大型 PCB 更好地工作。