怎樣才算是一名合格的PCB設(shè)計(jì)師

Kivy · 發(fā)表于 2018-8-29 09:59:41

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我是一名PCB 設(shè)計(jì)師，接觸過(guò)的 PCB 設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要有：射頻功放產(chǎn)品、通信直放站產(chǎn)品、航天電子產(chǎn)品、醫(yī)療機(jī)械電子產(chǎn)品、視頻 DVD 產(chǎn)品、音頻 MP3 產(chǎn)品、安防監(jiān)控產(chǎn)品等等。因此我從我所站的角度對(duì)此話(huà)題談?wù)勎业囊恍┫敕ǎf(shuō)的不好，請(qǐng)大家多多包涵。

(1)軟件操作

俗話(huà)說(shuō)“吃飯用碗筷”。軟件猶如我們的碗筷。軟件雖說(shuō)只是一個(gè)工具，但如果一名設(shè)計(jì)師連自己的工具都掌握不熟練的話(huà)，何談優(yōu)秀設(shè)計(jì)。故，軟件對(duì)于一名設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。又有人會(huì)問(wèn)，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(huà)無(wú)可爭(zhēng)議。對(duì)于軟件上面的一些常用操作命令、高級(jí)操作技巧要精通。常用操作命令只是能保證設(shè)計(jì)師能完成設(shè)計(jì)任務(wù)；而高級(jí)操作技巧則是用短時(shí)間完成相同的操作。舉個(gè)例子：就拿 Altium designer 軟件來(lái)說(shuō)。FPGA 管腳調(diào)整操作。一般命令是先改原理圖再導(dǎo)入到 PCB，使之對(duì)應(yīng)；而對(duì)于該操作的高級(jí)技巧操作則是改 PCB 后反導(dǎo)原理圖使之對(duì)應(yīng)。相同模塊布局布線(xiàn)操作。一般的命令是對(duì)每個(gè)相同模塊分別布局布線(xiàn)；而高級(jí)技巧則是線(xiàn) 做好一個(gè)模塊后，直接復(fù)用即可。兩者相比之下，達(dá)到同樣的效果，但所花的時(shí) 間則是不一樣的。后者有著事半功倍的效果。

(2)工藝知識(shí)

其目的是：規(guī)范產(chǎn)品的 PCB 工藝設(shè)計(jì)，規(guī)定PCB 工藝設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，使得

PCB 的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足可生產(chǎn)性、可測(cè)試性、安規(guī)、emc 等技術(shù)規(guī)范要求。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，構(gòu)建產(chǎn)品的工藝、技術(shù)、質(zhì)量、成本優(yōu)勢(shì)。

作為一名設(shè)計(jì)師，需要掌握哪些相關(guān)工藝知識(shí)呢？①疊層。對(duì)自己設(shè)計(jì)的

PCB 板進(jìn)行疊層。每個(gè) PCB 板都是有相關(guān)疊層信息的。在疊層前需要了解生產(chǎn)工藝，即印制板生產(chǎn)的基本流程、業(yè)界印制板加工商的加工能力、加工成本等等。印制板生產(chǎn)的基本流程（）是每個(gè)設(shè)計(jì)是都需要了解的。如果一個(gè)設(shè)計(jì)師不了解制板流程，那也可以說(shuō)這名設(shè)計(jì)師無(wú)法正確的驗(yàn)收自己的 PCB 板。業(yè)界制板的加工能力也是每個(gè)設(shè)計(jì)師必須掌握的。如果設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品超出了制板商的加工能力，無(wú)法生產(chǎn)，再有利的產(chǎn)品也是徒勞。加工成本問(wèn)題也是設(shè)計(jì)師需要了解的，每個(gè)企業(yè)產(chǎn)品最終的目的無(wú)非是保證性能的前提下，以最少的成本達(dá)到理想的目標(biāo)。

在掌握以上知識(shí)后，接下來(lái)開(kāi)始疊層。疊層需要掌握些什么知識(shí)呢？

a、PCB 板厚的計(jì)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(lái)的厚度超過(guò)要求完成后的 PCB 厚度。當(dāng)然了，這些參數(shù)部分可以在板材的數(shù)據(jù)手冊(cè)上面可以找到。當(dāng)然還有一些是要看你以什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái) 加工了，民用品一般是按IPC 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行的。IPC 標(biāo)準(zhǔn)又分為 3 個(gè)等級(jí)。選擇不同的等級(jí)，這些參數(shù)加工控制又是不一樣的。

b、阻抗計(jì)算。掌握一個(gè)阻抗計(jì)算軟件，比如 Polar Si8000 軟件。阻抗計(jì)算需要的條件：板厚、（層數(shù)、信號(hào)層數(shù)、平面層數(shù)）、基板材料、表面工藝、阻抗值、阻抗公差、銅厚、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。影響阻抗的因素有：介質(zhì)厚度、介電常數(shù)、殘銅率、銅厚、線(xiàn)寬、線(xiàn)距、阻焊厚度。介質(zhì)厚度、線(xiàn)距越大阻抗值越大；介電常數(shù)、銅厚、線(xiàn)寬、阻焊厚度越大阻抗值越小。當(dāng)然，信號(hào)層與平面層也是有要求的。一般情況下需要滿(mǎn)足，對(duì)稱(chēng)性；阻抗連續(xù)性；元件下面為地層（第二層或倒數(shù)第二層）；電源和地緊耦合；信號(hào)層靠近參考層；相鄰信號(hào)層間拉開(kāi)距離；信號(hào)層夾

在電源層和地層時(shí)，信號(hào)層要靠近地層；差分間距要小于等于 2 倍線(xiàn)寬；線(xiàn)寬調(diào)整在 4mil—6mil 范圍；板層間半固化片越少越好。

②設(shè)計(jì)基本要求（滿(mǎn)足可生產(chǎn)性、可測(cè)試性）。無(wú)非就是阻焊開(kāi)窗、器件間距、孔大小、絲印、拼板等。

器件焊盤(pán)開(kāi)窗一般是不小于 2.5mil 的亞光區(qū)；器件間距要求可方便焊接，同時(shí)預(yù)留調(diào)試時(shí)的拆裝空間；孔類(lèi)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(gè)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(shuō)了，每位設(shè)計(jì)師多多少少都接觸過(guò)了。

③鋼網(wǎng)選型。根據(jù) PCB 板貼片面尺寸和器件焊盤(pán)的間距及大小對(duì)鋼網(wǎng)選型。具體需要根據(jù)PCB 板的具體情況而定。比如，PCB 板上有AD8312 類(lèi)器件（焊盤(pán)大小為直徑 0.2mm）非常小的焊盤(pán)時(shí)，就需要選擇精密（激光）型。

④smt 組裝知識(shí)。主要了解貼片流程。

設(shè)計(jì)師需要掌握 PCB 板在貼片過(guò)程中的一般步驟。鋼網(wǎng)與 PCB 板對(duì)位上錫膏；器件BOM 核對(duì)；貼裝器件；回流焊；檢板。

⑤焊接技術(shù)。作為一名設(shè)計(jì)師，應(yīng)該要掌握焊接能力。不要求焊接技術(shù)有多強(qiáng)，但簡(jiǎn)單的更換 0603 封裝器件的焊接需要掌握。

(3)制作要求

對(duì)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(chǎn)過(guò)程中更高效且無(wú)誤。換句話(huà)說(shuō)就是讓加工商按照設(shè)計(jì)師的要求進(jìn)行加工。對(duì)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(shù)脂塞孔）、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，如有特殊要求，需要在制作要求中注明。

(4)結(jié)構(gòu)知識(shí)

任何一個(gè)PCB 板在產(chǎn)品中不可能是懸空的，都是需要安裝在產(chǎn)品中的。當(dāng)然，每種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都是不一樣的。但作為一名設(shè)計(jì)師，最起碼的螺釘大小需要了解及結(jié)構(gòu)圖能看懂。比如 M2 的螺釘、M3 的螺釘、M4 的螺釘?shù)取＿@里所對(duì)應(yīng) PCB 板上的孔徑及焊盤(pán)是多少。結(jié)構(gòu)圖能看明白三視圖。掌握 AutoCAD 軟件里的一些簡(jiǎn)單操作。假如，硬件工程師給到你的是整個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖，需要自己在里面提取需要的信息。這時(shí)就需要掌握些 AutoCAD 軟件操作了。

(5)封裝知識(shí)

在PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)器件的 PCB 封裝來(lái)體現(xiàn)實(shí)際器件的大小及位置（平面圖）。那么，作為一名設(shè)計(jì)師，需要掌握哪些封裝知識(shí)呢。

① 器件封裝的常用代碼（器件位號(hào)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(diǎn)就是這些代碼依據(jù)的由來(lái)了（在國(guó)際上是有個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)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(pán)的大小及間距）。這些封裝命名和實(shí)物有什么樣的關(guān)系�？吹揭恍┏Ｓ玫姆庋b命名就能聯(lián)系到

器件實(shí)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(duì)來(lái)說(shuō)可以不用那么嚴(yán)格，但為了能在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，能夠更準(zhǔn)確的讀懂其中的原理，還是需要按照嚴(yán)格的要求來(lái)制作。PCB 封裝制作就直接關(guān)系到與實(shí)物的焊接及性能的發(fā)揮了。其中的重要性大家都知道，就不多說(shuō)了。

PCB 封裝既然這么重要，那么國(guó)際上又是通過(guò)一個(gè)什么樣的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)統(tǒng)一封裝

大小，及芯片各生產(chǎn)商的規(guī)格和要求的呢？

在國(guó)際上有個(gè) IPC-國(guó)際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會(huì)。主要是定制一些國(guó)際上電子方面的一些統(tǒng)一規(guī)范。PCB 封裝制作的依據(jù)（IPC-7351）也就是來(lái)自 IPC 協(xié)會(huì)。

PCB 封裝制作的標(biāo)準(zhǔn)有了，那么還需要注意些什么呢？業(yè)界各大芯片生產(chǎn)商加工出來(lái)的芯片大小都是不一樣的，但都會(huì)有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)格書(shū)。里面主要包括該芯片的主要參數(shù)及性能。當(dāng)你在制作 PCB 封裝的時(shí)候就需要掌握該在對(duì)應(yīng)的技術(shù)規(guī)格書(shū)上提取哪些信息了。比如：一個(gè)器件的焊盤(pán)大小尺寸、焊盤(pán)間的間距、絲印大小、封裝命名等等（這里又牽涉到了一些結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)了，要能看懂平面圖）。PCB 封裝制作時(shí)，可以根據(jù)各公司的工藝水平進(jìn)行優(yōu)化，但總體還是根據(jù)IPC-7351 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制作。

(6)電路知識(shí)

在一個(gè)產(chǎn)品中，有著不同的電路模塊。而每個(gè)產(chǎn)品所實(shí)現(xiàn)的功能都是靠電路中的每個(gè)子電路一起來(lái)實(shí)現(xiàn)的。換句話(huà)說(shuō)，需要實(shí)現(xiàn)什么樣的功能，就需要有什么樣的電路。

① 硬件基礎(chǔ)知識(shí)

原理圖上的一些基本的知識(shí)作為一名設(shè)計(jì)師必須要掌握的。那么包括哪些知識(shí)呢？

a、能準(zhǔn)確的看懂整個(gè)電路的信號(hào)流向。

電路中的輸入輸出，信號(hào)轉(zhuǎn)換等電路，并且要大概的知道每個(gè)電路模塊實(shí)現(xiàn) 的功能。比如，SDRAM FLASH DDR 屬于存儲(chǔ)器類(lèi)等。

在數(shù)模混合板中，要掌握模擬輸入或輸出的優(yōu)勢(shì)是什么。模擬電路轉(zhuǎn)換成數(shù) 字電路或者說(shuō)數(shù)字電路轉(zhuǎn)換成模擬電路，都是通過(guò)什么電路轉(zhuǎn)換的，為什么要轉(zhuǎn) 換才能實(shí)現(xiàn)其各自的功能等等。關(guān)于射頻方面的一些知識(shí)在這就不多講了。

b、電源分配情況。

對(duì)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(zhuǎn)換的處理及開(kāi)關(guān)電源的處理等等。電源芯片散熱問(wèn)題也是需要考慮進(jìn)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(huì)產(chǎn)生熱（熱功耗），這就需要注意散熱問(wèn)題了（電源輸入輸出的壓差值越大，芯片的發(fā)熱就越大）。

c、基礎(chǔ)元器件的作用。

分清楚有源器件和無(wú)源器件；電阻、電容、電感、運(yùn)放等基礎(chǔ)器件的作用；電容濾波特性曲線(xiàn)等等。比如，原理圖在數(shù)字信號(hào)上面串聯(lián)了一個(gè)電容，你要準(zhǔn) 確的判斷原理圖有問(wèn)題。

② 數(shù)字電路、模擬電路知識(shí)

能準(zhǔn)確的區(qū)分?jǐn)?shù)字電路和模擬電路；明白同步電路和異步電路的概念和區(qū) 別；串行總線(xiàn)和并行總線(xiàn)的概念；明白數(shù)字信號(hào)在理想狀態(tài)下的波形和實(shí)際狀態(tài) 下的波形等等。舉個(gè)很簡(jiǎn)單的例子，有一組數(shù)據(jù)信號(hào)，在你不清楚他是串行信號(hào) 還是并行信號(hào)的時(shí)候，在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)你就不能確定要不要做等長(zhǎng)。當(dāng)你非常清楚的明白這組信號(hào)的屬性的時(shí)候，PCB 設(shè)計(jì)時(shí)就很準(zhǔn)確的判斷出要不要做等長(zhǎng)了

（串行信號(hào)可不做等長(zhǎng)，并行信號(hào)必須做等長(zhǎng)）。

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

③ 數(shù)模電路知識(shí)

掌握數(shù)模電路之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系及特點(diǎn)。詳細(xì)點(diǎn)說(shuō)吧。一個(gè)小信號(hào)（音頻或視頻）輸入，通過(guò)運(yùn)算放大器將信號(hào)放大后，轉(zhuǎn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將模擬

信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入到 FPGA 或者其他數(shù)字處理芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，處理完畢后再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后模擬輸出。

④ 射頻電路知識(shí)

能清楚的理解射頻電路與其他電路的區(qū)別。了解阻抗對(duì)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?zhèn)鞑シ绞剑籦.射頻微帶嚴(yán)格按照 50 歐姆阻抗控制，阻抗突變對(duì)信號(hào)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(yīng)；d.射頻需要與結(jié)構(gòu)配合（屏蔽罩）等等。

(7)常見(jiàn)電路模塊設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

(8)EMC、SI、PI 知識(shí)

(9)仿真知識(shí)

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