怎樣才算是一名合格的PCB設計師

Kivy · 發(fā)表于 2018-8-29 09:59:41

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我是一名PCB 設計師，接觸過的 PCB 設計產(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(yōu)秀設計。故，軟件對于一名設計師來說是至關(guān)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 Altium designer 軟件來說。FPGA 管腳調(diào)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(guī)范產(chǎn)品的 PCB 工藝設計，規(guī)定PCB 工藝設計的相關(guān)參數(shù)，使得

PCB 的設計滿足可生產(chǎn)性、可測試性、安規(guī)、emc 等技術(shù)規(guī)范要求。在產(chǎn)品設計過程中，構(gòu)建產(chǎn)品的工藝、技術(shù)、質(zhì)量、成本優(yōu)勢。

作為一名設計師，需要掌握哪些相關(guān)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(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(yè)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(chǎn)品超出了制板商的加工能力，無法生產(chǎn)，再有利的產(chǎn)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(yè)產(chǎn)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(shù)部分可以在板材的數(shù)據(jù)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(zhí)行的。IPC 標準又分為 3 個等級。選擇不同的等級，這些參數(shù)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(shù)、信號層數(shù)、平面層數(shù)）、基板材料、表面工藝、阻抗值、阻抗公差、銅厚、檢驗標準。影響阻抗的因素有：介質(zhì)厚度、介電常數(shù)、殘銅率、銅厚、線寬、線距、阻焊厚度。介質(zhì)厚度、線距越大阻抗值越大；介電常數(shù)、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(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(diào)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(chǎn)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(qū)；器件間距要求可方便焊接，同時預留調(diào)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(wǎng)選型。根據(jù) PCB 板貼片面尺寸和器件焊盤的間距及大小對鋼網(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(wǎng)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(shù)。作為一名設計師，應該要掌握焊接能力。不要求焊接技術(shù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)知識

任何一個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。當然，每種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖能看懂。比如 M2 的螺釘、M3 的螺釘、M4 的螺釘?shù)�。這里所對應 PCB 板上的孔徑及焊盤是多少。結(jié)構(gòu)圖能看明白三視圖。掌握 AutoCAD 軟件里的一些簡單操作。假如，硬件工程師給到你的是整個產(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(xiàn)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(jù)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(guān)系。看到一些常用的封裝命名就能聯(lián)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(guān)系到與實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(tǒng)一封裝

大小，及芯片各生產(chǎn)商的規(guī)格和要求的呢？

在國際上有個 IPC-國際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會。主要是定制一些國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）也就是來自 IPC 協(xié)會。

PCB 封裝制作的標準有了，那么還需要注意些什么呢？業(yè)界各大芯片生產(chǎn)商加工出來的芯片大小都是不一樣的，但都會有相應的技術(shù)規(guī)格書。里面主要包括該芯片的主要參數(shù)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(shù)規(guī)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(jié)構(gòu)的基本知識了，要能看懂平面圖）。PCB 封裝制作時，可以根據(jù)各公司的工藝水平進行優(yōu)化，但總體還是根據(jù)IPC-7351 標準來制作。

(6)電路知識

在一個產(chǎn)品中，有著不同的電路模塊。而每個產(chǎn)品所實現(xiàn)的功能都是靠電路中的每個子電路一起來實現(xiàn)的。換句話說，需要實現(xiàn)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(zhuǎn)換等電路，并且要大概的知道每個電路模塊實現(xiàn) 的功能。比如，SDRAM FLASH DDR 屬于存儲器類等。

在數(shù)�；旌习逯校莆漳M輸入或輸出的優(yōu)勢是什么。模擬電路轉(zhuǎn)換成數(shù) 字電路或者說數(shù)字電路轉(zhuǎn)換成模擬電路，都是通過什么電路轉(zhuǎn)換的，為什么要轉(zhuǎn) 換才能實現(xiàn)其各自的功能等等。關(guān)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(zhuǎn)換的處理及開關(guān)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(chǎn)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(fā)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(shù)字信號上面串聯(lián)了一個電容，你要準確的判斷原理圖有問題。

② 數(shù)字電路、模擬電路知識

能準確的區(qū)分數(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；串行總線和并行總線的概念；明白數(shù)字信號在理想狀態(tài)下的波形和實際狀態(tài) 下的波形等等。舉個很簡單的例子，有一組數(shù)據(jù)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(guān)知識；在模擬電路里，電容、電感的作用等等。

③ 數(shù)模電路知識

掌握數(shù)模電路之間的轉(zhuǎn)換關(guān)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(zhuǎn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將模擬

信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號輸入到 FPGA 或者其他數(shù)字處理芯片對信號進行處理，處理完畢后再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，信號經(jīng)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(qū)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?zhèn)鞑シ绞剑籦.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(jié)構(gòu)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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