怎样才算是一名合格的PCB设计师

Kivy · 发表于 2018-8-29 09:59:41

此文转载于Ralap日志

我是一名PCB 设计师，接触过的 PCB 设计产品主要有：射频功放产品、通信直放站产品、航天电子产品、医疗机械电子产品、视频 DVD 产品、音频 MP3 产品、安防监控产品等等。因此我从我所站的角度对此话题谈谈我的一些想法，说的不好，请大家多多包涵。

(1)软件操作

俗话说“吃饭用碗筷”。软件犹如我们的碗筷。软件虽说只是一个工具，但如果一名设计师连自己的工具都掌握不熟练的话，何谈优秀设计。故，软件对于一名设计师来说是至关重要的。又有人会问，软件操作到什么样的程度才算是熟练掌握呢？故名思议“熟能生巧”，这话无可争议。对于软件上面的一些常用操作命令、高级操作技巧要精通。常用操作命令只是能保证设计师能完成设计任务；而高级操作技巧则是用短时间完成相同的操作。举个例子：就拿 Altium designer 软件来说。FPGA 管脚调整操作。一般命令是先改原理图再导入到 PCB，使之对应；而对于该操作的高级技巧操作则是改 PCB 后反导原理图使之对应。相同模块布局布线操作。一般的命令是对每个相同模块分别布局布线；而高级技巧则是线做好一个模块后，直接复用即可。两者相比之下，达到同样的效果，但所花的时间则是不一样的。后者有着事半功倍的效果。

(2)工艺知识

其目的是：规范产品的 PCB 工艺设计，规定PCB 工艺设计的相关参数，使得

PCB 的设计满足可生产性、可测试性、安规、emc 等技术规范要求。在产品设计过程中，构建产品的工艺、技术、质量、成本优势。

作为一名设计师，需要掌握哪些相关工艺知识呢？①叠层。对自己设计的

PCB 板进行叠层。每个 PCB 板都是有相关叠层信息的。在叠层前需要了解生产工艺，即印制板生产的基本流程、业界印制板加工商的加工能力、加工成本等等。印制板生产的基本流程（）是每个设计是都需要了解的。如果一个设计师不了解制板流程，那也可以说这名设计师无法正确的验收自己的 PCB 板。业界制板的加工能力也是每个设计师必须掌握的。如果设计出来的产品超出了制板商的加工能力，无法生产，再有利的产品也是徒劳。加工成本问题也是设计师需要了解的，每个企业产品最终的目的无非是保证性能的前提下，以最少的成本达到理想的目标。

在掌握以上知识后，接下来开始叠层。叠层需要掌握些什么知识呢？

a、PCB 板厚的计算。PCB 板总厚度=基材厚度+铜薄厚度+沉铜厚度+丝印厚度

+绿油厚度。不能叠出来的厚度超过要求完成后的 PCB 厚度。当然了，这些参数部分可以在板材的数据手册上面可以找到。当然还有一些是要看你以什么标准来加工了，民用品一般是按IPC 标准来执行的。IPC 标准又分为 3 个等级。选择不同的等级，这些参数加工控制又是不一样的。

b、阻抗计算。掌握一个阻抗计算软件，比如 Polar Si8000 软件。阻抗计算需要的条件：板厚、（层数、信号层数、平面层数）、基板材料、表面工艺、阻抗值、阻抗公差、铜厚、检验标准。影响阻抗的因素有：介质厚度、介电常数、残铜率、铜厚、线宽、线距、阻焊厚度。介质厚度、线距越大阻抗值越大；介电常数、铜厚、线宽、阻焊厚度越大阻抗值越小。当然，信号层与平面层也是有要求的。一般情况下需要满足，对称性；阻抗连续性；元件下面为地层（第二层或倒数第二层）；电源和地紧耦合；信号层靠近参考层；相邻信号层间拉开距离；信号层夹

在电源层和地层时，信号层要靠近地层；差分间距要小于等于 2 倍线宽；线宽调整在 4mil—6mil 范围；板层间半固化片越少越好。

②设计基本要求（满足可生产性、可测试性）。无非就是阻焊开窗、器件间距、孔大小、丝印、拼板等。

器件焊盘开窗一般是不小于 2.5mil 的亚光区；器件间距要求可方便焊接，同时预留调试时的拆装空间；孔类型越少越好，孔大小按照通用大小即可，原则是孔径比不小于 8:1；丝印只有 2 个方向且清晰；拼板原则：小于 50mm*50mm 需要做拼板。其他的我在这就不多说了，每位设计师多多少少都接触过了。

③钢网选型。根据 PCB 板贴片面尺寸和器件焊盘的间距及大小对钢网选型。具体需要根据PCB 板的具体情况而定。比如，PCB 板上有AD8312 类器件（焊盘大小为直径 0.2mm）非常小的焊盘时，就需要选择精密（激光）型。

④smt 组装知识。主要了解贴片流程。

设计师需要掌握 PCB 板在贴片过程中的一般步骤。钢网与 PCB 板对位上锡膏；器件BOM 核对；贴装器件；回流焊；检板。

⑤焊接技术。作为一名设计师，应该要掌握焊接能力。不要求焊接技术有多强，但简单的更换 0603 封装器件的焊接需要掌握。

(3)制作要求

对于PCB 板加工的基本信息需要备注清晰。这样才能使 PCB 在生产过程中更高效且无误。换句话说就是让加工商按照设计师的要求进行加工。对于 PCB 板上的备注基本信息有：板材、板厚、表面工艺、阻抗控制表、丝印颜色、绿油颜色、是否塞孔（包含绿油塞孔和树脂塞孔）、验收标准等，如有特殊要求，需要在制作要求中注明。

(4)结构知识

任何一个PCB 板在产品中不可能是悬空的，都是需要安装在产品中的。当然，每种产品的结构都是不一样的。但作为一名设计师，最起码的螺钉大小需要了解及结构图能看懂。比如 M2 的螺钉、M3 的螺钉、M4 的螺钉等。这里所对应 PCB 板上的孔径及焊盘是多少。结构图能看明白三视图。掌握 AutoCAD 软件里的一些简单操作。假如，硬件工程师给到你的是整个产品的结构图，需要自己在里面提取需要的信息。这时就需要掌握些 AutoCAD 软件操作了。

(5)封装知识

在PCB 设计时，通过器件的 PCB 封装来体现实际器件的大小及位置（平面图）。那么，作为一名设计师，需要掌握哪些封装知识呢。

① 器件封装的常用代码（器件位号代码）。比如：C 代表电容、R 代表电阻、

L 代表电感、U 代表 IC 等等。如果再深入点就是这些代码依据的由来了（在国际上是有个通用的标准的）。

② 封装命名的意义及形状。比如：电容封装有很多种，0201、0402、

0603、0805、1210 等等（从这些封装命名就直接可以读出焊盘的大小及间距）。这些封装命名和实物有什么样的关系。看到一些常用的封装命名就能联系到

器件实物是什么样的。比如：BGA 封装、QFN 封装、PLCC 封装等等。

③ 封装制作。包括原理图封装和 PCB 封装制作。原理图封装相对来说可以不用那么严格，但为了能在 PCB 设计时，能够更准确的读懂其中的原理，还是需要按照严格的要求来制作。PCB 封装制作就直接关系到与实物的焊接及性能的发挥了。其中的重要性大家都知道，就不多说了。

PCB 封装既然这么重要，那么国际上又是通过一个什么样的标准来统一封装

大小，及芯片各生产商的规格和要求的呢？

在国际上有个 IPC-国际电子工业联接协会。主要是定制一些国际上电子方面的一些统一规范。PCB 封装制作的依据（IPC-7351）也就是来自 IPC 协会。

PCB 封装制作的标准有了，那么还需要注意些什么呢？业界各大芯片生产商加工出来的芯片大小都是不一样的，但都会有相应的技术规格书。里面主要包括该芯片的主要参数及性能。当你在制作 PCB 封装的时候就需要掌握该在对应的技术规格书上提取哪些信息了。比如：一个器件的焊盘大小尺寸、焊盘间的间距、丝印大小、封装命名等等（这里又牵涉到了一些结构的基本知识了，要能看懂平面图）。PCB 封装制作时，可以根据各公司的工艺水平进行优化，但总体还是根据IPC-7351 标准来制作。

(6)电路知识

在一个产品中，有着不同的电路模块。而每个产品所实现的功能都是靠电路中的每个子电路一起来实现的。换句话说，需要实现什么样的功能，就需要有什么样的电路。

① 硬件基础知识

原理图上的一些基本的知识作为一名设计师必须要掌握的。那么包括哪些知识呢？

a、能准确的看懂整个电路的信号流向。

电路中的输入输出，信号转换等电路，并且要大概的知道每个电路模块实现的功能。比如，SDRAM FLASH DDR 属于存储器类等。

在数模混合板中，要掌握模拟输入或输出的优势是什么。模拟电路转换成数字电路或者说数字电路转换成模拟电路，都是通过什么电路转换的，为什么要转换才能实现其各自的功能等等。关于射频方面的一些知识在这就不多讲了。

b、电源分配情况。

对于PCB 板上的电源分配情况要非常清楚。电源输入口的处理，电源 DC 转换的处理及开关电源的处理等等。电源芯片散热问题也是需要考虑进去的。比如，

28V 输入，5V 输出。这中间的压差电源芯片肯定消耗掉了。电源芯片消耗掉肯定会产生热（热功耗），这就需要注意散热问题了（电源输入输出的压差值越大，芯片的发热就越大）。

c、基础元器件的作用。

分清楚有源器件和无源器件；电阻、电容、电感、运放等基础器件的作用；电容滤波特性曲线等等。比如，原理图在数字信号上面串联了一个电容，你要准确的判断原理图有问题。

② 数字电路、模拟电路知识

能准确的区分数字电路和模拟电路；明白同步电路和异步电路的概念和区别；串行总线和并行总线的概念；明白数字信号在理想状态下的波形和实际状态下的波形等等。举个很简单的例子，有一组数据信号，在你不清楚他是串行信号还是并行信号的时候，在 PCB 设计时你就不能确定要不要做等长。当你非常清楚的明白这组信号的属性的时候，PCB 设计时就很准确的判断出要不要做等长了

（串行信号可不做等长，并行信号必须做等长）。

模拟电路的一些基本知识。三极管曲线特性；运算放大器的分类（电压放大和电流放大等等）；模拟信号的波形叠加相关知识；在模拟电路里，电容、电感的作用等等。

③ 数模电路知识

掌握数模电路之间的转换关系及特点。详细点说吧。一个小信号（音频或视频）输入，通过运算放大器将信号放大后，转入模数转换芯片，将模拟

信号转换成数字信号后，由模数转换后的信号输入到 FPGA 或者其他数字处理芯片对信号进行处理，处理完毕后再通过数模转换芯片将数字信号转换成模拟信号，信号经过放大后模拟输出。

④ 射频电路知识

能清楚的理解射频电路与其他电路的区别。了解阻抗对射频板的重要性。射频电路的特性，主要包括有：a.空间和平面传播方式；b.射频微带严格按照 50 欧姆阻抗控制，阻抗突变对信号影响较大；c.表面工艺（推荐沉金）处理要求非常平整，减小趋肤效应；d.射频需要与结构配合（屏蔽罩）等等。

(7)常见电路模块设计注意事项

(8)EMC、SI、PI 知识

(9)仿真知识

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