一直都想写写我所认识到的PCB。从大学里接触到PCB开始，就一直觉得很有意思，虽然带着很多疑惑和错误的认知跟PCB打了多年的交道，但终于还是了解了关于PCB的方方面面，有了还算清晰的认知。
这篇文章就写写PCB是什么~
目录
1、电路是什么？PCB/PCBA是什么？
2、为什么要有PCB
3、PCB的结构和组成
4、PCB/PCBA的生产流程
5、PCB/PCBA的设计流程
6、炫酷的PCB小技巧炫酷的PCBA小技巧
正文
1、电路是什么？PCB/PCBA是什么？
电路是什么？百度百科定义为“由金属导线和电气、电子部件组成的导电回路，称为电路。”
一个电池、一个开关、一个灯泡，加上一些导线和连接件，就组成了一个电路。下面3张百度来的图片，都是这样一个最简单的电路。
图片里的电路，功能是点亮小灯泡，用于照明，但3张图片里用了完全不同的连接方式。
第1张图片里，灯泡、开关和电池都放在专用的塑料座上，塑料座还有专用的螺栓连接器，可以很方便的安装器件并连接导线；
第2张图片里，灯泡、开关和电池，也都有各自专用的安装座，但确没有了螺栓连接器，导线与3个器件的连接通过焊接和缠绕实现；
第3张图片里，灯泡、开关、电池，只有电池有安装座，开关和灯泡都是直接与导线连接的，导线与导线之间也是缠绕连接的。
上面的电路就是一个手电筒的原理，但手电筒可以实用化，上面的图片里的电路却只能用于电路原理教程中的演示，而且随着连接器件的省略，电路的连接会更会复杂，可靠性会更差。
那这些不同之处说明了什么？
同样是电路，核心器件相同，功能相同，但连接件和连接方式不同，会很大的影响电路的功能实现。
电路的核心是线路和器件，但电路是需要和结构件相配合才能实现其功能的，因此电路不仅是导线、器件，那些包裹导线的绝缘层、装载电池的电池仓、电池仓内的弹簧和金属片、拧紧导线的螺栓，这些器件共同构成了电路。
既然电路是一个复杂的整体，那PCB是什么呢？在电路中是什么角色呢？
想象一个复杂的电路，像下面这样。
这样一个原理图，有76个器件，每个器件至少有2个连接关系，假如使用导线进行连接，至少需要152根导线，如果想要批量生产，通过手工进行焊接，这工作量可能我一天都搭不起来这样一个电路。
那这么复杂的电路，到底是怎么进行批量生产的呢？
答案就是PCB，即Printed Circuit Board，也就是“印制电路板”。
上面的电路图，如果使用导线连接，必然是非常繁杂的景象，就类似于下图。
但如果用PCB来搭建，则非常的简洁清爽。
下图是生产完未焊接器件的PCB。
PCB
下图是焊接完器件的PCBA，完整的实现了电路原理图中的设计。
焊接上器件的PCB，即PCBA（A表示Assembly）
2、为什么要有PCB？
有了上面直观的比较，应该很容易理解为什么要有PCB了。
在PCB出现之前，电路确实是通过导线和连接件进行搭建和实现的，如果你看过著名英国演员本尼迪克特·康伯巴奇主演的电影《模仿游戏》，就能知道当年阿兰·图灵(Alan Turing)发明的“图灵甜点”(Turing Bombe)计算机搭建起来体积是多么的庞大。
下图就是第一台密码破译计算机的照片。
百度百科写到，“如图所示，右侧的一扇墙其实是铰链门，里面放满了电子电路，左侧一扇墙则是“图灵甜点”的机械部分。五颜六色的正方形是电阻器，一圈圈的红色金属丝则是电路。”。
这样一台计算机，不仅体积庞大，制造也十分困难。大家都知道我们的智能手机里有着上亿个晶体管，这些晶体管如果还是像上图中这样进行连接，那你的手机怕不是比整个体育场都要打，而生产工人制造一台这样的机器，估计100年也不够用。
PCB的发明，就是为了减小电路的体积，同时使得电路快速的批量制造成为可能。
将导线变成精细的铜线，将器件变成微小的芯片，导线与器件的连接不再通过螺栓固定，而是通过铜线与芯片引脚的焊接，就是这样，实现了电路的微型化，实现了电路的批量制造。
PS：
百度百科引用内容：“PCB的创造者是奥地利人保罗·爱斯勒( Paul eisler)，1936年，他首先在收音机里采用了印刷电路板。1943年，美国人多将该技术运用于军用收音机，1948年，美国正式认可此发明可用于商业用途。自20世纪50年代中期起，印刷线路板才开始被广泛运用。”。
吴川斌的博客更新了~，刚好就是PCB的发展历程，分享给大家看看。
3、PCB的结构和组成
将器件焊接在PCB上，就实现了电路器件的连接，PCB把一根根导线变成了一块平板，在平板内部实现了原本多根导线导通，导线既要连接各个器件的各个引脚，又要避免导线之间短路或导线与引脚断开，PCB本身还要有足够的结构强度，保证整个电路不容易损坏，那PCB究竟是用什么样的结构实现这些功能的呢？
PCB的结构可以理解为：
a、基板
b、铜线和铜层
c、过孔
d、焊盘
e、阻焊层
f、表面处理层
a、基板。
首先，PCB需要有一定的结构强度，能够支撑起覆盖在上面的导线和器件，因此需要某种材质的基板，市面上常见的PCB基板都是玻璃纤维材料，也有很多其他类型和其他参数，这里就不展开叙述了。
b、铜线和铜层。
PCB要实现器件的连接，必然需要类似与导线一样的存在，在PCB里，一般使用铜层和铜层加工出来的铜线作为导线。
PCB之所以叫印制电路板，关键的一点就在于铜线和铜层是可以“印制的”，“印制”并不是说有一种印刷机可以直接打印铜线，而是说一块完整铜板，通过在铜板上“印制”任意图形的防腐蚀材料，然后将整块铜板放入腐蚀液中，就能实现任意图形的腐蚀，使留下来的未被腐蚀的铜板，变成指定形状的铜线和铜层。这就是印制电路板名称的由来。
c、过孔。
铜线和铜层能够任意的绘制了，实现了平面上的连接关系，对于焊接在同一层的器件来说，如果有2条铜线需要交叉怎么办呢？
印制电路板能在一块铜板上实现2根交叉线的“印制”吗？
回答是并不可以，那怎么办呢？
PCB的研发者们想到了2个办法：
第一种方法，使用跳线电阻，当2条线需要交叉时，在交叉处将一条线截断，在截断处放置一个电阻，这个电阻可以联通被截断的线，同时电阻跨在另一条线的上方，不会与另一条线短路，从而实现了两条交叉线的联通，但这种方法如果遇到特别多的交叉线时就显得很笨了；
第二种方法，增加一层铜层，让需要交叉的线路，其中的一条换一层的，在另一层铜线上与原来冲突的线交叉，虽然是交叉了，但并不在同一层，也就不会发生短路了。
这就很像十字路口的场景，东西向的车流直接通过十字路口，南北向的车流则通过搭在十字路口的桥面通行。
但PCB本身是平面结构，不可能为了一条线就制造出跨层的铜线出来，要实现线路的换层，就得增加新的结构，这就是PCB的“过孔”。
什么是过孔？
下图是一个双层板的示意图，是Altium Designer的一个窗口“Layer Stack Manager”，即“叠层结构管理器”，可以看到2个被剖面的环状圆柱，这2个圆柱就是过孔。
在双面电路板的顶层，一根铜线连接到了过孔，过孔从顶层穿过了基板到达了底层，底层的铜线又继续延伸，从而完成了一根导线的从顶层到底层的换层。
示意图看过了，再来看看实物的剖面图。下图是多层pcb在过孔处的切片的显微照片（自己拍的太模糊了，网上又找不到高清无水印的~）。图中可以看出过孔是如何连接不同层之间的铜线和铜层的。
过孔解决了铜线换层的问题，但需要至少双层铜板才能实现过孔，如果成本限制非要使用单层板，那只能选择跳线电阻或者人工飞线的方式了。
理论上讲，双层板就可以实现所有的电路连接了，不管是几十个器件、一两百个引脚，还是几百个器件、几万个引脚，只要能在双层板上放下器件，再增加适当的面积用于线路通过过孔换层，所有的电路连接就都可以实现了。
但对于高速信号的电路板来说，双层板经常是无法满足布线需求的，因为高速信号不仅需要可靠的连通，没根铜线还需要完整的参考铜层，也要尽量在多层pcb的内层布线。
d、焊盘
PCB的主要作用在于实现器件的互联，用于导通的部分只有铜线、铜层、过孔，想要和芯片、连接器等实现连接，还需要某种可以与芯片和连接器相连接的结构，而焊盘就是专门用于对外连接的结构。
焊盘长什么样呢？
没焊接器件的PCB的焊盘，如下图所示。红色圆框里的是一个网线插座的直插引脚的焊盘，红色方框里的是贴片电容的焊盘。
焊盘不仅能够焊接引脚，也能够连通到其他器件的引脚上，上图中可以看出，每一个焊盘，都引出了一根连接线，连接到了另一个器件的焊盘上。
焊盘是如何与器件的引脚焊接上的呢？
以二极管为例，二极管有侧面出线的直插封装、底面出线的直插封装，也有2侧引出引脚的贴片封装。
如果是直插器件，焊盘是类似于过孔的通孔，将器件的引脚插入通孔之中，再用融化的焊锡填满通孔，使得引脚和通孔焊盘焊接在一起，同时实现了固定和电气连接。
如果是贴片器件的手工焊接，则一般是将焊锡先融化在一个焊盘上，保持电烙铁不动，然后将器件的引脚放置在带有焊锡的焊盘上，移开电烙铁，等待焊锡凝固，最后再焊接另一个引脚。
当然，贴片器件其实更适合使用回流焊的工艺进行批量的焊接。
e、阻焊层
PCB的阻焊层就是覆盖在表层铜层上的“绿油”，它的作用就是“阻焊”，防止不想焊接的地方和需要焊接的地方在焊接时发生短路，最重要的是，阻焊层能保护表层的铜线和铜层，不会因为裸露在空气中而被腐蚀或损坏。
阻焊层的颜色是非常多样的，平时看到的多是绿色阻焊和白色丝印，一来因为便宜，二来大家也都习惯了，但如果想要PCB好看，可以选择黑色、蓝色、白色等颜色的阻焊，看起来会有一些设计感。
下图就是黑色阻焊加白色丝印的裸板PCB，而且还特意用没覆盖阻焊的铜层绘制了一个logo。
下图则是一个白色阻焊层加黑色丝印的PCB。
阻焊的颜色其实不太重要，不过酷炫也能侧面展示出产品设计的态度。
下面的阻焊颜色是一家PCB加工商所能提供的阻焊颜色选项。
f、表面处理层
PCB本身其实只是板材、铜层、过孔、焊盘、阻焊这几部分组成的，但PCB想要成为一个实用的硬件系统，就必然要跟芯片、连接器等其他组件进行焊接，而焊接就必须要对PCB裸露的焊盘进行表面处理，如果PCB不进行表面处理，也不进行空气隔绝的防护，铜层会很快地在空气中被腐蚀，变得难以焊接。
有的PCB，还会特意保留一部分铜层裸露，作为连接器的插入端来使用，一般叫做金手指。这种PCB的金手指，为了增加可重复插拔的次数，保持连接可靠性，就必须要进行表面处理，大多都是采用沉金或镀金的工艺。
对于没有特殊要求的低成本PCB，则一般选择有钱喷锡或无铅喷锡的表面处理方式，这种表面处理一般要求PCB在生产完成后塑封起来，隔绝空气，在器件焊接之前禁止过早开启包装，暴露太长时间，否则会引起焊接困难等问题。
结尾
以上就是PCB简介的第一部分了，后续再写下面的内容。