高清视频:什么是印刷电路板(PCB)及其工作原理
2024-09-27 15:40:21

上期我们以CPU等微芯片为例讲了一下芯片的生产工艺过程,我们平时工作过程中经常听到PCB, ASIC芯片以及EDA软件等术语,所以我们计划未来出几期视频讲述一下从使用EDA软件设计ASIC芯片,到芯片生产出来封装测试好,然后贴片到PCB组成一个产品的流程、环节,以及相互之间的关系。

PCB(印刷电路板)、ASIC(专用集成电路芯片)和EDA(电子设计自动化)软件在现代电子产品设计和制造中紧密相关:

  1. PCB 是电子产品的骨架,承载和连接各种电子元件,如ASIC芯片、电容、电阻等。它通过铜线和多层结构,将元件电气连接在一起,提供物理支撑,并确保信号传输和电源分配。

  2. ASIC 是针对特定任务设计的集成电路。相比于通用芯片,ASIC体积更小、功耗更低、性能更高。ASIC通常安装在PCB上,通过PCB的铜线路与其他元件和外部系统通信。每个ASIC芯片的引脚会连接到PCB上的特定位置,以完成电路的整体功能。
  3. EDA软件 是用于设计PCBASIC芯片的工具。它帮助工程师进行电路仿真、布线、验证和优化。EDA软件不仅用于设计PCB的电气布局,还可用于设计ASIC的内部电路。EDA工具可以生成制造PCBASIC所需的文件和数据。
总之,PCB提供硬件平台,ASIC实现特定功能,而EDA软件是设计和验证它们的核心工具。三者共同作用,推动了现代电子产品的开发和创新。

我们今天的高清视频详细介绍了什么是印刷电路板(PCB)及其工作原理,以下是其关键内容的总结:

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1. PCB简介

印刷电路板(PCB)是电子设备中关键的组成部分,它通过数百条铜线将各种电子元件连接在一起,从而使设备中的不同部分能够协同工作。例如,智能手机内部包含超过110米长的电线,这些电线将摄像头、扬声器、显示屏、WiFi、天线、GPS、电池和多个微芯片等组件连接起来。

2. PCB的组成

PCB本质上是一块由多个层组成的板子,常见的是绿色的表面,但它实际上包含着多层铜线和非导电绝缘材料。这些导线嵌在PCB的多层迷宫中,既提供了结构支撑,又确保了电子元件间的通信。

PCB主要由两部分组成:

  • 导电层:由铜制成,用于传导电信号。

  • 绝缘层:由玻璃纤维和环氧树脂制成,确保不同导线间不会发生电气短路。

3. 组件和PCB的关系

电子设备中的组件如微芯片、电阻、电容、连接器等,都通过焊接安装到PCB上。这些元件的相互连接使得它们能够协同工作。文中还特别提到了片上系统(SoC),即智能手机的大脑,它通过焊盘网格(球栅阵列)连接到PCB中的导线。PCB中的每条导线负责将信号从一个组件传输到另一个组件,例如将SoC连接到摄像头或显示屏。

4. PCB的多层结构

智能手机中的PCB通常由多达10个导电层组成,每一层都有不同的功能:

  • 顶层和底层:用于安装组件,并充当天线。

  • 电源平面和接地平面:专门用于为设备提供电源和接地连接。

  • 中间层:用于传输信号和通信线路。

这些导电层之间通过绝缘材料分隔,确保电流仅在预定的路径中流动。为了使信号能够在不同层之间传输,PCB使用了一种称为通孔(vias)的技术,这些通孔可以连接不同的层。

5. 通孔技术

通孔是一种用于将PCB中不同层相互连接的技术,有三种类型:

  • 全孔(Through Hole:从PCB的顶层贯穿到底层。

  • 盲孔(Blind Via:连接顶层或底层与中间层。

  • 埋孔(Buried Via:用于连接内部各层。

这些通孔使得信号可以从一层导电层传输到另一层,而不会干扰其他层的电路。

6. PCB的设计和演变

每个智能手机的PCB设计都因型号不同而有所区别。为了节省空间,某些设计会将PCB堆叠起来,使得设备能够容纳更大的电池或更多的摄像头。现代的PCB设计通过减少元件的体积和重量,实现了更加紧凑和高效的布局。

过去的PCB使用的是较大的通孔组件,而现在的设计大多采用表面贴装设备(SMD),这些元件比跳蚤还小,大大节省了空间并提高了电子设备的性能。

7. PCB的重要性

PCB是所有现代电子设备中不可或缺的一部分,它们不仅提供了组件之间的物理连接,还确保了电信号的有效传输。通过数百条铜线,PCB为设备中的每个组件提供了一个精确、紧凑的结构,使得复杂的电子设备能够在如此小的空间内高效工作。

8. 视频总结

视频最后总结了PCB作为电子设备中核心基础的关键作用。它们通过组织和连接不同的电子组件,确保设备的功能和性能。而现代科技的进步也依赖于PCB技术的不断发展和创新,未来的电子产品将在PCB设计和制造上取得更多的突破。

总的来说,PCB通过其复杂的多层结构、精细的电路布线和创新的设计,使得智能手机等电子设备得以小型化、高效化,并为未来的技术创新奠定了基础。

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