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PCB抄板基础知识详细解析
云汉芯城 | 2019-09-06 15:05:05    阅读:96   发布文章

PCB(PrintedCircuitBoard),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。PCB抄板,即在已经有电子产品实物和电路板实物的前提下,利用反向研发技术手段对电路板进行逆向解析,将原有产品的PCB文件、物料清单(BOM)文件、原理图文件等技术文件以及PCB丝印生产文件进行1:1的还原,然后再利用这些技术文件和生产文件进行PCB制板、元器件焊接、飞针测试、电路板调试,完成原电路板样板的完整复制。

部件简介

PCB抄板,业界也常被称为电路板抄板、电路板克隆、电路板复制、PCB克隆、PCB逆向设计或PCB反向研发,关于PCB抄板的定义,业界和学术界有多种说法,但是都不太完整,如果要给PCB抄板下一个准确的定义,可以借鉴国内权威的PCB抄板实验室的说法:PCB抄板,即在已经有电子产品实物和电路板实物的前提下,利用反向研发技术手段对电路板进行逆向解析,将原有产品的PCB文件、物料清单(BOM)文件、原理图文件等技术文件以及PCB丝印生产文件进行1:1的还原,然后再利用这些技术文件和生产文件进行PCB制板、元器件焊接、飞针测试、电路板调试,完成原电路板样板的完整复制。由于电子产品都是由各类电路板组成核心控制部分进行工作,因此,利用PCB抄板这样一个过程,可完成任何电子产品全套技术资料的提取以及产品的仿制与克隆。

对于PCB抄板,很多人不了解,到底什么是PCB抄板,有些人甚至认为PCB抄板就是山寨。山寨在大家的理解中,就是模仿的意思,但是PCB抄板绝对不是模仿,PCB抄板的目的是为了学习国外最新的电子电路设计技术,然后吸收优秀的设计方案,再用来开发设计更优秀的产品。

PCB抄板就是一种反向研究技术,就是通过一系列反向研究技术,来获取一款优秀电子产品的PCB设计电路,还有电路原理图和BOM表。通过这种反向的研究方法,别人需要两三年才开发出来的一款产品,我们通过PCB抄板反向研究的方式,可能只需要一个月就能学会别人花两三年研发出来的成果,这对于我们发展中国家追赶世界脚步起到了非常重要的促进作用。而且反向研究技术的发展,也对那些开发团队的技术突破起到一个促进作用,反向研究技术的大力发展同时也导致正向研究技术的不断更新。正向研究与反向研究之间就是因为有了这个竞争关系,所以这几年电子技术的发展才能日新月异,电子产品,几乎一年更新换代一次,后面电子产品更新换代的速度只会越来越快。因为PCB抄板降低了电子技术的门槛。PCB抄板使越来越多的发展中国家快速走上了高新电子技术的前沿,与发达国家一起研究电子技术。这个研究团队越大,这个世界的电子技术才能发展得越块。

误区

很多人对PCB抄板概念存在误解,事实上,随着抄板行业的不断发展和深化,今天的PCB抄板概念已经得到更广范围的延伸,不再局限于简单的电路板的复制和克隆,还会涉及产品的二次开发与新产品的研发。比如,通过对既有产品技术文件的分析、设计思路、结构特征、工艺技术等的理解和探讨,可以为新产品的研发设计提供可行性分析和竞争性参考,协助研发设计单位及时跟进最新技术发展趋势、及时调整改进产品设计方案,研发最具有市场竞争性的新产品。同时,PCB抄板的过程通过对技术资料文件的提取和部分修改,可以实现各类型电子产品的快速更新升级与二次开发,根据抄板提取的文件图与原理图,专业设计人员还能根据客户的意愿对PCB进行优化设计与改板,也能够在此基础上为产品增加新的功能或者进行功能特征的重新设计,这样具备新功能的产品将以最快的速度和全新的姿态亮相,不仅拥有了自己的知识产权,也在市场中赢得了先机,为客户带来的是双重的效益。

技术过程

PCB抄板的技术实现过程

简单来说,就是先将要抄板的电路板进行扫描,记录详细的元器件位置,然后将元器件拆下来做成物料清单(BOM)并安排物料采购,空板则扫描成图片经抄板软件处理还原成pcb板图文件,然后再将PCB文件送制版厂制板,板子制成后将采购到的元器件焊接到制成的PCB板上,然后经过电路板测试和调试即可。

具体技术步骤如下:

第一步,拿到一块PCB,首先在纸上记录好所有元器件的型号,参数,以及位置,尤其是二极管,三极管的方向,IC缺口的方向。最好用数码相机拍两张元器件位置的照片。很多的pcb电路板越做越高级上面的二极管三极管有些不注意根本看不到。

第二步,拆掉所有器件,并且将PAD孔里的锡去掉。用酒精将PCB清洗干净,然后放入扫描仪内,扫描仪扫描的时候需要稍调高一些扫描的像素,以便得到较清晰的图像。再用水纱纸将顶层和底层轻微打磨,打磨到铜膜发亮,放入扫描仪,启动PHOTOSHOP,用彩色方式将两层分别扫入。注意,PCB在扫描仪内摆放一定要横平竖直,否则扫描的图象就无法使用。

第三步,调整画布的对比度,明暗度,使有铜膜的部分和没有铜膜的部分对比强烈,然后将次图转为黑白色,检查线条是否清晰,如果不清晰,则重复本步骤。如果清晰,将图存为黑白BMP格式文件TOP BMP和BOT BMP,如果发现图形有问题还可以用PHOTOSHOP进行修补和修正。

第四步,将两个BMP格式的文件分别转为PROTEL格式文件,在PROTEL中调入两层,如过两层的PAD和VIA的位置基本重合,表明前几个步骤做的很好,如果有偏差,则重复第三步。所以说pcb抄板是一项极需要耐心的工作,因为一点小问题都会影响到质量和抄板后的匹配程度。

第五步,将TOP层的BMP转化为TOP PCB,注意要转化到SILK层,就是黄色的那层,然后你在TOP层描线就是了,并且根据第二步的图纸放置器件。画完后将SILK层删掉。不断重复直到绘制好所有的层。

第六步,在PROTEL中将TOP PCB和BOT PCB调入,合为一个图就OK了。

第七步,用激光打印机将TOP LAYER,BOTTOM LAYER分别打印到透明胶片上(1:1的比例),把胶片放到那块PCB上,比较一下是否有误,如果没错,你就大功告成了。

一块和原板一样的抄板就诞生了,但是这只是完成了一半。还要进行测试,测试抄板的电子技术性能是不是和原板一样。如果一样那真的是完成了。

备注:如果是多层板还要细心打磨到里面的内层,同时重复第三到第五步的抄板步骤,当然图形的命名也不同,要根据层数来定,一般双面板抄板要比多层板简单许多,多层抄板容易出现对位不准的情况,所以多层板抄板要特别仔细和小心(其中内部的导通孔和不导通孔很容易出现问题)。

双面板抄板方法:

1.扫描线路板的上下表层,存出两张BMP图片。

2.打开抄板软件Quickpcb2005,点“文件”“打开底图”,打开一张扫描图片。用PAGEUP放大屏幕,看到焊盘,按PP放置一个焊盘,看到线按PT走线……就象小孩描图一样,在这个软件里描画一遍,点“保存”生成一个B2P的文件。

3.再点“文件”“打开底图”,打开另一层的扫描彩图;

4.再点“文件”“打开”,打开前面保存的B2P文件,我们看到刚抄好的板,叠在这张图片之上——同一张PCB板,孔在同一位置,只是线路连接不同。所以我们按“选项”——“层设置”,在这里关闭显示顶层的线路和丝印,只留下多层的过孔。

5.顶层的过孔与底层图片上的过孔在同一位置,再像童年时描图一样,描出底层的线路就可以了。再点“保存”——这时的B2P文件就有了顶层和底层两层的资料了。

6.点“文件”“导出为PCB文件”,就可以得到一个有两层资料的PCB文件,可以再改板或再出原理图或直接送PCB制版厂生产

多层板抄板方法:

其实四层板抄板就是重复抄两个双面板,六层就是重复抄三个双面板……,多层之所以让人望而生畏,是因为我们无法看到其内部的走线。一块精密的多层板,我们怎样看到其内层乾坤呢?——分层。

在分层的问题上办法有很多,有药水腐蚀、刀具剥离等,但很容易把层分过头,丢失资料。经验告诉我们,砂纸打磨是最准确的。

当我们抄完PCB的顶底层后,一般都是用砂纸打磨的办法,磨掉表层显示内层;砂纸就是五金店出售的普通砂纸,一般平铺PCB,然后按住砂纸,在PCB上均匀磨擦(如果板子很小,也可以平铺砂纸,用一根手指按住PCB在砂纸上磨擦)。要点是要铺平,这样才能磨得均匀。

丝印与绿油一般一擦就掉,铜线与铜皮就要好好擦几下。一般来说,蓝牙板几分钟就能擦好,内存条大概要十几分钟;当然力气大,花的时间会少一点;力气小花的时间就会多一点。

磨板是目前分层用得最普遍的方案,也是最经济的了。咱们可以找块废弃的PCB试一下,其实磨板没什么技术难度,只是有点枯燥,要花点力气,完全不用担心会把板子磨穿磨到手指头哦。

pcb抄板接触系统可靠性设计

正确地选择触点材料,可以提高继电IRF520NPBF器工作的可靠性和寿命。不同的继电器由于触点回路负载性质和断开容量不同,触点受到的磨损种类和磨损程度也不同;在设计选用触点和簧片材料时,必须考虑到这些因素。选择的触点和簧片材料应满足下列基本要求:

具有良好的导电性、导热性。

触点及镀层材料应能耐电弧或电火花磨损和机械磨损,具有一定的硬度和抗粘接性能。

簧片材料应具有良好的弹性。

2)触点接触形式及形状尺寸设计的要求:

对于微型、超小型等负载较小的继电器,触点宜采用点接触形式,pcb抄板以增大接触部位的压强,破坏触点表面的污染物。对于大负载继电器,触点宜采用面接触形式,以增大散热面积,减缓触点电磨损。

触点组合形式上,应尽可能避免组装形式,减少组装带来的不可靠因素,以可靠的熔焊代替铆接。

采用不同材料的触点进行配对,以提高触点的抗电弧、抗磨损能力。

簧片设计质量要小,尺寸不宜过长,如采用高弹性模数的材料,电路板克隆降低材料的比重或提高簧片刚度等方法,以使其谐振频率高于给定环境频率指标,从而保证冲击、振动的环境适应性。

在通过额定电流时,簧片的电流密度不允许超过规定值,以保证簧片的温升不超过允许值,从而保证接触的可靠性。

3)触点压力和跟踪的设计要求:

保证触点间电接触可靠,触点接触电阻稳定。

触点的跟踪应大于规定寿命内触点磨损的高度。

适当选择触点压力与跟踪等机械参数,以尽可能减少触点的回跳次数和缩短触点回跳时间,从而减少触点的磨损相电弧烧蚀。

对于小负荷和中等负荷的继电器,触点间应有一定的跟踪来清洁表面,减少接触电阻及热效应,减少断故障,提高接触的可靠。

技术概念

PCB抄板除了对电路板复制的简单概念,还包括了板上一些加密了的芯片的解密、PCB原理图的反推、BOM清单的制作、PCB设计等技术概念。

PCB原理图的反推

原理图就是由电气符号组成用来分析电路原理的图纸,它在产品调试、维修、改进过程中有着不可或缺的作用。原理图反推与正向设计恰好相反,正向设计是先有原理图设计,再根据原理图进行PCB设计,而PCB反推原理图是指根据现有PCB文件或者PCB实物反向推导出产品的原理图,以方便对产品进行技术解析并协助后期产品样机调试生产或改进升级。

BOM清单制作

在产品反向技术研究与仿制开发过程中,BOM清单的制作及贴片方位图、SMT贴片机用元件坐标图制作都是后期样板焊接、贴片加工、完整样机定型设计与组装生产的必要环节。

BOM(物料清单)是器件物料采购的依据,它记载了产品组成所需的各种元器件、模块以及其他特殊材料。BOM清单的制作最重要的是要求元器件的各种参数测量值精确,因为如果器件参数有误,就可能影响对器件的判断和物料采购的准确性,甚至可能导致项目开发失败。

PCB改板

PCB改板是PCB抄板中的一个相关概念,它是指对提取的PCB文件进行线路调整或重新布局,以实现对原电路板的功能修改,可快速实现产品的更新升级,满足某些客户的个性化需要和特殊应用需求。

PCB设计

在高速设计中,可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最普遍的问题之一。首先了解一下传输线的定义:传输线由两个具有一定长度的导体组成,一个导体用来发送信号,另一个用来接收信号(切记“回路”取代“地”的概念)。在一个多层板中,每一条线路都是传输线的组成部分,邻近的参考平面可作为第二条线路或回路。一条线路成为“性能良好”传输线的关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。

线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值,通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中,传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。

但是,究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最简单的方法是看信号在传输中碰到了什么。当沿着一条具有同样横截面传输线移动时,这类似图1所示的微波传输。假定把1伏特的电压阶梯波加到这条传输线中,如把1伏特的电池连接到传输线的前端(它位于发送线路和回路之间),一旦连接,这个电压波信号沿着该线以光速传播,它的速度通常约为6英寸/纳秒。当然,这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差,它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。图2是该电压信号的传输示意图。

Zen的方法是先“产生信号”,然后沿着这条传输线以6英寸/纳秒的速度传播。第一个0.01纳秒前进了0.06英寸,这时发送线路有多余的正电荷,而回路有多余的负电荷,正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1伏电压差,而这两个导体又组成了一个电容器。

在下一个0.01纳秒中,又要将一段0.06英寸传输线的电压从0调整到1伏特,这必须加一些正电荷到发送线路,而加一些负电荷到接收线路。每移动0.06英寸,必须把更多的正电荷加到发送线路,而把更多的负电荷加到回路。每隔0.01纳秒,必须对传输线路的另外一段进行充电,然后信号开始沿着这一段传播。电荷来自传输线前端的电池,当沿着这条线移动时,就给传输线的连续部分充电,因而在发送线路和回路之间形成了1伏特的电压差。每前进0.01纳秒,就从电池中获得一些电荷(±Q),恒定的时间间隔(±t)内从电池中流出的恒定电量(±Q)就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等,而且正好在信号波的前端,交流电流通过上、下线路组成的电容,结束整个循环过程。

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