PCB 設計中開關類型的綜合指南
1 分鐘
開關是 PCB 設計中不可或缺的元件，負責控制電路內電流的流動。它們作為機械或電子裝置，可開啟或關閉電路，啟用或停用特定功能。無論您設計的是消費性電子裝置、工業機器還是醫療儀器，選擇合適的開關類型對於產品的功能、可靠性與使用者體驗都至關重要。本指南將探討 PCB 設計中常用的各種開關類型，以及它們與 PCB 開關的差異。
什麼是 PCB 開關？
這些獨特的開關利用印刷電路板作為使其運作的特殊電路。取得 PCB 開關最簡單的例子就是電視遙控器。當我們談論 PCB 開關時，指的是控制電流通路的零件，透過連接或斷開該通路來運作。就像一座橋樑——當開關開啟時，它連接橋樑通路讓電流流動；關閉時則抬起橋樑斷開通路，電流便無法流動。
PCB 開關採用特殊機制，切換電路直接印刷在 PCB 上，按下開關時即連接橋樑讓電流通過。PCB 開關能在裝置中實現簡單的功能與啟動。這些多功能元件與按鈕開關、撥動開關等其他類型結合，可提升可用性與功能性。憑藉其耐用性與可靠性，PCB 開關亦能在各產業的裝置中提供順暢操作並改善使用者體驗。
PCB 開關的運作原理：
雖然市面上還有其他類型的電子開關，但在某些設計中 PCB 開關
塗層指的是銅質 PCB 上的黑色部分，負責確保開關的良好連接。這是一種低電阻碳材料，用於橋接 PCB 之間的間隙。按壓機構也使用相同碳材，當兩者接觸時橋樑連接，電流便開始流動。
這些連接可由銅等高導電材料製成，以提供較低的電阻。但在按壓機構中則需使用導電層。例如您可以選擇鍍金 PCB 開關，其表面鍍有一層金。
如何設計 PCB 開關？
製作 PCB 開關需要一台電腦與設計軟體（如 Eagle、Altium 或 EasyEDA）、PCB 製造服務，以及電阻、電容與電池等必要電子元件。以下為製作專屬 PCB 開關的步驟：
步驟 1：定義需求
首先說明 PCB 開關的用途。確定應用的電壓與電流需求，確保開關能夠承受電氣負載。
步驟 2：設計封裝與符號
符號：符號應代表開關的電氣功能。通常包含連接至 PCB 的接腳，以及開關行為的表示（例如常開或常閉）。清楚標示每個接腳，並確保與封裝的接腳配置相符。
封裝：通常我們先查閱製造商的資料表確認開關尺寸。在此根據步驟 1 定義的尺寸需求規劃封裝。確保開關周圍與走線之間有足夠間隙。
步驟 3：規劃 PCB 佈局與走線
建立可容納開關與相關元件的 PCB 佈局。使用 PCB 設計軟體繪製電路走線、元件擺放與連接點。確保開關周圍有足夠空間以便操作。測量所選開關的長、寬、高尺寸，這些測量值對於製作正確的 PCB 開口與設計開關的外殼或護蓋至關重要。注意走線寬度與間距，確保適當的電流承載能力並避免訊號干擾。盡量讓走線保持最短且最直接。
步驟 4：建立開口與安裝孔
在 PCB 設計中加入開關開口與安裝孔。這些功能可讓開關穩固安裝於 PCB 上。再次確認尺寸以確保正確配合。
步驟 5：加入支援元件
在開關周圍整合任何必要元件，例如電阻、電容或 LED。確保這些元件能輔助開關功能並符合設計規格。
步驟 6：驗證連接與電路
繼續進行前，使用 PCB 設計軟體驗證電路連接並檢查佈局是否有錯誤。此步驟有助於避免製造或測試時可能發生的問題。
步驟 7：完成設計與生產
根據測試結果進行任何變更並微調 PCB 開關設計。對原型滿意後，完成設計並準備生產檔案。選擇可靠的 PCB 製造服務並提交設計檔案進行生產。
電路設計中其他主要開關類型
1. 觸感開關
觸感開關常用於消費性電子產品，特別是智慧型手機、遙控器與鍵盤等手持裝置。這些開關按下時會有明顯的「咔嗒」觸感，向使用者提供開關已啟動的回饋。觸感開關體積小、可靠且成本低廉，非常適合大量生產與精簡設計，應用於穿戴式裝置與遙控設備。
主要特點：
- 低高度
- 觸感回饋
- 精巧尺寸
2. 按鈕開關
按鈕開關是最常見的開關類型之一，從計算機到機械控制面板都可見其蹤影。這些開關可為瞬時型或閂鎖型：瞬時型按下後會恢復原狀，閂鎖型則維持新狀態直到再次按下。常用作裝置的電源按鈕與控制面板。
主要特點：
- 機構簡單
- 可選瞬時或閂鎖
- 易於整合
3. 滑動開關
滑動開關透過來回移動接點來開啟或關閉電路。這些開關經久耐用，可用於需要簡單手動操作來切換狀態的各種裝置，主要應用於音訊設備與裝置的模式選擇。
主要特點：
- 可靠的機械操作
- 多段位置（如開/關/自動）
- 耐用且易用
4. DIP 開關
雙列直插封裝（DIP）開關是由多個小型開關組成的系列，用於設定裝置的組態或選項。無需重新編程或修改 PCB，DIP 開關即可手動變更組態。這些開關常見於較舊的電子產品以及需要快速重新組態的現代裝置，應用於數位裝置組態與網路設備位址設定。
主要特點：
- 可組態
- 無需軟體或重新編程
- 簡單變更設定
5. 旋轉開關
旋轉開關讓使用者透過旋轉旋鈕選擇不同位置，每個位置連接不同的電路路徑，使其成為需要多種模式或輸出應用的多功能選擇。常見於多模式裝置與音訊設備。
主要特點：
- 多段可選位置
- 精確控制
- 堅固耐用
6. 撥動開關
撥動開關因其可靠性與簡單性而被廣泛使用。它們具有可於兩個或多個位置之間翻轉的槓桿，以開啟或關閉電路。常用於需要簡單手動控制功能的應用，在汽車系統與消費性家電中需求極大。
主要特點：
- 操作簡便
- 多段位置
- 高耐用性
7. 旋轉編碼器
雖然技術上不算開關，旋轉編碼器仍用於許多電子產品的精確控制。它們將轉軸的角位置轉換為數位或類比訊號，非常適合需要精細調整的裝置，主要應用於音訊/視訊控制系統與使用者介面設計。
主要特點：
- 精確旋轉偵測
- 無限旋轉能力
- 數位與類比輸出選項
結論
開關在決定 PCB 設計的功能性與可用性方面扮演關鍵角色。印刷電路板開關在電路板的設計與操作中日益重要。因此，身為電路板設計者，務必考量本文所探討的 PCB 開關面向。您可依專案需求選擇合適的開關，確保設計高效、可靠且友善易用。
持續學習
階層式設計：讓複雜 PCB 專案更易於管理
重點摘要 階層式設計能將複雜 PCB 專案，從難以管理的單頁原理圖噩夢，轉化為組織清楚、模組化且易於管理的系統。透過將大型原理圖拆分為具備清楚介面的功能區塊，工程師可以大幅改善組織性、減少錯誤、提升重用性，並讓團隊協作更加順暢。這種方法不僅能簡化除錯與佈局，也能帶來更好的 DFM 結果與更快上市時程，因此已成為現代複雜 PCB 設計的首選方法。 您是否曾經拿到一份把 300 個 元件 塞在同一頁上的原理圖，並忍不住想說：「這也太糟了吧」？網路線到處亂跑、標籤幾乎難以辨識，電源區塊還被高速訊號包圍。如果這聽起來很熟悉，那麼階層式設計正是您一直在找的方法。隨著電路板變得越來越複雜，把所有內容畫在一張巨大圖頁上的做法已經不再可行。現代產品會在同一片 PCB 上整合處理器、電源管理、RF 前端，以及數十種介面。 如果試圖用單一平面視圖處理所有內容，就等於是在要求錯誤、遺失連線，以及非常漫長的除錯流程發生。本文將拆解階層式設計的概念與特性、它的優點，以及必須遵守的核心規則。我們也會說明如何將階層式專案從原理圖推進到製造，以及 JLCPCB 這類製造商在其中扮演的角色。 了解 PCB 專案中的階層式設計 什麼......
為什麼乾淨的 PCB 網表是成功製造的基礎
重點摘要 乾淨的 PCB 網表是成功製造的基礎，它是連接原理圖與實體 PCB 佈局的單一事實來源。透過確保元件資料、網路連接與版本控制的準確性，網表可避免高成本錯誤、提升良率，並實現可靠生產。掌握 IPC-D-356 網表最佳實務，可幫助工程師降低風險，並透過 JLCPCB 獲得高品質成果。 您是否曾好奇，精心繪製的原理圖與製造完成電路板上的真實銅箔走線之間，究竟是如何連結的？答案就是 PCB 網表。它是一個簡單的文字檔，包含設計中的所有電氣藍圖。否則，原理圖只是一張您正在設計內容的圖，而佈局也只會是幾何圖形。 在您的電路中，每一個電氣連接都應有一個單一事實來源：網表。它用來告訴佈局工具哪些腳位連到哪些網路、有哪些元件，以及它們彼此之間的關係。在本文中，我們將探討網表的意義、網表應包含哪些內容，以及即使是經驗豐富的工程師，在處理網表時也可能犯下的常見錯誤。 原理圖設計與實體佈局之間的橋樑 基本上，PCB 網表是一個 ASCII 文字檔，包含電路中的所有電氣連接，但不包含圖形資料。您可以把它視為一個抽象層級。原理圖代表設計意圖，由符號與連線組成。您的PCB 佈局則以焊盤、走線與導孔呈現實體現實。網表......
為什麼導孔縱橫比對可靠的 PCB 製造至關重要
PCB 通孔 (Via) 長寬比基礎 你是否曾收到 PCB 批次，回流或熱循環後出現間歇性斷路？問題通常出在一個不受重視的參數：通孔長寬比 (Aspect Ratio)。它是板厚與鑽孔直徑的比值，直接決定電鍍通孔的可靠性。比例過高時，電鍍化學無法在孔深處沉積足夠銅，造成薄層、氣孔，甚至裂紋。 通孔長寬比定義與計算 通孔長寬比 = 板厚 / 鑽孔直徑（機械鑽孔直徑）。單位通常為毫米 (mm)。電鍍後孔徑會減少約 2 倍銅厚。 範例： 標準 2 層板：1.6 mm 厚板，0.3 mm 鑽孔 → 1.6 / 0.3 = 5.3:1 4 層板小孔：1.6 mm 板，0.2 mm 鑽孔 → 1.6 / 0.2 = 8:1 厚多層板：2.4 mm 板，0.2 mm 鑽孔 → 2.4 / 0.2 = 12:1，超過標準製程能力 長寬比對電鍍品質的影響 長寬比過高會造成： 孔壁中心銅層過薄 → 電氣弱點 氣孔與夾雜物 → 導電降低，熱循環時應力集中 孔壁裂紋 → 回流或熱循環時 Z 軸膨脹導致裂紋 標準指南與限制 通孔類型 典型長寬比範圍 板材背景 備註 標準通孔 6:1 – 8:1 2-6 層 FR4，1.6 ......
光電二極體與光電晶體的差異
兩個世紀以來，光敏元件已被廣泛應用，主要用於無線應用。從自動路燈到您的電視遙控器。光電二極體和光電晶體管是實現此功能的兩種最受歡迎的元件。這裡的主要原理是將光能轉換為電信號，然後處理這些電信號以採取進一步行動。然而，光電二極體和光電晶體管的操作過程、信號類型和應用有顯著差異。了解這些差異可以幫助您為您的電子設計選擇合適的元件。 什麼是光電二極體？ 光電二極體是一種半導體電子元件，當光線照射到預先封裝的矽、砷化鎵、砷化銦鎵、碳化矽或其他半導體晶圓的背面或正面時，會產生電荷（基於電子和電洞對）。光電二極體本質上是一個 PN 接面二極體，但以逆向偏壓操作。當施加逆向偏壓時，會形成一個空乏區。當光線照射到接面時，所產生的電子和電洞對被稱為光電流。 光電二極體的電路符號 （指向二極體的箭頭表示入射光。） 結構 光電二極體是一個單一的 PN 接面。它由半導體材料組成，例如用於可見光和近紅外應用的矽 (Si)，或用於紅外應用的砷化鎵 (GaAs)。 工作原理： 光電二極體主要在逆向偏壓下工作。在逆向偏壓下，空乏區擴大，更多由光感應產生的載流子有機會支持電流。操作有兩種模式： 光伏模式（無外部電源） 當光電二極體......
印刷電路板上空白區域鋪銅的重要性
在 PCB 設計中，過多的空白區域沒有銅箔會對製造和最終產品的品質產生負面影響。放置銅箔填充意味著用平面銅填充 PCB 上未使用的空間。這是 PCB 設計的重要一環，所有主要的 PCB 設計軟體都能自動放置銅箔填充。銅箔填充有助於建立 EMC，因為它能降低接地阻抗、透過減少電壓降來提高電源效率，並透過縮小迴路面積來減輕 EMI。 JLCPCB 擁有五座自營的智慧生產基地，並一直使用業界領先的設備和原材料來生產高品質 PCB。JLCPCB 對 PCB 的所有生產環節都有卓越的控制。在本文中，我們將一窺 JLCPCB 工廠，探討 PCB 如何進行電鍍和蝕刻，並了解為什麼在未使用的板面區域進行銅箔填充很重要，以及使用銅箔填充時需要注意的事項。 您可能會問：將未使用的區域留白難道不會因為使用較少的銅而節省成本嗎？答案是：會，但在空白區域保留銅對品質和良率有好處，而這些更為重要。 未使用的區域留白 未使用的區域以銅箔填充 外層銅箔填充：雙層與多層板 一旦乾膜被應用到板子上後，它們會被放入電鍍液中，使用固定電流進行電鍍。 已完成圖像轉移的 PCB 準備進行電鍍 未被乾膜覆蓋的裸露銅面，在電流的作用下，會因溶液......
使用 Raspberry Pi 與 PCB 設計探索物聯網應用
物聯網（IoT）正在影響我們與科技互動的方式。它指的是一個由實體裝置、車輛、家用電器和其他嵌入電子元件、軟體、感測器和連線功能的物品所組成的網路，使這些物件能夠連接並交換資料。由於其靈活性和低成本，Raspberry Pi 這種小巧且價格實惠的電腦，已成為物聯網應用的熱門選擇。在本文中，我們將探討如何將 Raspberry Pi 和 PCB 設計結合使用，以創造創新的物聯網應用。 物聯網應用的一個重要面向是連接裝置所有元件的電路板設計。在規劃階段，必須定義物聯網裝置、選擇感測器和致動器、確立電源需求，以及選定通訊協定。設計人員若能遵循物聯網應用的最佳 PCB 設計指南，就能確保其裝置安全、可行且值得信賴。 遠端監控和先進的動物追蹤、非接觸式體溫監測和天氣狀況追蹤偵察，以及自動化灌溉系統，僅是 Raspberry Pi 可應用於眾多物聯網（IoT）項目中的一小部分。 由於其低成本、體積小和低功耗的特性，使其成為製作易於設定和維護的物聯網裝置的絕佳選擇。設計人員可以透過將 Raspberry Pi 與 PCB 設計相結合，來創建滿足其專案特定需求的客製化解決方案。 Raspberry Pi 與 PCB......