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
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歡迎來到我們 PCB 基礎系列第二篇文章。本文將深入探討實現最佳 PCB 設計性能與功能的關鍵設計準則。不論您是電子愛好者、業餘玩家、工程師、學生或業界專業人士，掌握這些準則都能讓您打造出高品質的 PCB 設計。 讓我們與 JLCPCB 一起深入細節！ 元件擺放： 有效的元件擺放對於 PCB 的最佳性能至關重要，它影響訊號完整性、熱管理與可製造性。 討論元件擺放時，請考量與熱源、訊號路徑及連接器的距離等關鍵因素。 強調類比與數位元件分離的重要性，以降低干擾；並指出將高速元件靠近訊號源擺放，可減少訊號衰減。 為降低訊號衰減，應縮短高速元件與訊號源之間的走線長度；較短的走線可減輕寄生元件造成的訊號損失、反射與失真。 將高速元件靠近訊號源擺放，可控制阻抗並降低串擾與雜訊耦合，從而提升訊號品質並降低訊號損壞的風險。 走線佈線： 正確的走線佈線對訊號完整性、EMI/EMC 合規性及阻抗控制至關重要。 為保持訊號完整性，必須透過正確的走線佈線技術將訊號反射降至最低。訊號反射會在傳輸線阻抗突然變化時發生，導致訊號部分反射，進而造成訊號劣化與時序錯誤。若要減少反射，應使用受控阻抗走線，使傳輸線阻抗與源端及負載匹配......
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