PCB 電路板設計：初學者逐步指南
1 分鐘
- 印刷電路板設計步驟：
- 使用 EasyEDA 的優勢：
- 結語：
印刷電路板（PCB）是大多數現代電子設備的骨幹，提供連接電子元件的平台。對初學者來說，PCB 設計可能看似複雜，但只要方法正確，就能成為一項可掌控且回報豐厚的任務。本指南將帶你一步步完成 PCB 設計流程，從規劃到最終檢查。
今天，我們以鋰離子電池充電模組為例，走完整個設計流程。TP4056 是最常見的充電模組之一，因此為它打造「第二代」會是件很棒的事。為了提高電流額定值，我們將晶片換成新的 IP2312，同時保持與 TP4056 相同的 PCB 尺寸，使其具備高達 3 A 的驅動能力。若要觀看完整教學 ，請參考這篇文章。
印刷電路板設計步驟：
步驟 1：了解電路需求
在進入設計軟體之前，先清楚掌握你想打造的電路。先在紙上或使用 KiCad、Eagle 或 EasyEDA 等軟體繪製草圖。納入所有必要元件，如電阻、電容、微控制器與連接器，並確保各元件正確連接以實現功能。通常電路設計從紙筆開始，靈感源自現實問題；在我們的案例中，問題就是 TP4056 充電時間過長。
步驟 2：選擇 PCB 設計軟體
對初學者而言，介面友善的 PCB 設計軟體至關重要。常見選擇包括 KiCad、Eagle 與 EasyEDA。這些工具可讓你繪製線路圖、擺放元件並設計連接走線，還內建標準元件庫以簡化流程。為了簡化流程，我們使用EasyEDA ，因其擁有龐大的線上資料庫與元件庫。
步驟 3：建立線路圖
選定軟體後，先建立線路圖。線路圖是電氣連接的藍圖，顯示元件如何相連。可參考 IC 的資料手冊，將所有元件依其建議排列，完成 PCB 線路圖。
有時需依使用情境更換元件值或類型，某些元件也有許多替代方案。上方為 IP2312 充電模組的線路圖範例，電路被劃分為不同區塊，以提升可讀性並縮短研發時間。
步驟 4：定義 PCB 佈局
完成線路圖後，下一步是定義 PCB 的實體佈局，包含以下步驟：
- 設定板子尺寸。
- 邏輯性地擺放元件，以最短走線長度並優化性能。
- 確保 LED、連接器等有方向性的元件正確對齊。
- 避免元件重疊，並預留足夠的焊接間隙。
在我們的設計中，所有元件彼此靠近以縮短走線長度。由於採用與 TP4056 相同的極小尺寸，並將 IP2312 封裝進去，元件擺放方向對佈線至關重要。
步驟 5：佈線
接下來是將元件以走線相連。走線是承載電信號的銅路徑，請遵循以下準則：
- 走線盡量短，以降低電阻與干擾。
- 謹慎佈置電源與接地走線，並加寬以提升性能。
- 注意設計規則（如走線間距），避免短路。
- 多層板必要時可用導孔連接不同層的走線。
- 留意走線的電流額定與功耗因子。
PCB 走線電流額定可用線上工具計算，務必符合設計規則。可啟用自動佈線以縮短開發時間，但可靠度可能不如手動佈線。
步驟 6：加入電源層與接地層
對大多數 PCB，尤其是大電流應用，添加電源層與接地層至關重要。電源層可均勻供電，接地層則降低電氣雜訊，兩者通常為覆蓋整層的實心銅區。
由於本設計為雙面板，我們在兩面都鋪設接地層以降低輸入電壓雜訊。該層為純銅灌注，並與 GND 走線相連。
步驟 7：放置絲印與其他標記
加入絲印標籤以標示元件代號、腳位、商標或法規圖示。絲印層對組裝與除錯至關重要，可幫助識別元件及其位置，確保不與焊墊或走線重疊。詳情請參閱我們關於 PCB 絲印的完整文章。
步驟 8：執行設計規則檢查（DRC）
定稿前，執行設計規則檢查（DRC）以捕捉間距錯誤或未連接走線等問題。大多數 PCB 設計軟體均內建 DRC 工具，可確保設計符合製造商規範且無錯誤。
步驟 9：產生 Gerber 檔案
設計完成並驗證後，需匯出 Gerber 檔案。這些檔案包含製造商生產 PCB 所需的資訊，每層（如銅層、絲印、防焊層）都會獨立呈現。
使用 EasyEDA 的優勢：
EasyEDA 是電子工程師、Maker 與學生的多功能工具，可快速完成電路設計、測試與驗證。其友善介面與獨特功能廣受歡迎。
- 與其他工具整合： EasyEDA 支援 Altium、Eagle、KiCad 等多種檔案格式，匯入/匯出無縫接軌，並可與 Dropbox、Google Drive 等雲端平台整合，方便專案分享與備份。
- 低成本： EasyEDA 免費即可處理小型專案，進階功能亦有實惠的付費方案。
- 3D 視覺化： 即時 3D 檢視功能可協助確認元件擺放並及早發現潛在設計問題。
- 線路圖擷取與 PCB 設計： 同一平台即可完成線路圖與 PCB 設計，支援匯入既有設計或從零開始。
- 龐大元件庫： EasyEDA 提供電阻、電容、電晶體、IC 等豐富元件，使用者亦可自建或匯入自訂元件。
結語：
取得 Gerber 檔案後，即可提交給 PCB 製造商。許多廠商提供線上報價工具，上傳檔案、選擇板材規格（如材質與厚度）後即可下單。
PCB 設計乍看令人卻步，但跟隨上述步驟，即使初學者也能做出功能完善且設計良好的電路板。熟能生巧，日後你將能優化佈局、降低雜訊並產出高品質設計。設計愉快！
持續學習
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......
PCB拼板設計關鍵技術：從原型到量產的工藝規範
在PCB量產階段，拼板設計爲必需工藝環節，其核心目標是適配自動化生產線的物理約束與加工要求，保障生產連續性與良率穩定性。 一、拼板設計的量產必要性 PCB拼板（Panelization）的核心作用，在於適配自動化生產設備的機械約束。若無合規拼板設計，微型或異形單板難以完成SMT全製程。 1. 適配機械傳輸需求 SMT生產線導軌具有固定夾持尺寸，小規格單板無法被穩定抓取。增設工藝邊可使微型單板順利通過傳輸、貼片、迴流焊等全工序。 2. 優化生產效率 貼片機換線、對位存在固定耗時，採用多聯拼板（Array）可單次完成多片PCB加工，有效減少設備空轉時間，提升單位時間產能。 3. 強化元器件防護 邊緣含懸空器件或外形不規則的異形PCB，拼板結構可提供機械支撐，降低迴流焊高溫環境下的翹曲與變形風險。 二、V-Cut分板工藝：應用特性與適用範圍 V-Cut爲當前主流拼板分板工藝，通過在PCB上下表面加工V型槽，保留約1/3板厚實現單板連接。 1. 核心設計參數 剩餘連接厚度：常規取值0.3mm~0.5mm。厚度過大易導致分板困難，過小則焊接過程中易發生斷裂。 禁布區域：元器件中心與V-Cut線間距需≥2mm......
去耦電容 vs 旁路電容：有什麼差別
在現代電子電路中，電容器的兩大核心用途是儲存能量與調節訊號。在直流或低頻環境下，電容器形同開路，主要負責去耦合——穩定電源並濾除電壓變動；在高頻（交流）環境下，其阻抗降低，可充當旁路電容，將雜訊與不需要的訊號導向接地。 簡言之，電容器不是用於去耦合就是旁路——兩者聽來相近，實則角色截然不同。本文將拆解旁路與去耦合電容的差異，並說明兩者在電子設計中的關鍵性。 什麼是旁路電容？ 旁路電容可將高頻雜訊從電路的特定位置導走，通常用於把電源線上的輸入雜訊接地，藉此「避開」雜訊，保護敏感元件。實務上我們會並聯兩顆不同值的電容來旁路，原因在於：旁路電容需盡量靠近 IC 的電源與接地腳，提供一條低阻抗路徑給交流雜訊。不同容值對應不同頻率的電抗：小容量對高頻更敏感，能更輕鬆地讓高頻通過。主要功能包括： 將高頻交流雜訊短路到地。 在接腳層級保持電源「乾淨」。 最常見的例子是晶體放大器中的射極旁路電容：把不需要的交流電流導離射極電阻，提升交流增益。 什麼是去耦合電容？ 去耦合電容則用於隔離電路的不同級，兼具儲能功能。當電路在快速切換瞬間需要大電流時，它能就近提供能量，避免電壓跌落，穩定供電軌，降低電源漣波。常見於PMI......