PCB 電路板設計：初學者逐步指南
1 分鐘
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
PCB 基礎 2：設計準則
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......
理解阻抗及其在 PCB 設計中的角色
阻抗是電機工程與電路設計中的基本概念。今天我們將概述阻抗，說明阻抗公式，介紹阻抗計算器等工具，並解釋阻抗如何影響 PCB 設計中的焊劑與元件選擇等因素。 什麼是阻抗？ 阻抗（Z）代表交流電路中對電流流動的總阻礙，由電阻（R）與電抗（X）組成。電阻直接阻礙電流，電抗則儲存與釋放能量，兩者共同於交流系統中阻礙電流。 阻抗公式為： Z = R + jX 其中： R 為電阻分量 X 為電抗分量 j 為虛數單位 電阻為固定值，電抗則隨電容與電感的頻率而變，因此交流電路中的阻抗與頻率相關。阻抗計算器可根據給定頻率下的 R 與 X 值計算阻抗。 阻抗公式顯示阻抗具有大小與相位兩部分。大小（|Z|）計算如下： |Z| = √(R² + X²) 相位角（θ）為： θ = arctan(X/R) 此電壓與電流間的相位關係在交流供電系統中十分重要，變壓器與馬達等元件需正確的相位角，相位亦會影響功率因數，因此大小與相位皆為阻抗的關鍵考量。 集膚效應 在高頻下，交流電傾向於主要沿導體外表面流動，這一現象稱為集膚效應，使電子宛如在表面附近起舞，導致有效電阻增加，因電流被限制在靠近表面的較小截面積內。 集膚效應源於導線電感產生......
關於 PCB 絲網印刷你應該知道的事
印刷電路板（PCB）表面的印刷文字、符號、標記與圖像層，稱為 PCB 絲印。作為 PCB 製程的一環，它將特定油墨或類似油墨的物質印刷在 PCB 表面，以提供元件位置、組裝指示與識別資訊。 在接下來的章節中，我們將更詳細說明絲印於 PCB 的優點，同時介紹三種製作絲印的方法及其各自的優缺點。 PCB 絲印印在電路層與防焊層之上，亦稱為元件面或頂面。特別的是，我們可在絲印層加入各種資訊，包括警告標誌、組裝指示、企業或品牌標誌、元件名稱、標記等。 完成防焊層與電路層後，我們在生產流程的後段進行 PCB 絲網印刷。利用細網版或模板將絲印油墨塗佈於 PCB 表面，以產生標記與資訊。為了在 PCB 背景上提供良好可視性，通常使用黑白等對比色作為絲印油墨。 · 採用絲印 PCB 列印的優點 人們選擇在 PCB 上進行絲印印刷主要有 7 個原因： 1. 元件識別 2. 組裝指引 3. 電路理解 4. 品牌與標誌擺放 5. 美觀 6. 合規與認證 7. 文件與參考 以元件識別為例，絲印透過印刷提供視覺指引，讓人快速辨認JLCPCB 元件。在實際應用中，它能作為不同元件的標誌、名稱或標籤。組裝、測試或維修時，這些識......
選擇最佳 PCB 色彩——提升美觀與功能性
您想設計一款兼具卓越性能與美觀外觀的電子裝置嗎？PCB 防焊層的顏色在實現美學與功能性方面扮演著重要角色。您選擇的 PCB 防焊層顏色能展現電子裝置的獨特風格。不論是鮮豔的紅色、時尚的黑色，還是經典的綠色，顏色都能為設計定調。它能吸引目光、營造良好的第一印象，並提升整體產品體驗。選擇防焊層顏色時，務必考量目標客群、品牌形象與產品設計美學等因素，以打造視覺上吸引人的裝置。 由 JLCPCB 製造的 PCB PCB 顏色種類 常見顏色包括綠色、藍色、紅色、黑色、白色、紫色與黃色。 綠色 PCB 綠色是電路板最常見的顏色，尤其在傳統 FR-4 玻璃纖維板上。綠色 PCB 具備優異的可視性與對比度，讓人眼更容易辨識電路路徑與元件。它們通常具有良好的耐熱與耐濕性，且生產成本相對較低。 藍色 PCB 在特定工業與通訊領域較為常見。藍色具有良好的對比度，便於辨識元件與線路。 缺點： 1. 由於藍色 PCB 的產量不如綠色 PCB 高，小批量生產時價格可能略高。 2. 雖然藍色提供良好對比度，但在較暗環境中檢查焊點可能不如綠色 PCB 容易。 黃色 PCB 黃色 PCB 通常具備優異的散熱性能，有助於熱量逸散。這......
發光二極體（LED）
發光二極體（LED）已成為現代電子產品的基石，從家用照明到複雜的工業系統皆可見其身影。將 LED 整合進印刷電路板（PCB）對各種應用至關重要，可提供高效、多功能且可靠的照明解決方案。本文探討 LED 的基本原理、歷史、類型、應用，以及在設計含 LED 的 PCB 時的關鍵考量。 什麼是 LED？ LED 是一種半導體元件，當電流通過時會發光。與傳統白熾燈泡不同，LED 無需加熱燈絲來產生光，而是利用電致發光：電子與電洞在元件內部復合，以光子形式釋放能量。這種方式讓 LED 更高效且發熱更少。 LED 的歷史 電致發光的概念最早由 Marconi Labs 的 H.J. Round 於 1907 年發現。然而，直到 1962 年，Nick Holonyak Jr. 在通用電氣工作時才開發出第一顆實用的可見光 LED。初期 LED 僅有紅色，經過數十年進展，已擴展至綠、藍、白光 LED，為廣泛應用鋪路。 LED 的類型 1. 標準 LED： 常見於指示燈與顯示器，提供多種顏色與尺寸。 2. 高亮度 LED： 用於需要更強光的應用，如手電筒與車用照明。 3. RGB LED： 透過紅、綠、藍光混合產生......
在 PCB 設計中使用 ISP 燒錄埠的重要性
在 PCB 設計領域，優化空間與降低成本始終是首要任務。將 In-System Programming（ISP）連接埠直接整合到 PCB 上，是達成這些目標的有效方法之一。ISP 連接埠可在無須常駐燒錄元件的情況下，直接對板上的微控制器或其他可程式化裝置進行燒錄。本文將說明在 PCB 設計中使用 ISP 燒錄連接埠的重要性，並探討其如何節省成本與縮小板面積。 什麼是 ISP 燒錄連接埠？ ISP（In-System Programming）連接埠是一組位於 PCB 上的引腳，可直接在板上對微控制器及其他可程式化裝置進行燒錄。這種方式無須在初次燒錄後仍將專用燒錄硬體留在 PCB 上。ISP 連接埠通常採用標準引腳排列，可與多種燒錄工具相容。 ISP 燒錄連接埠範例 使用 ISP 燒錄連接埠的優點 1. 節省成本：透過 ISP 連接埠，可省去專用燒錄連接器及相關元件，降低整體 BOM（物料清單）成本。 2. 縮小板面積：移除常駐燒錄元件後，可釋放寶貴的 PCB 空間，實現更緊湊的設計。 3. 彈性高：ISP 連接埠提供彈性的燒錄與除錯方案，便於在開發過程中更新韌體或進行修改。 4. 簡化設計：導入 I......