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
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