在设计用于原型制作的 PCB 时，缺乏知识也可能是一个问题。例如，不了解与您的合同制造商 (CM) 的设备能力相一致的制造设计 (DFM) 规则和指南可能会导致看似无休止的反复来回，然后才能实现可制造设计并获得准确的报价。相反，了解您的电路板的构建方式使您能够进行设计以简化制造。让我们看一下可供您使用的 PCB 原型设计和制造工艺选项，以及如何设计以促进它们的成功执行。 

 

为什么 PCB 原型设计很重要？

通过首先明确定义电路板开发过程，最好理解 PCB 原型设计的本质，如下所示。

 

印制电路板开发迭代流程图

 

PCBA开发周期

 

如上所示，开发电路板通常是循环的，并且由多次迭代组成。每次迭代都由设计、构建和测试阶段组成，目的是提高设计质量。这种不断修改电路板直到所有错误都得到纠正并达到所需质量的技术称为 PCB 原型制作。  

 

PCB原型制作过程中制造的作用

开发的构建阶段是构建设计的物理体现的地方。在原型设计周期的每次迭代中，都会构建或制造新的电路板。然后测试每个新板或一组板。在原型设计期间，测试主要是为了验证功能和操作。 

 

 

裸板PCB

 

制造PCB

 

制造过程将产生一个 PCB 或裸板，如上所示，其中没有连接任何元件。尽管如此，电子元件放置或封装的位置以及相应的焊盘都已布局。随后，使用通孔焊接、表面贴装技术 (SMT)或两者的组合将组件连接到电路板，以产生最终的 PCB 组件 (PCBA)，准备好进行测试。根据电路板的复杂性和 CM 的制造，这个过程可能需要数天甚至数周才能产生原型。 

 

为了提高整体开发速度，出现了采用增材制造的快速原型技术。这些增材制造制造工艺能够在不到一天的时间内构建原型。如下所述，有许多选项可用于您的 PCB 原型设计。 

 

使用增材制造方法构建 PCB 原型

增材制造通常与 3D 打印互换使用，3D 打印是一种通过连续添加材料层来制造物体的方法。这种方法为工程师和电路板设计人员提供了在他们的办公桌上制造单个或少量 PCB 原型的便利。

 

3D 打印机和计算机展示了一个小地球的创建

 

PCB 原型设计和制造设备触手可及

 

让我们来看看一些用于 PCB 原型设计和制造的增材制造技术。  

 

如何使用熔融沉积建模制造电路板 

顾名思义，熔融沉积建模 (FDM) 通过堆叠层并将它们融合在一起来创建对象。每层通常由可通过加热和冷却过程融合的热塑性塑料组成，如下所示：
 

FDM 材料

 

丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）

 

聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)

 

聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PETG)

 

热塑性聚氨酯 (TPU)

 

PCB 原型可以通过将 FDM 与立体光刻 (SLA)、激光直写 (LDW)和其他工艺相结合来添加导电材料和嵌入式组件来创建。 

 

阅读本文以获取有关熔融沉积建模过程的更多说明。 

 

PCB原型制作的SLS技术

选择性激光烧结 (SLS) 是使用激光制造尼龙或聚酰胺零件的动力床融合技术之一。该过程从粉状物质开始，然后将其加热以形成不同的形状而无需液化。 

 

可以在此处找到有关电子制造中选择性激光烧结工艺的更多信息。

 

全自动增材 PCB 原型制作

快速成型技术的优点之一是制造所需的设备或机械的最小化。通常，只需要一台机器，例如 3D 打印机，并且不需要用于传统 PCB 制造的工具设备，例如车床或钻头。表现出这种缺乏工具以及计算机模型和最终产品之间没有人为干预的过程是固体自由成型制造或 SFF 的例子。 

 

您可以在此处了解实体自由形状制造的目标设计。

 

除了上面讨论的增材工艺，还有用于 PCB 原型制造的增材减材制造技术。 

 

PCB制造的增减制造工艺

与增材制造相反的是减材制造，通过从较大的固体中去除或切除多余的材料来制造物体或产品。当需要这两种技术时，该过程是加减法，它也用于制造 PCB 原型，如下所述。  

 

通过层压对象制造构建 PCB 层

另一种快速成型技术是层压物体制造 (LOM)。LOM 过程类似于上一节中讨论的方法，因为对象构造包括添加连续层的自下而上过程。然而，可能是纸、塑料甚至金属的层通常被粘合在一起，并且最终产品是通过使用刀或激光工具切割掉多余的材料来形成的。 

 

在这里，您可以找到有关层压物体制造的更多信息。 

 

如何优化 PCB 叠层和布局制造

尽管快速原型技术的使用正在扩大，但到目前为止，大多数PCB都是采用加减法制造的。PCB 叠层（示例如下所示）是通过添加连续层并使用粘合剂固定它们来构建的，就像 LOM 所做的那样。 

 

Allegro 横截面编辑器

 

使用 Allegro 进行 PCB 叠层设计

 

如上图所示，有几个导体层。除非导体层是实心平面，否则必须蚀刻掉多余的铜以创建表面的走线和元件焊盘。这种铜的去除，再加上未重新填充的孔的钻孔，例如通孔和安装孔，是一种减材制造工艺。 

 

其他 PCB 原型设计注意事项

在几乎所有情况下，制造都会产生没有组件的 PCB 或电路板。因此，需要组件连接或组装来完成原型。如前所述，在嵌入组件以进行快速原型设计方面取得了一些进展。 

 

此外，还开发了一种新的增材制造制造技术，可以在制造过程中嵌入某些类型的组件。虽然没有普及，但这种技术和其他技术正在普及。一个增减制造示例是柔性组件 (CIF)，它旨在通过在内部层上嵌入组件来最大限度地利用内部电路板空间。所有这些 PCB 原型制造方法的一个共同点是，它们要求您拥有适当的设计工具，以实现最佳工艺便利。 

 

用于 PCB 原型设计和制造的设计工具

并非所有 PCB 设计软件都具有促进使用增材制造工艺的功能。例如，这些方法要求您设计一个 3D 模型，如下所示，并将其导出为您的制造设备可以使用的格式。 

 

多层 PCB 侧面剖面图的 3D 渲染

 

制造的 PCB 原型的 3D 检测

 

与当代 PCBA 原型制造过程相比，在组装过程中可以进行返工以纠正错误，而 3D 打印电子产品不适合维修。因此，应在设计期间纠正消除可能导致制造错误的潜在问题的能力。如果您有以下设计工具，这是最好的实现。

 

PCB原型制造设计工具

 

设计内分析

 

在设计时检查和更正的能力是一个主要优势。当与您的 CM 的规则和指南相结合时，可以进行实时制造设计 (DFM) 验证，从而实现更快的设计并减少或消除制造延迟和后续的重新设计。

 

 综合约束管理

 

大多数 PCB 设计包都包含一定程度的设计规则检查 (DRC)。然而，对于快速 PCB 原型制作，规格和尺寸的准确性至关重要。并且，稳健的约束管理是必要的。      

 

 设计可制造性

 

PCB 原型制作过程的最终衡量标准是它是否支持和帮助可制造性。这包括 3D 文件格式导出和设计签核等功能，以与您的规格进行比较。 了解可用于 PCB 原型设计和制造的选项，以及最佳设计所需的工具，将帮助您为您的项目做出最佳选择。