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责任编辑:刘昆山

   作为一个初学者,要学会设计PCB板,首先得记住下面这些基础知识,否则很难看懂相关的书记和教程。

  1、“层(Layer) ”的概念

  与字处理或其它许多软件中为实现图、文、色彩等的嵌套与合成而引入的“层”的概念有所同,Protel的“层”不是虚拟的,而是印刷板材料本身实实在在的各铜箔层。现今,由于电子线路的元件密集安装。防干扰和布线等特殊要求,一些较新的电子产品中所用的印刷板不仅有上下两面供走线,在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔,例如,现在的计算机主板所用的印板材料多在4层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层(如软件中的Ground Dever和Power Dever),并常用大面积填充的办法来布线(如软件中的ExternaI P1a11e和Fill)。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用软件中提到的所谓“过孔(Via)”来沟通。有了以上解释,就不难理解“多层焊盘”和“布线层设置”的有关概念了。举个简单的例子,不少人布线完成,到打印出来时方才发现很多连线的终端都没有焊盘,其实这是自己添加器件库时忽略了“层”的概念,没把自己绘制封装的焊盘特性定义为”多层(Mulii一Layer)的缘故。要提醒的是,一旦选定了所用印板的层数,务必关闭那些未被使用的层,免得惹事生非走弯路。   

  2、过孔(Via)   

  为连通各层之间的线路,在各层需要连通的导线的文汇处钻上一个公共孔,这就是过孔。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属,用以连通中间各层需要连通的铜箔,而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状,可直接与上下两面的线路相通,也可不连。一般而言,设计线路时对过孔的处理有以下原则:

  (1)尽量少用过孔,一旦选用了过孔,务必处理好它与周边各实体的间隙,特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙,如果是自动布线,可在“过孔数量最小化” ( Via Minimiz8tion)子菜单里选择“on”项来自动解决。

  (2)需要的载流量越大,所需的过孔尺寸越大,如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。   

  3、丝印层(Overlay)   

  为方便电路的安装和维修等,在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等,例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。不少初学者设计丝印层的有关内容时,只注意文字符号放置得整齐美观,忽略了实际制出的PCB效果。他们设计的印板上,字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊,还有的把元件标号打在相邻元件上,如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是:”不出歧义,见缝插针,美观大方”。  

  4、SMD的特殊性

  Protel封装库内有大量SMD封装,即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。因此,选用这类器件要定义好器件所在面,以免“丢失引脚(Missing Plns)”。另外,这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。  

  5、网格状填充区(External Plane )和填充区(Fill)

  正如两者的名字那样,网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的,填充区仅是完整保留铜箔。初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别,实质上,只要你把图面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的区别,所以使用时更不注意对二者的区分,要强调的是,前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用,适用于需做大面积填充的地方,特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。  

  6、焊盘( Pad)

  焊盘是PCB设计">PCB设计中最常接触也是最重要的概念,但初学者却容易忽视它的选择和修正,在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘,如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等,但有时这还不够用,需要自己编辑。例如,对发热且受力较大、电流较大的焊盘,可自行设计成“泪滴状”,在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中,不少厂家正是采用的这种形式。一般而言,自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外,还要考虑以下原则:  

  (1)形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大;  

  (2)需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍;  

  (3)各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定,原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2- 0.4毫米。   

  7、各类膜(Mask)   

  这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的,而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用,“膜”可分为元件面(或焊接面)助焊膜(TOp or Bottom 和元件面(或焊接面)阻焊膜(TOp or BottomPaste Mask)两类。 顾名思义,助焊膜是涂于焊盘上,提高可焊性能的一层膜,也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反,为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式,要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡,因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料,用于阻止这些部位上锡。可见,这两种膜是一种互补关系。由此讨论,就不难确定菜单中类似“solder Mask En1argement”等项目的设置了。  

  8、飞线,飞线有两重含义:   

  自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线,在通过网络表调入元件并做了初步布局后,用“Show 命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况,不断调整元件的位置使这种交叉最少,以获得最大的自动布线的布通率。这一步很重要,可以说是磨刀不误砍柴功,多花些时间,值!另外,自动布线结束,还有哪些网络尚未布通,也可通过该功能来查找。找出未布通网络之后,可用手工补偿,实在补偿不了就要用到“飞线”的第二层含义,就是在将来的印板上用导线连通这些网络。要交待的是,如果该电路板是大批量自动线生产,可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计.

  9、PCB板层介绍

  TopLayer(顶层)画出来的线条是红色,就是一般双面板的上面一层,单面板就用不倒这层。
  BottomLayer(底层)画出来的线条是蓝色,就是单面板上面的线路这层。
  MidLayer1(中间层1)这个是第一层中间层,好像有30层,一般设计人员用不到,你先不用管他,多面板时候用的。默认在99SE中不显示。也用不到。
  Mechanical Layers(机械层)(紫红色)用于标记尺寸,板子说明,在PCB抄板加工的时候是忽略的,也就是板子做出来是看不出来的。简单点式注释的意思。
  Top Overlay(顶层丝印层)(黄色)就是板子正面的字符,对应TopLayer(顶层)单面板就用到这层字符就可以了,Bottom Overlay(底层丝印层)(褐色)对应BottomLayer(底层)就是板子背面的字符,双面板时候用到以上两层字符。
  KeepOutLayer(禁止布线层)(紫红色同机械层)简单说就是板子的边框,外型。
  Multi layer(多层)(银色)所有布线层都包括,一般单双面的插件焊盘就在这层,花条线条就是所有层都画上了。

  10、PCB板层的作用

  1、TopLayer(顶层)顶层布线层,用来画元件之间的电气连接线。
  2、BottomLayer(底层)底层布线层,作用与顶层布线层。
  3、MidLayer1(中间层1)作用是在制多层板时在此层也会绘制电气连接线,不过多层板成本比较高。
  4、Mechanical Layers(机械层)可用来绘制PCB印制板的外形,及需挖孔部位,也可用来做注释PCB尺寸等,可用来绘制PCB印制板的外形,及需挖孔部位,注意PCB外形,挖空部位和PCB的注释尺寸不要用同一机械层,比如机械层1用来绘制PCB外形及挖空,机械层13用来注释尺寸等,分开后印制板厂家的技术人员会根据此层的东西自己分析是否需要将此层制作出来。
  5、Top Overlay(顶层丝印层)(黄色)就是板子正面的字符,对应TopLayer(顶层)单面板就用到这层字符就可以了,Bottom Overlay(底层丝印层)(褐色)对应BottomLayer(底层)就是板子背面的字符,双面板时候用到以上两层字符。
  6、KeepOutLayer(禁止布线层)作用是绘制禁止布线区域,如果印制板中没有绘制机械层的情况下,印制板厂家的人会以此层来做为PCB外形来处理。如过KEEPOUT LAYER层和机械层都有的情况下,默认是以机械层为PCB外形,但印制板厂家的技术人员会自己去区分,但是区分不出来的情况下他们会默认以机械层当外形层。
  7、Multi layer(多层)(银色)所有布线层都包括,一般单双面的插件焊盘就在这层,花条线条就是所有层都画上了。

  8、Signal Layers(信号层)
  Protel98、Protel99提供了16个信号层:Top(顶层)、Bottom(底层)和Mid1-Mid14(14个中间层)。
  信号层就是用来完成印制电路板铜箔走线的布线层。在设计双面板时,一般只使用Top(顶层)和Bottom(底层)两层,当印制电路板层数超过4层时,就需要使用Mid(中间布线层)。
  9、Internal Planes(内部电源/接地层)
  Protel98、Protel99提供了Plane1-Plane4(4个内部电源/接地层)。内部电源/接地层主要用于4层以上印制电路板作为电源和接地专用布线层,双面板不需要使用。
  10、Mechanical Layers(机械层)
  机械层一般用来绘制印制电路板的边框(边界),通常只需使用一个机械层。有Mech1-Mech4(4个机械层)。
  11、Drkll Layers(钻孔位置层)
  共有2层:“Drill Drawing”和“Drill Guide”。用于绘制钻孔孔径和孔的定位。
  12、Solder Mask(阻焊层)
  共有2层:Top(顶层)和Bottom(底层)。阻焊层上绘制的时印制电路板上的焊盘和过孔周围的保护区域。
  13、Paste Mask(锡膏防护层)
  共有2层:Top(顶层)和Bottom(底层)。锡膏防护层主要用于有表面贴元器件的印制电路板,这时表帖元器件的安装工艺所需要的,无表帖元器件时不需要使用该层。
  14、Silkscreen(丝印层)
  共有2层:Top(顶层)和Bottom(底层)。丝印层主要用于绘制文字说明和图形说明,如元器件的外形轮廓、标号和参数等。
  15、Other(其它层)
  共有8层:“Keep Out(禁止布线层)”、“Multi Layer(多层面,PCB板的所有层)”、“Connect(连接层)”“DRC Error(错误层)”、2个“Visible Grid(可视网格层)”、“Pad Holes(焊盘孔层)”和“Via Holes(过孔孔层)”。

  其中有些层是系统自己使用的,如Visible Grid(可视网格层)就是为了设计者在绘图时便于定位。而Keep Put(禁止布线层)是在自动布线时使用,手工布线不需要使用。
  对于手工绘制双面印制电路板来说,使用最多的是Top Layers(顶层铜箔布线)、Bottom Layers(底层铜箔布线)和Top Silkscreen(顶层丝引层)。每一个图层都可以选择一个自己习惯的颜色,一般顶层用红色、底层用蓝色、文字及符号用绿色或白色、焊盘和过孔用黄色。
  toplayer和bottomlayer:分别为顶层和底层,即电路板的外表上层和下层,通常的信号线都是在上面布置的,如双层板。对于多层板,也可在中间添加信号层布线。
  Mechanical 机械层:定义整个PCB板的外观,即整个PCB板的外形结构。
  Keepoutlayer 禁止布线层:定义在布电气特性的铜一侧的边界。也就是说先定义了禁止布线层后,在以后的布过程中,所布的具有电气特性的线不可以超出禁止布线层的边界。
  Topoverlay 顶层丝印层
  Bottomoverlay 底层丝印层:定义顶层和底的丝印字符,就是一般在PCB板上看到的元件编号和一些字符。
  Toppaste 顶层焊盘层
  Bottompaste 底层焊盘层:指我们可以看到的露在外面的铜铂。
  Topsolder 顶层阻焊层
  Bottomsolder 底层阻焊层:与toppaste和bottompaste两层相反,是要盖绿油的层。
  Drillguide 过孔引导层
  Drilldrawing 过孔钻孔层
  Multiplayer 多层:指PCB板的所有层。

  16、TopLayer元件层、BottomLayer布线与插件式元件的焊接层、MidLayerx中间层,这几层是用来画导线或覆铜的(当然还有TopLayer、BottomLayer的SMT贴片器件的焊盘PAD);
  17、Top Solder、Bottom Solder、Top Paste、Bottom Paste,这四层是与穿越两层以上器件PAD相关的;一般Paste层留的孔会比焊盘小(Paste表面意思是指焊膏层,就是说可以用它来制作印刷锡膏的钢网,这层只需要露出所有需要贴片焊接的焊盘,并且开孔可能会比实际焊盘小);然后,要往PCB版上刷绿油(阻焊)吧,这就是Solder层,Solder层要把PAD露出来吧,这就是我们在只显示Solder层时看到的小圆圈或小方圈,一般比焊盘大(Solder表面意思是指阻焊层,就是用它来涂敷绿油等阻焊材料,从而防止不需要焊接的地方沾染焊锡的,这层会露出所有需要焊接的焊盘,并且开孔会比实际焊盘要大);这几层一般为黄色(铜)或白色(锡);
  18、Top Overlay、Bottom Overlay,丝印层,PCB表面的文字或电阻电容符号或器件边框等,一般为白色;
  19、Keepout,画边框,确定电气边界;
  20、Mechanical layer,真正的物理边界,定位孔的就按照Mechanical layer的尺寸来做的,但PCB厂的工程师一般不懂这个。所以最好是发给PCB厂之前将keepout layer层删除;
  21、Multi Layer,贯穿各层的,像过孔(到底层或顶层的过孔VIA也有Solder和Paste);
  22、Drill guide、Drill drawing,钻孔层;

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