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探究多层电路板的奥秘
来源:EEFOCUS 时间:2016-03-17

iPhone7要来了,大家都在热谈iPhone7的曲面屏多么绚丽,3D触控技术动作多么酷爽,又能防水又能无线充电,其黑科技含量增长速度和冷战时期 的军备竞赛比起来也不遑多让,作为工科生的我们要在话题中捍卫自己的尊严,也许需要透过这些炫酷的表象功能去解析下它的本质,比如,它的整副“骨架”—— 电路主板,学名PCB。

图 1  传统手机解构图

PCB,即Printed Circuit Board 印制电路板,既是电子元器件的支撑体,又是电子元器件电气连接的载体。在PCB出现之前,电子元器件之间的连接是依靠电线直接连接完成的;而如今,电线连 接法仅在实验室试验时使用,PCB在电子工业中已占据了绝对控制的地位。

讲历史, PCB的前世今生
PCB的发展历史可追溯至20世纪早期。1936年,奥地利人保罗·爱斯勒(Paul Eisler)在收音机里应用了PCB,首次将PCB投入实用;1943年,美国将该技术广泛应用于军用收音机;1948年,美国正式认可该发明能够用于 商业用途。由此自20世纪50年代中期起,PCB开始被广泛运用,随后进入快速发展期。

图 2  PCB之父保罗·爱斯勒

随着PCB愈来愈复杂,设计人员在使用开发工具设计PCB时,对于各个板层的定义和用途容易产生混淆。我们硬件开发人员自行绘制PCB时,容易因为不熟悉 PCB各板层的用途从而导致生产上不必要的误会。为了避免这一情况的发生,在这里以Altium Designer Summer 09为例对PCB各板层进行分类介绍。

PCB各层间区别
信号层(Signal Layers)
Altium Designer最多可提供32个信号层,包括顶层(Top Layer)、底层(Bottom Layer)和中间层(Mid-Layer)。各层之间可通过通孔(Via)、盲孔(Blind Via)和埋孔(Buried Via)实现互相连接。

图 3  PCB孔

1、顶层信号层(Top Layer)
也称元件层,主要用来放置元器件,对于双层板和多层板可以用来布置导线或覆铜。
2、底层信号层(Bottom Layer)
也称焊接层,主要用于布线及焊接,对于双层板和多层板可以用来放置元器件。
3、中间信号层(Mid-Layers)
最多可有30层,在多层板中用于布置信号线,这里不包括电源线和地线。

 

内部电源层(Internal Planes)
通常简称为内电层,仅在多层板中出现,PCB板层数一般是指信号层和内电层相加的总和数。与信号层相同,内电层与内电层之间、内电层与信号层之间可通过通孔、盲孔和埋孔实现互相连接。


图 4  PCB各层标示

 

丝印层(Silkscreen Layers)
一块PCB板最多可以有2个丝印层,分别是顶层丝印层(Top Overlay)和底层丝印层(Bottom Overlay),一般为白色,主要用于放置印制信息,如元器件的轮廓和标注,各种注释字符等,方便PCB的元器件焊接和电路检查。

1、顶层丝印层(Top Overlay)
用于标注元器件的投影轮廓、元器件的标号、标称值或型号以及各种注释字符。
2、底层丝印层(Bottom Overlay)
与顶层丝印层相同,若所有标注在顶层丝印层都已经包含,底层丝印层可关闭。

 

机械层(Mechanical Layers)
机械层,一般用于放置有关制板和装配方法的指示性信息,如PCB的外形尺寸、尺寸标记、数据资料、过孔信息、装配说明等信息。这些信息因设计公司或PCB制造厂家的要求而有所不同,下面举例说明我们的常用方法。

  • Mechanical 1:一般用来绘制PCB的边框,作为其机械外形,故也称为外形层;
  • Mechanical 2:我们用来放置PCB加工工艺要求表格,包括尺寸、板材、板层等信息;
  • Mechanical 13 & Mechanical 15:ETM库中大多数元器件的本体尺寸信息,包括元器件的三维模型;为了页面的简洁,该层默认未显示;
  • Mechanical 16:ETM库中大多数元器件的占位面积信息,在项目早期可用来估算PCB尺寸;为了页面的简洁,该层默认未显示,而且颜色为黑色。

 

遮蔽层(Mask Layers)
Altium Designer提供了阻焊层(Solder Mask)和锡膏层(Paste Mask)两种类型的遮蔽层(Mask Layers),在其中分别有顶层和底层两层。


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