探究多層電路板的奧秘

　　iPhone7要來了，大家都在熱談iPhone7的曲面屏多么絢麗，3D觸控技術(shù)動(dòng)作多么酷爽，又能防水又能無線充電，其黑科技含量增長速度和冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競賽比起來也不遑多讓，作為工科生的我們要在話題中捍衛(wèi)自己的尊嚴(yán)，也許需要透過這些炫酷的表象功能去解析下它的本質(zhì)，比如，它的整副“骨架”——電路主板，學(xué)名PCB。

　　圖 1 傳統(tǒng)手機(jī)解構(gòu)圖

　　PCB，即Printed Circuit Board 印制電路板，既是電子元器件的支撐體，又是電子元器件電氣連接的載體。在PCB出現(xiàn)之前，電子元器件之間的連接是依靠電線直接連接完成的;而如今，電線連接法僅在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)時(shí)使用，PCB在電子工業(yè)中已占據(jù)了絕對(duì)控制的地位。

　　講歷史， PCB的前世今生

　　PCB的發(fā)展歷史可追溯至20世紀(jì)早期。1936年，奧地利人保羅·愛斯勒(Paul Eisler)在收音機(jī)里應(yīng)用了PCB，首次將PCB投入實(shí)用;1943年，美國將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍用收音機(jī);1948年，美國正式認(rèn)可該發(fā)明能夠用于商業(yè)用途。由此自20世紀(jì)50年代中期起，PCB開始被廣泛運(yùn)用，隨后進(jìn)入快速發(fā)展期。

　　圖 2 PCB之父保羅·愛斯勒

　　隨著PCB愈來愈復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員在使用開發(fā)工具設(shè)計(jì)PCB時(shí)，對(duì)于各個(gè)板層的定義和用途容易產(chǎn)生混淆。我們硬件開發(fā)人員自行繪制PCB時(shí)，容易因?yàn)椴皇煜CB各板層的用途從而導(dǎo)致生產(chǎn)上不必要的誤會(huì)。為了避免這一情況的發(fā)生，在這里以Altium Designer Summer 09為例對(duì)PCB各板層進(jìn)行分類介紹。

　　PCB各層間區(qū)別

　　信號(hào)層(Signal Layers)

　　Altium Designer最多可提供32個(gè)信號(hào)層，包括頂層(Top Layer)、底層(Bottom Layer)和中間層(Mid-Layer)。各層之間可通過通孔(Via)、盲孔(Blind Via)和埋孔(Buried Via)實(shí)現(xiàn)互相連接。

　　圖 3 PCB孔

　　1、頂層信號(hào)層(Top Layer)

　　也稱元件層，主要用來放置元器件，對(duì)于雙層板和多層板可以用來布置導(dǎo)線或覆銅。

　　2、底層信號(hào)層(Bottom Layer)

　　也稱焊接層，主要用于布線及焊接，對(duì)于雙層板和多層板可以用來放置元器件。

　　3、中間信號(hào)層(Mid-Layers)

　　最多可有30層，在多層板中用于布置信號(hào)線，這里不包括電源線和地線。

　　內(nèi)部電源層(Internal Planes)

　　通常簡稱為內(nèi)電層，僅在多層板中出現(xiàn)，PCB板層數(shù)一般是指信號(hào)層和內(nèi)電層相加的總和數(shù)。與信號(hào)層相同，內(nèi)電層與內(nèi)電層之間、內(nèi)電層與信號(hào)層之間可通過通孔、盲孔和埋孔實(shí)現(xiàn)互相連接。

　　圖 4 PCB各層標(biāo)示

　　絲印層(Silkscreen Layers)

　　一塊PCB板最多可以有2個(gè)絲印層，分別是頂層絲印層(Top Overlay)和底層絲印層(Bottom Overlay)，一般為白色，主要用于放置印制信息，如元器件的輪廓和標(biāo)注，各種注釋字符等，方便PCB的元器件焊接和電路檢查。

　　1、頂層絲印層(Top Overlay)

　　用于標(biāo)注元器件的投影輪廓、元器件的標(biāo)號(hào)、標(biāo)稱值或型號(hào)以及各種注釋字符。

　　2、底層絲印層(Bottom Overlay)

　　與頂層絲印層相同，若所有標(biāo)注在頂層絲印層都已經(jīng)包含，底層絲印層可關(guān)閉。

　　機(jī)械層(Mechanical Layers)

　　機(jī)械層，一般用于放置有關(guān)制板和裝配方法的指示性信息，如PCB的外形尺寸、尺寸標(biāo)記、數(shù)據(jù)資料、過孔信息、裝配說明等信息。這些信息因設(shè)計(jì)公司或PCB制造廠家的要求而有所不同，下面舉例說明我們的常用方法。

　　Mechanical 1：一般用來繪制PCB的邊框，作為其機(jī)械外形，故也稱為外形層;

　　Mechanical 2：我們用來放置PCB加工工藝要求表格，包括尺寸、板材、板層等信息;

　　Mechanical 13 & Mechanical 15：ETM庫中大多數(shù)元器件的本體尺寸信息，包括元器件的三維模型;為了頁面的簡潔，該層默認(rèn)未顯示;

　　Mechanical 16：ETM庫中大多數(shù)元器件的占位面積信息，在項(xiàng)目早期可用來估算PCB尺寸;為了頁面的簡潔，該層默認(rèn)未顯示，而且顏色為黑色。

　　遮蔽層(Mask Layers)

　　Altium Designer提供了阻焊層(Solder Mask)和錫膏層(Paste Mask)兩種類型的遮蔽層(Mask Layers)，在其中分別有頂層和底層兩層。