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高速PCB設計指南之一：PCB基本概念
2015/03/07
Levi
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1、“層(Layer) ”的概念
與字處理或其它許多軟件中為實現圖、文、色彩等的嵌套與合成而引入的“層”的概念有所同，Protel的“層”不是虛擬的，而是印刷板材料本身實實在在的各銅箔層。現今，由于電子線路的元件密集安裝。防干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產品中所用的印刷板不僅有上下兩面供走線，在板的中間還設有能被特殊加工的夾層銅箔，例如，現在的計算機主板所用的印板材料多在4層以上。這些層因加工相對較難而大多用于設置走線較為簡單的電源布線層（如軟件中的Ground Dever和Power Dever），并常用大面積填充的辦法來布線（如軟件中的ExternaI P1a11e和Fill）。上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用軟件中提到的所謂“過孔（Via）”來溝通。有了以上解釋，就不難理解“多層焊盤”和“布線層設置”的有關概念了。舉個簡單的例子，不少人布線完成，到打印出來時方才發現很多連線的終端都沒有焊盤，其實這是自己添加器件庫時忽略了“層”的概念，沒把自己繪制封裝的焊盤特性定義為”多層（Mulii一Layer）的緣故。要提醒的是，一旦選定了所用印板的層數，務必關閉那些未被使用的層，免得惹事生非走彎路。
2、過孔(Via)
為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導線的文匯處鉆上一個公共孔，這就是過孔。工藝上在過孔的孔壁圓柱面上用化學沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀，可直接與上下兩面的線路相通，也可不連。一般而言，設計線路時對過孔的處理有以下原則：
（1） 盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務必處理好它與周邊各實體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙，如果是自動布線，可在“過孔數量最小化” （ Via Minimiz8tion）子菜單里選擇“on”項來自動解決。
（2） 需要的載流量越大，所需的過孔尺寸越大，如電源層和地層與其它層聯接所用的過孔就要大一些。
3、焊盤( Pad)
焊盤是PCB設計中最常接觸也是最重要的概念，但初學者卻容易忽視它的選擇和修正，在設計中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時這還不夠用，需要自己編輯。例如，對發熱且受力較大、電流較大的焊盤，可自行設計成“淚滴狀”，在大家熟悉的彩電PCB的行輸出變壓器引腳焊盤的設計中，不少廠家正是采用的這種形式。一般而言，自行編輯焊盤時除了以上所講的以外，還要考慮以下原則：
（1）需要在元件引角之間走線時選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍；
（2）形狀上長短不一致時要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大；
（3）各元件焊盤孔的大小要按元件引腳粗細分別編輯確定，原則是孔的尺寸比引腳直徑大0．2- 0．4毫米。
4、絲印層（Overlay）
為方便電路的安裝和維修等，在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標志圖案和文字代號等，例如元件標號和標稱值、元件外廓形狀和廠家標志、生產日期等等。不少初學者設計絲印層的有關內容時，只注意文字符號放置得整齊美觀，忽略了實際制出的PCB效果。他們設計的印板上，字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區域被抹賒，還有的把元件標號打在相鄰元件上，如此種種的設計都將會給裝配和維修帶來很大不便。正確的絲印層字符布置原則是：”不出歧義，見縫插針，美觀大方”。
5、SMD的特殊性
Protel封裝庫內有大量SMD封裝，即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點是單面分布元引腳孔。因此，選用這類器件要定義好器件所在面，以免“丟失引腳（Missing Plns）”。另外，這類元件的有關文字標注只能隨元件所在面放置。
6、網格狀填充區（External Plane ）和填充區(Fill)
正如兩者的名字那樣，網絡狀填充區是把大面積的銅箔處理成網狀的，填充區僅是完整保留銅箔。初學者設計過程中在計算機上往往看不到二者的區別，實質上，只要你把圖面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的區別，所以使用時更不注意對二者的區分，要強調的是，前者在電路特性上有較強的抑制高頻干擾的作用，適用于需做大面積填充的地方，特別是把某些區域當做屏蔽區、分割區或大電流的電源線時尤為合適。后者多用于一般的線端部或轉折區等需要小面積填充的地方。
7、各類膜（Mask）
這些膜不僅是PcB制作工藝過程中必不可少的，而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用，“膜”可分為元件面（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）兩類。 顧名思義，助焊膜是涂于焊盤上，提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的各淺色圓斑。阻焊膜的情況正好相反，為了使制成的板子適應波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫，因此在焊盤以外的各部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫。可見，這兩種膜是一種互補關系。由此討論，就不難確定菜單中
類似“solder Mask En1argement”等項目的設置了。
8、飛線，飛線有兩重含義：
自動布線時供觀察用的類似橡皮筋的網絡連線，在通過網絡表調入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到該布局下的網絡連線的交叉狀況，不斷調整元件的位置使這種交叉最少，以獲得最大的自動布線的布通率。這一步很重要，可以說是磨刀不誤砍柴功，多花些時間，值！
另外，自動布線結束，還有哪些網絡尚未布通，也可通過該功能來查找。找出未布通網絡之后，可用手工補償，實在補償不了就要用到“飛線”的第二層含義，就是在將來的印板上用導線連通這些網絡。要交待的是，如果該電路板是大批量自動線生產，可將這種飛線視為0歐阻值、具有統一焊盤間距的電阻元件來進行設計.
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