平板电脑定制方案印制电路板设计的基础知识

下面介绍一些有关印制电路板设计的基础知识。

（1）平板电脑定制方案中印制电路板的板层。印制电路板（PCB）的板层有单面板、双面板和多层板。从外表看起来多层板和双面板没有区别，但多层板中有一些导电层和电源层存在。多层板的制作和双面板的制作类似，首先将每层的铜箔腐蚀成线路，然后将多层单板黏压在一起，其上下两层和中间层之间用过孔（Via）进行电气连接。在设计双面线路板时，在“SETUP”选项中将中间的若干层及电源层全部关闭，其他层可以全部打开。如果设计单面板，还要将顶层关闭。

在PCB设计时还有一些其他层，它们在工业制板时有着特定的功能。例如，Top overlay/Bottom overlay 层也称为丝印层，即在做好的板上标注元器件的外形、尺寸及名称与序号；Keep-out layer层表示电路板布线的边缘，用以限制铜箔布线的范围。

（2）平板电脑定制方案中元器件封装。元器件封装是指实际元器件焊接到电路板时所具有的外观和焊点位置。同种元器件也可以有不同的封装，如RES2代表电阻，它的封装形式有AXAIL0.3、AXAIL0.4、AXAIL0.6等尺寸种类，所以在选用、焊接元器件时，不仅要知道元器件的名称，还要知道封装形式。

元器件的封装可以在设计电路图时指定，也可以在引进网络表时指定。设计电路图时，可以在元器件属性对话框中的Footprint设置项内指定，也可以在引进网络表时指定元器件的封装。

Altium Designer 10库中元器件的封装很多，开发者也可以自己定义所需的元器件封装库，在Altium Designer 10中，增加封装库非常简便快捷。这里要注意，封装不能只看外形相似，一定要让焊盘的名字和原理图中该元器件的引脚名相同，否则就会在调入网络表时丢失引脚。网络表是电路原理图设计（SCH）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动转换的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。

（3）类。在PCB设计中，类就是指具有相同意义的单元组成的集合，用户可以自己定义类的意义及其组成。PCB中引入类主要有两个作用。

① 便于布线。平板电脑定制方案中在电路板布线过程中，有些网络需要做特殊处理，如为了避免电路板上的组件对重要的数据线产生干扰，在布线时往往需要加大这些数据线和其他组件间的安全间距。可以将这些数据线归整为一个类，在设置自动布线安全间距规则时可以将这个类添加到规则中，并且适当加大安全间距。在自动布线时，这个类中的所有数据线的安全间距都将被加大。在电路板布线过程中，电源和接地线往往需要加粗，以确保连接的可靠性，可以将电源和接地线归为一类。在设置自动布线导线宽度（Width Constraint）规则时，可以将这个类添加到规则中，并且适当加大导线宽度。这样在自动布线时，这个类中的电源和接地线都会变宽。

② 便于管理电路板组件。对于一个大型的电路板，它上面有很多元器件封装，还有成千上万条网络，因此很杂乱，利用类可以很方便地管理电路板。例如，将电路板中的所有输入网络归类，在寻找某个输入网络时，只需在这个输入网络类里查找即可。也可以将电路板中的某些特殊用途的电阻归类，在寻找某个特殊用途的电阻时，只需在这个电阻类里查找即可。

（4）过孔。为连通各个铜箔层之间的线路，应在各个铜箔层需要连通的导线处钻一个公共孔，这就是过孔。在工艺上，过孔的孔壁圆柱面应使用化学沉积的方法镀一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔。而将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。狭义的过孔是指在布线的过程中，一条导线要跨层布线时，在两层电路板中间起到连接作用的通孔。板上的过孔直径一般比焊盘小，孔中同样镀锡。设计线路时，过孔的处理有以下原则。

① 尽量少用过孔，一旦选用了过孔，则务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易忽视中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙。

② 需要的载流量越大，所需的过孔尺寸就要越大，如电源层、地线层就比其他层所用的过孔直径大一些。

（5）丝印层。丝印层（Overlay）是指为方便电路的安装和维修而在 PCB 的表面印制的标志图案和文字代号等，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。丝印层上的字符布置原则是不出歧义、见缝插针、美观大方。

（6）表面焊装器件的特殊性。表面焊装器件（Surface Mount Devices，SMD）的体积小巧，在单面分布元器件引脚时，选用这类元器件要定义好元器件所在面，避免“丢失引脚”。另外，这类元器件的有关文字标注只能在元器件所在面放置。

（7）网状填充区和填充区。网状填充区（External Plane）把大面积的铜箔处理成网状，填充区仅完整保留铜箔。平板电脑定制方案中网状填充区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成屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。注意，填充区多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。

（8）焊盘。焊盘（Pad）用于固定元器件，其形状有圆形、方形、八角形、圆方形等，大小与所对应元器件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素密切相关。例如，发热且受力较大、电流较大的焊盘常做成泪滴状；直插器件的焊盘常定义在多义层（Multi-Layer）上；SMD 器件的焊盘常定义在器件所在表面层上。自行编辑焊盘时，除了考虑以上因素，还要遵循以下原则：

● 形状上长短不一致时，需要注意连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大；

● 需要在元器件引脚之间走线时，可以选用长短不对称的焊盘；

● 各元器件焊盘孔的大小要按元器件引脚的粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸直径要比引脚直径大0.2～0.4 mm。

（9）膜。膜（Mask）不仅是 PCB 制作工艺过程中必不可少的，更是元器件焊装的必要条件。按所处的位置及其作用，膜可以分为助焊膜（Solder Mask）和阻焊膜（Paste 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

焊盘略大的浅色圆斑。阻焊膜则正好相反，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黏锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位黏锡。

（10）飞线。飞线（Connect）可提供元器件引脚间电气网络连线的分布状况，用以指导元器件的布局与布线。布局时可以以此为根据来调整元器件的位置，使飞线网络交叉最少，从而获得最大的布通率；布线时也可以此为根据来布通各个电气网络。在布线完成后，飞线自动消除。

（11）平板电脑定制方案中常用的集成电路封装形式。有以下类型：

● DIP（Dual In-line Package）：双列直插封装。

● SIP（Single Inline Package）：单列直插封装。

● PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）：有引线塑料芯片载体。

● BGA（Ball Grid Array）：球栅阵列，属于面阵列封装的一种。

● QFP（Quad Flat Package）：方形扁平封装。

● SOP（Small Out-Line Package）：小外形封装。

● SOJ（Small Out-Line J-Leaded Package）：J形引线小外形封装。

● COB（Chip on Board）：板上芯片封装。

2．印制电路板的功能

印制电路板具有如下功能：

● 提供集成电路等各种元器件固定、装配的机械支撑；

● 实现集成电路等各种元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电气绝缘，提供所要求的电气特性，如特性阻抗等；

● 为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

按照基材类型，PCB可以划分为三种：刚性PCB、柔性PCB和刚柔结合PCB；按照所含电气连接铜箔层的多少，可以划分为单面PCB、双面PCB、多层PCB等。

平板电脑定制方案中PCB是按层次结构组成的，其主要是各个铜箔信号的连接层，包含三种类型：其一是位于PCB表面顶层（Top Layer，通常作为放置元器件的层，也称为正面）；其二是底层（Bottom Layer，也称为焊接层，也可放置元器件）；其三是中间层，包括内部电源或地线层（Internal Plane）和中间信号连接层（Middle Layer）。其中，电源层、地线和中间层又可以分为若干层次。PCB有多少铜箔层，就是多少层板。单面PCB仅有底部焊接层，双面PCB具有顶部元器件层和底部焊接层，更多层次的PCB则具有更多的电源层、地线层和中间层。各个层次之间采用覆铜板材料，它是PCB的基础，起绝缘和支撑作用，并决定PCB的性能、质量、等级、加工性、成本等。制成覆铜板的材料，通常由树脂材料组成。元器件层或焊接层上还有焊盘，焊盘周围还有助焊膜，其他地方涂有阻止焊接与绝缘的阻焊膜。在焊盘之外，还具有标识元器件的丝印层。另外，为方便设计PCB，还规定有若干个虚拟层，如机械层（Mechanical Layer），用以在上面标注PCB的结构尺寸和加工要求。

平板电脑定制方案中元器件在PCB上的安装技术主要有通孔插装技术（Through Hole Technology，THT）和表面安装技术（Surface Mount Technology，SMT）两种形式。单列、双列直插器件等通常采用THT形式，贴片器件通常采用SMT形式。