探究多层电路板的奥秘

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。