1.2.2 PCB设计中的基本概念

1. 层

PCB中的层是指构成PCB的某一个层次, PCB可由多个功能不同层次构成, 如双层板、多层板等。PCB设计工程师在PCB设计中常用的层知识主要如下。

Top Layer（顶层）、Bottom Layer（底层）：指PCB外表的上层和下层。在双层板中, 信号线一般在顶层布线；对于多层板, 可在PCB中间层布线。

Mechanical（机械层）：在该层中定义整个PCB的外观及整个PCB的外形结构。

Keepout Layer（禁止布线层）：定义了禁止布线层后, 在以后的布线过程中, 所有具有电气特性的线不可以超越禁止布线层的边界。

Top Over Layer（顶层丝印层）、Bottom Over Layer（底层丝印层）：定义顶层和底层的丝印字符, 如PCB上的元器件编号和一些字符。

Top Paste（顶层焊盘层）、Bottom Paste（底层焊盘层）：指PCB顶层和底层露在外面的铜箔。

Top Solder（顶层阻焊层）、Bottom Solder（底层阻焊层）：指PCB顶层和底层要盖绿油的层。

2. 过孔

在印制电路板中常常要把一条线路从板的一面跳到另一面, 连接两条连线的孔称为过孔, 过孔也称金属化孔。在双面板和多层板中, 为连通各层之间的印制导线, 在各层需要连通的导线交汇处钻一个公共孔。在工艺上, 过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属, 用以连通中间各层需要连通的铜箔, 而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状。过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。

过孔一般有通孔式过孔和掩埋式过孔两种。所谓通孔式过孔是指穿通所有铺铜层的过孔；掩埋式过孔则仅穿通中间几个铺铜层面, 仿佛被其他铺铜层掩埋起来。

3. 丝印层

印制电路板中的丝印层是为了方便电路的安装和维修等, 在印制电路板的上下两表面通过丝网印制技术印制上所需要的标志图案和文字代号等, 如元器件标号和标称值、元器件外廓形状和厂家标志、生产日期等。

印制电路板中的丝印层一般包括顶层丝印层（Top Over Layer）和底层丝印层（Bottom Over Layer）, 即印制电路板的上下两层。

4. 封装

封装是指把硅片上的电路引脚, 用导线接到外部接头处, 以便与其他元器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳, 它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用, 而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上, 这些引脚又通过印制电路板上的导线与其他元器件相连接, 从而实现内部芯片与外部电路的连接。元器件封装的作用：一方面是让芯片与外界隔离, 以防止空气中的杂质对芯片电路腐蚀从而造成电气性能下降；另一方面, 封装后的芯片也更便于安装和运输。

封装技术的好坏还直接影响芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造, 因此电子设计工程师了解各种封闭技术是必要的。衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标主要有3个因素：一是为提高封装效率, 芯片面积与封装面积之比尽量接近1∶1；二是引脚要尽量短以减少延迟, 引脚间的距离尽量远, 以保证互不干扰, 提高性能；三是基于散热的要求, 封装越薄越好。

封装大致经过了如下发展进程。

结构方面：TO-→DIP-→PLCC-→QFP-→BGA-→CSP。

材料方面：金属、陶瓷-→陶瓷、塑料-→塑料。

引脚形状：长引线直插-→短引线或无引线贴装-→球状凸点。

装配方式：通孔插装-→表面组装-→直接安装。

DIP双列直插和SMD贴片封装是电子产品制造中最常见的两种封装形式。

5. 铺铜

铺铜是将PCB上闲置的空间作为基准面, 然后用固体铜填充, 这些铜区又称为灌铜。铺铜的作用在于减小地线阻抗, 提高抗干扰能力；降低压降, 提高电源效率；与地线相连,减小环路面积。

铺铜需要处理好几个问题：一是不同地的单点连接, 一般做法是通过0Ω电阻、磁珠或者电感连接；二是晶振附近的铺铜, 电路中的晶振是一个高频发射源, 一般要环绕晶振铺铜, 然后将晶振的外壳另行接地；三是要注意孤岛（死区）问题；四是大面积铺铜要确定是实体铺铜还是网格铺铜。PCB大面积铺铜, 过波峰焊时PCB往往会翘起来, 甚至会起泡,网格铺铜的散热性要好些, 不会出现这样问题。另外, 高频电路对抗干扰要求高的多用网格铺铜, 低频电路有大电流的电路等常完整的铺铜。

6. 焊盘

焊盘用于将组件引脚焊接固定在印制电路板上完成电气连接。焊盘在印制电路板制作时都预先布上锡, 并且不被阻焊层所覆盖。

焊盘的常见种类如下。

方形焊盘：印制电路板上元器件大而少且印制导线简单时多采用这种类型的焊盘。在手工自制PCB时, 采用这种焊盘易于实现。

圆形焊盘：广泛用于元器件规则排列的单、双面印制电路板中。若电路板的密度允许,焊盘可大些, 可避免焊接时焊盘的脱落。

岛形焊盘：焊盘与焊盘间的连线合为一体, 常用于立式不规则排列安装中。

泪滴形焊盘：当焊盘连接的布线较细时常采用这种类型的焊盘, 以防焊盘起皮、布线与焊盘断开等情况。这种焊盘常用在高频电路中。

多边形焊盘：用于区别外径接近而孔径不同的焊盘, 便于加工和装配。

椭圆形焊盘：这种焊盘有足够的面积增强抗剥能力, 常用于双列直插式元器件。

开口形焊盘：常用于为了保证在波峰焊后, 使手工补焊的焊盘孔不被焊锡封死。

7. 助焊膜、阻焊膜

助焊膜是涂于焊盘上, 提高可焊性能的一层膜, 也就是在绿色电路板上比焊盘略大的各浅色圆斑。

阻焊膜是为了使制成的电路板适应波峰焊等焊接形式, 要求电路板上非焊盘处的铜箔不能粘锡, 因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料, 用于阻止这些部位上锡。

8. 飞线

PCB设计中的飞线是指在引入网络表后自动布线时, 供观察用的类似橡皮筋的网络连线, 是由系统根据规则生成的, 用来指引布线的一种连线。飞线与导线有着本质的区别, 飞线只是一种形式上的连接, 它只是在形式上表示各个焊点间的连接关系, 没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊点间连接关系的具有电气连接意义的连接线路。

在电子产品调试与生产中也常常用到飞线, 这里的飞线是指如下情况中的导线。电子产品中的排线由于经常受到按压导致折叠部位断了而接触不良, 在断裂的两端用细的漆包线用烙铁焊接, 这段导线被称为飞线；某些设计水平很差的主板厂商在设计布线时, 由于技术实力原因往往会导致最后的成品有缺陷, 便采取人工修补的方法来解决问题, 这种因设计不合理而出现的导线, 称为“飞线”。这种飞线如果链接的是高频线路, 可能会影响电子产品的质量。