PCB板的基本组成元素

一块完整的PCB板，不仅有作为载体的绝缘基板和用于电气连接的线路，还有许多用于完成其他功能的组件，图5-2所示的是一块PCB板中包含的最基本的组件，下面介绍几种基本的组成元素。

图5-2　PCB板的基本组件图

1.元器件封装

通常设计完印制电路板后，将它拿到专门制作电路板的单位，制作电路板。取回制好的电路板后，要将元件焊接上去。那么如何保证取用元件的引脚和印制电路板上的焊盘一致呢？这就靠元件封装了。元件封装是指元件焊接到电路板时所指的外观和焊盘位置。既然元件封装只是元件的外观和焊盘位置，那么纯粹的元件封装仅仅是空间的概念，因此不同的元件可以共用一个元件封装；此外，同种元件也可以有不同的封装，如“RES”代表电阻，它的封装形式可以是AXIAL-0.3、AXIAL-0.4、C1608-0603、CR2012-0805等，如图5-3所示。所以在取用焊接元件时，不仅要知道元件名称，还要知道元件的封装。

元件的封装形式可以分成两大类，即针脚式元件封装和表面贴装式（SMT）元件封装。针脚式元件封装焊接时先要将元件针脚插入焊盘导通孔，然后焊锡。由于针脚式元件封装的焊盘和过孔贯穿整个电路板，因此其焊盘的属性对话框中，PCB的层属性必须为多层。表面贴装式元件封装的焊盘只限于表面层，在其焊盘的属性对话框中，层属性必须为单一表面。

图5-3　原理图符号与封装图形

图5-4和图5-5所示为针脚式和贴片式集成电路的实际外形和封装图形。

图5-4　两种集成电路的实际外形

图5-5　两种集成电路的封装形式

封装所包含的信息有多个：封装名称、外形尺寸、焊盘位置、钻孔位置和引脚定义等。图5-6所示为2N3904三极管的封装。实际上，通常可以通过这些信息来选择封装的使用类型。

图5-6　2N3904三极管的封装

2.电路板层（Board Layers）

Protel DXP 2004 SP2为PCB提供了许多类型的层面，主要有信号层、内部电源→接地层、丝印层、机械层和防护层等。图5-7所示的是Protel DXP 2004 SP2软件的板层切换面板。这些“层”不是虚拟的，而是印制板材料本身实实在在的铜箔层。现今，由于电子线路的元件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔，下面简单介绍各种层的作用。

图5-7　Protel DXP 2004 SP2软件板层切换面板

（1）信号层（Signal Layers）：该层主要用来放置与元件（顶层或底层）、导线和电气信号有关的对象。Protel DXP 2004中提供了最多32个信号层，包括顶层（Top Layers）、30个中间层（Midlayer1.30）和底层（Bottom Layers）。信号层的顶层主要用于布置元件，又称为元件层；底层用于布线，也可放置元件；中间层只能用于布线。

（2）内部电源→接地层（Internal Planes）：该层是专门用于连接电源和地的。Protel DXP 2004提供了16个内部电源→接地层。

（3）机械层（Mechanical）：Protel DXP版本中可以有16个机械层（Mechanical 1～16），机械层一般用于放置有关制板和装配方法的指示性信息，如电路板物理尺寸线、尺寸标记、数据资料、过孔信息、装配说明等信息。

（4）丝印层（Silkscreen Layers）：为方便电路的安装和维修，在印制板的上下两表面印上所需要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，这就称为丝印层。丝印层字符布置原则是“不出歧义，见缝插针，美观大方”。在印制电路板上，放置PCB库元件时，该元件的编号和轮廓线将自动地放置在丝印层上。需注意的是，此处仅显示了顶层丝印层“Top Overlay”，而底层丝印层“Bottom Overlay”没有显示。

（5）禁止布线层（Keep Out Layer）：主要用于定义元件放置的区域。通常，在禁止布线层上放置线段（Track）或弧线（Arc）来构成一个闭合区域，在这个闭合区域内才允许进行元件的自动布局和手动布线。需注意的是，如果要对部分电路或全部电路进行自动布局或手动布线，那么则需要在禁止布线层上至少定义一个禁止布线区域。

（6）多层（Multi Layer）：该层代表所有的信号层，在它上面放置的元件会自动放到所有的信号层上，所以可以通过该层，将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上。

（7）屏蔽层（Mask Layers）：该层包括阻焊层（Soler Mask）和助焊层（Paste Mask）。阻焊层用于焊接时防止焊锡的扩张；助焊层用于焊接时增强焊盘的着锡能力。(www.xing528.com)

3.焊盘（Pad）和过孔（Via）

焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，但初学者却容易忽视它的选择和修正，在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel DXP 2004 SP2在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆形、方形、八角形、圆方形和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。

为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的交会处钻上一个公共孔，这就是过孔。过孔有两种，即从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔及内层间的隐藏过孔。

4.导线（Track）

导线也称为铜膜走线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。

5.覆铜（Polygon Pour）

对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上覆铜。覆铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽作用，提高电路板信号的抗电磁干扰的能力。通常覆铜有两种方式：一种是实心填充方式；另一种是网格状的填充。在实际应用中，实心式的填充比网格状的更好，建议使用实心式的填充方式。

6.助焊膜和阻焊膜（Solder Mask and Paste Mask）

各类膜不仅是PCB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面助焊膜和元件面阻焊膜两类。

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。阻焊膜的情况正好相反，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沾锡，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。可见，这两种膜是一种互补关系。

7.飞线（Connection）

与导线有关的另外一种线，常称为飞线，即预拉线，飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的用来指引布线的一种连线。

飞线与导线有本质的区别，飞线只是一种形式上的连线。它只是在形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。

8.网络（Net）

网络主要用于表示某一元器件的引脚与其他元器件的引脚之间的电气连接关系。每个网络都有一个唯一的网络名称，凡是网络名称相同的元器件引脚，均具有相同的电气连接关系，即它们都是连接在一根导线上的。