Все что нужно знать о слоях при проектировании печатных плат
Этот пост предназначен для тех, кто однажды посмотрел на список слоев и не понял, к чему все это богатство и нагромождение! Слои - это важнейший элемент проектирования печатных плат, они позволяют организовать представление огромного количества данных, не загромождая при этом окно просмотра. Когда вы уже будете готовы сформировать конструкторскую документацию для передачи ее изготовителю печатных плат, в файлы Gerber будут перенесены именно эти данные с множества слоев для того, чтобы четко отразить ваш конструкторский замысел. Суть проблемы заключается в том, что знать назначение всех 52 слоев и помнить, для чего все они используются, может быть крайне непросто. Не волнуйтесь, в этой статье вы найдете полный перечень слоев и всю необходимую информацию о них.
Слой 1: Top (Верхний)
Этот первый слой печатной платы представляет собой слой меди, сформированный в сплошной многоугольник или отдельные токопроводящие дорожки. Он используется для формирования токопроводящих путей и доступных зон для всех сигналов схемы. Кроме того, при проектировании контактных площадок для компонентов поверхностного монтажа, верхний слой в системах разработки по умолчанию обычно используется для размещения контактных площадок компонентов.
Слои 2-15: Route (Токопроводящие дорожки)
Возможно, данных слоев не будет в вашем ПО (Visible Layers dialog). В некоторых ПО они доступны только при премиум подписке. Слои 2-15 служат для формирования множества внутренних слоев для размещения токопроводящих дорожек в многослойных печатных платах. Для того чтобы воспользоваться ими, вам нужно будет изменить структуру слоев с помощью вкладки Tools » DRC » Layers. (в Autodesk Eagle).
Если вы планируете разработать многослойную печатную плату, то способы организации верхнего/нижнего и среднего слоя будет немного отличаться от того, что вы ожидаете увидеть. Например, при создании 4-слойной платы будут не просто использоваться слои 1, 2, 3 и 4 по порядку. Вероятнее всего, в системе разработке будут в комплексе использоваться слои 1 (верхний), 2, 15 и 16 (нижний).
Слой 16: Bottom (Нижний)
Точно так же, как и Слой 1, он представляет собой слой меди на нижней части платы, будь то сплошная заливка или отдельные токопроводящие дорожки. Здесь так же располагаются контактные площадки компонентов, располагающихся на нижней стороне платы.
Слой 17: Pads (Контактные площадки)
На этом слое вы найдете контактные площадки со сквозными отверстиями, каждое отверстие с двух сторон окружено кольцом из меди (кольцевая контактная площадка). При установке контактной площадки, кольцо металлизации размечается как на верхнем, так и на нижнием слое платы. Имейте в виду, что вам редко придется работать с этим слоем, так как контактные площадки со сквозными отверстиями автоматически формируются при размещении на плате корпусов элементов для сквозного монтажа.
Слой 18: Vias (Переходные отверстия)
Это слой для переходных отверстий, которые обеспечивают простой способ передачи сигналов между слоями печатной платы. Обратите внимание, что переходные отверстия и контактные площадки со сквозными отверстиями выглядят практически одинаково, поэтому всегда полезно иметь возможность отображать и скрывать слой 18 или 17, чтобы понимать, что именно мы видим.
Слой 19: Unrouted (Непротрассированные соединения)
В самом начале разработки печатной платы все компоненты соединяются с помощью навесного монтажа, который еще называют "ratsnest" - "крысиное гнездо". Эти линии определяют связи между всеми выводами компонентов, и они находятся на слое 19 Unrouted до тех пор, пока не будут соединены. Когда трассировка печатной платы будет полностью завершена, никаких видимых неразведенных проводов на этом слое быть не должно.
Слой 20: Dimension (Габаритные размеры)
Слой с габаритными размерами имеет несколько назначений, первое из которых - определение контура печатной платы. Второе назначение - вы также можете использовать этот слой в целях нормоконтроля, для обеспечения расположения медных площадок с отступом от края печатной платы.
Некоторые производители, например OSH Park, применяют слой габаритных размеров для создания контура платы, используемого в файлах Gerber. Он служит для определения точной формы печатной платы при ее обрезке на станке.
Слои 21-22: tPlace/bPlace
Эти два слоя содержат шелкографию верхней и нижней сторон печатной платы, а также контуры компонентов, которые показывают расположение деталей. Необходимо быть внимательны ми при использовании этих слоев и следить, чтобы шелкография не попала на области нанесения припоя. В противном случае возникает риск возникновения короткого замыкания на плате или образование контактной площадки, к которой невозможно припаять вывод компонента.
В качестве альтернативы рассмотрите возможность размещения дополнительной шелкографии на слое 51: tDocu в своих целях. Он не будет включен в данные, передаваемые на производство, или напечатан на плате, так что вы можете добавить на него больше сведений. Однако если вы хотите добавить любой иллюстративный материал помимо обычной шелкографии, например текст или логотипы, то его следует размещать именно на слоях 21-22.
Слои 23-24: tOrigins/bOrigins
Данные слои содержат точки привязки компонентов, размещаемых на верхней и нижней стороне печатной платы. Если в системе разработки отобразить только этот слой, то можно увидеть множество крестиков в местах расположения центров компонентов. Каждый из них и есть точка привязки.
Если вы хотите зафиксировать все детали на своих местах, то необходимо оставить этот слой выключенным по умолчанию. Если точки привязки не видны, то переместить компоненты не получится, и можно будет сосредоточиться на других аспектах проектирования.
Слой 25-26: tNames/bNames
Как следует из названия, эти два слоя содержат наименования компонентов, печатаемые на верхней и нижней стороне печатной платы. Каждая деталь на плате имеет уникальное название, также называемое позиционным обозначением, и выглядит оно примерно так: R1, C1, D1 и т. д.
Не стоит беспокоиться о наименованиях компонентов, так как все наименования автоматически генерируются при размещении компонентов. Тем не менее, может быть полезным повернуть наименования элементов в одну строну для удобства чтения.
Слой 27-28: tValues/bValues
И вновь, согласно своим названиям, на этих двух слоях размещены номинальные значения каждого компонента на плате. Например, у резистора будет указано номинальное сопротивление, например 10К, а рядом с конденсатором можно увидеть значение емкости, например 0.1uF.
Многие разработчики решают не включать этот слой в физическую реализацию печатной платы, предпочитая вместо этого иметь спецификацию (Bill of Materials, BOM), к которой можно обратиться для того, чтобы уточнить номинальное значение по позиционному обозначению того или иного компонента. Однако если вы планируете разрабатывать печатную плату, которая будет частью набора для сборки, или которая будет собираться вручную, то будет чрезвычайно полезно представить на плате и позиционные обозначения, и номиналы компонентов. Это сделает процесс сборки более понятным.
Слой 29-30: tStop/bStop
Эти два слоя указывают на области, где не должна быть наложена паяльная маска. При размещении компонентов сквозного или поверхностного монтажа обычно имеется область расширения паяльной маски, которая находится на этих двух слоях.
Определение области, где применение паяльной маски не требуется, даст место на токопроводящем слое для припаивания компонентов. Вы также можете использовать этот слой для размещения различных нетиповых элементов, например, радиаторов, или нанесение позолоты, выделяя необходимые участки токопроводящего слоя.
Слой 31-32: tCream/bCream
Указанные слои содержат данные о нанесении паяльной пасты для пайки компонентов поверхностного монтажа. Как правило, этот слой используется изготовителями печатных плат в качестве шаблонов для нанесения паяльной пасты перед монтажом деталей.
При размещении компонентов поверхностного монтажа вся информация о том, куда следует наносить паяльную пасту, формируется автоматически. Однако если вам необходимо самостоятельно определить место нанесения паяльной пасты, обязательно сделайте область нанесения паяльной пасты меньше, чем область паяльной маски, чтобы два материала не перекрывали друг друга.
Слой 33-34: tFinish/bFinish
Данные слои содержат информацию о любом виде специального финишного покрытия, которое требуется для вашей платы, например, гальваническое покрытие золотом или серебром. Они также могут включать данные о контактных площадках, для которых необходимо иммерсионное золочение.
Следует помнить, что эти слои не формируются автоматически, и вам нужно разметить их самостоятельно, если для вашей платы требуется дополнительное специальное финишное покрытие. Тем не менее, если вы только начинаете знакомиться с разработкой печатных плат в качестве хобби, вы, скорее всего, не будете использовать данные слои, так как специальные финишные покрытия могут быть очень дорогими.
Превосходная иллюстрация широкого ассортимента доступных финишных покрытий для нанесения на печатную плату
Слой 35-36: tGlue/bGlue
Указанные слои содержат данные о местах нанесения клеевой маски на верхнюю и нижнюю сторону печатной платы. Эта маска полезна для крепления на плате и защиты компонентов, которые при ежедневной эксплуатации будут подвержены нагрузкам, таких как переключатели, гнезда или разъемы.
Как правило, изготовители печатных плат наносят клей в одной точке в центре небольших деталей, для более крупных (например, микросхемы) - в нескольких точках. Так же, как и слои финишного покрытия, вам необходимо самостоятельно разметить этот слой в том случае, если клей должен наноситься в определенных областях платы.
Слой 37-38: tTest/bTest
По окончанию процесса производства печатной платы (создание пустой платы) и сборки (заполнение платы компонентами), изделие будет полностью протестировано на отсутствие коротких замыканий. В этом процессе данные слои играют главную роль, так как на них размечены специальные контактные площадки для испытаний, располагаемые на верхней и нижней стороне печатной платы, и служащие для ее тестирования или подключения оборудования внутрисхемного контроля.
Во многих ПО включены бесплатные библиотеки контактных площадкок для испытаний, которые вы можете легко разместить на своей плате. Найдите слово «test» в диалоговом окне Добавить (Add dialog), а затем выберите категорию testpad. Вы увидите множество контактных площадок для испытаний, которые подойдут для компонентов сквозного и поверхностного монтажа.
Слой 39-40: tKeepout/bKeepout
Вам необходимо, чтобы компоненты не размещались в заданных областях вашей платы? Тогда вам следует использовать эти два слоя. Разметив данные слои, вы заставите нормоконтроль, используемый для проектирования (Design Rule Check, DRC) проверять отсутствие компонентов в заданных границах и предупреждать вас об ошибках. Вы также можете использовать эту область для определения требований к расстоянию между деталями.
Слой 41-43: tRestrict/bRestrict/vRestrict
Слои tRestrict и bRestrict используются для указания областей, где медь или дорожки из меди должны быть удалены с макета платы. Медь автоматически будет удалена, если при заполнении полигона она попадет на слои ограничения.
Этот слой также пригодится при использовании автотрассировщика в EAGLE, так как он может предотвратить маршрутизацию дорожек в определенных областях. Слой vRestrict укажет, где переходные отверстия быть не могут, а также не допустит размещение автотрассировщиком переходных отверстий в конкретных разделах.
Слой 44: Drills (Отверстия с металлизацией)
Этот слой содержит все данные о плате, которые необходимы для выполнения электрических соединений, такие как сквозные контактные площадки и переходные отверстия. Слой также может быть полезен, если вам необходимо разметить отверстие для заземляющего болта, который будет соединяться с шасси.
Слой 45: Holes (Отверстия без металлизации)
Слои 44 и 45 схожи между собой, однако Слой 45 Holes содержит сведения об отверстиях, которые не должны проводить электричество, таких как не металлизированные монтажные отверстия.
Слой 46: Milling (Фрезеровка)
Этот слой предназначен исключительно для разметки отверстий, внутренних вырезов и других видов контуров под фрезерную обработку изготовителем печатных плат. Имейте в виду, что этот слой не предназначен для определения габаритных размеров вашей платы; для хранения этих данные служит слой 20. И, в отличие от слоя 20 Dimension (Габаритные размеры), который может использоваться для согласования с правилами проектирования, данный слой для этого использоваться не может.
Слой 47: Measures (Размеры)
Этот слой содержит все размеры, которые необходимо выдержать на плате, такие как габаритные размеры контура или даже расстояние между компонентами. Имейте в виду, что слой предназначен для хранения только ваших справочных сведений - данные, содержащиеся на нем, не будут отправлены изготовителю печатных плат.
Слой 48: Document (Документация)
Это слой предназначен для всей дополнительной документации на печатную плату. Мы рекомендуем добавлять на него примечания, касающиеся производства, такие как:
Толщина печатной платы;
Требования к структуре слоев;
Цвета паяльной маски и шелкографии;
Требуемый тип медного покрытия и его толщина;
Технические требования к импедансу;
Все особые требованиях к финишному покрытию, если таковые имеются.
Слой 49-50: ReferenceLC/ReferenceLS
Эти два слоя содержат справочную разметку проверочных точек платы. Никогда не слышали о таких? Это небольшие метки, нанесенные на верхний и нижний слои платы, которые позволяют автомату размещения деталей распознавать место расположения платы в физическом пространстве. Мы рекомендуем включить как минимум 2 проверочные точки в ваш проект, но имейте в виду, что большинство изготовителей требуют наличие не менее 3 проверочных точек.
Слой 51-52: tDocu/bDocu
И последнее, но не по важности: еще есть два слоя для документации на верхней и нижней стороне платы. Эти слои не будут включены в производственные файлы, вместо этого они представляют собой набор данных, который удобно использовать при чтении и редактировании проекта. Сведения, которые могут быть размещены на этих слоях, включают в себя физические размеры компонентов и корпусов.
Всех их вместе соберем!
Мы рассказали вам о каждом слое, который может встретиться в любой популярной системе проектирования печатных плат, и все, что нужно о них знать! Изучение всех этих слоев поначалу может показаться чем-то чрезвычайно сложным, но, по мере погружения в тонкости проектирования, вы поймете, насколько удобно иметь такие сведения под рукой. Разумеется, мы не можем забывать о том, какие данные, хранящиеся по слоям, будут отправляться на производство. Здесь мы имеем в виду размеры, токопроводящие площадки, шелкографию, позиционные обозначения и многое другое.