引言

歡迎閱讀這篇全面的 Altium Designer PCB 佈局教學。本指南提供完整的逐步指導，幫助您將完成的原理圖設計轉換為專業、可用於生產的印刷電路板。無論您是第一次設計 PCB 還是正在提陞技能，本教學都將透過實際操作範例涵蓋每個關鍵步驟。

Altium Designer 是一款業界標準的 PCB 設計軟體，深受全球數千名工程師和企業的信賴。其強大的功能可幫助使用者有效地設計從簡單的雙層板到複雜的多層系統。本教學將以一個真實的穩壓器專案為例，重點介紹實用方法，確保您理解每個步驟及其背後的原理。

你將學到什麼

完成本教學後，您將掌握：

• 從原理圖到生產文件的完整PCB佈局工作流程
• 使用工程變更單 (ECO) 將原理圖匯入 PCB 編輯器
• 為實現最佳佈線和訊號完整性，進行策略性元件佈局
• 為確保可製造性而進行的設計規則配置
• 手動和互動式路由技術
• 接地平面形成和銅澆注管理
• 設計規則檢查 (DRC) 驗證和違規解決
• 3D可視化和最終製造文件準備

條件：

在開始本教學之前，請確保您已具備以下條件：

• Altium Designer 已安裝（建議版本 20 或更高版本）
• 具備電子原理圖和元件符號的基本知識
• 已完成原理圖設計，可進行PCB佈局。
• 熟悉 Altium Designer 介面（有幫助但非必要）
• PCB製造商的設計規格（走線寬度、間距、過孔尺寸）

專案概覽範例

本教學使用一個實際範例：一個簡單而完整的LM7805穩壓電路。本專案示範了所有基本的PCB佈局概念，同時又易於初學者理解。此電路可將較高的直流電壓（7-35V）轉換為穩定的5V輸出，這是許多電子專案中常見的需求。此外，本教學也詳細介紹如何使用和操作Altium Designer軟體，並討論了其不同的功能和特性。

項目規格：

• 電路：LM7805線性穩壓器，含輸入/輸出濾波功能
• 元件：約10-15個元件，包括積體電路、電容器、電阻器、發光二極體等。
• 電路板尺寸：50mm × 40mm（緊湊型設計，適合原型製作）
• 層數：2層設計（頂層和底層銅層）
• 難度：既適合初學者，又能展現專業技巧

建立新的PCB文檔

PCB佈局的第一步是在現有的Altium Designer專案中建立一個新的PCB文件。此PCB文件將連結到原理圖，從而可以透過工程變更單系統自動同步元件和連接。您可以使用Altium Designer中的「建立專案」對話方塊（「檔案」»「新建」»「專案」）建立新專案。

在現有專案中新增PCB

在「專案」面板（通常位於 Altium 介面的左側）中，您可以看到專案結構，包括原理圖檔案。要新增的 PCB 文檔，請右鍵單擊面板頂部的項目名稱。在出現的上下文選單中，導航至“新增至項目”，然後選擇“PCB”。 Altium 將會建立一個空白的印刷電路板文件並將其新增至您的專案結構。

立即將此新的 PCB 檔案儲存，並使用與您的專案名稱相符的描述性名稱。例如，如果您的專案名為“Voltage_Regulator”，則將 PCB 檔案命名為“Voltage_Regulator_PCB.PcbDoc”。將其保存在與原理圖相同的目錄中，以便更好地組織專案文件。這種命名規則有助於在管理多個設計文件時保持清晰明了。

了解PCB編輯器介面

啟動 PCB 編輯器後，您會看到一個黑色的工作區（預設背景色，可在首選項中配置）。介麵包含幾個關鍵元素：位於中央的主工作區，用於設計 PCB；左側的「項目」面板，顯示項目結構；PCB 面板（通常位於右側），可快速存取圖層和物件；「屬性」面板，用於檢視和編輯物件屬性；以及位於底部的「訊息」面板，用於顯示警告和錯誤訊息。

頂部工具列包含常用的佈局、佈線和檢視命令。請熟悉工作區底部的圖層標籤。這些標籤可讓您在銅層、絲網、阻焊層和其他印刷電路板層之間快速切換。最底部的狀態列顯示遊標座標和當前活動圖層，這些資訊在佈局工作中至關重要。

將原理圖導入PCB佈局

Altium Designer 中的工程變更單 (ECO) 系統可確保原理圖和 PCB 之間的精確同步。此過程會將所有元件、連接（網路）、設計規則和其他原理圖資訊轉換為 PCB 環境中的信息，從而在整個專案生命週期中保持設計的完整性。

設計 → 從原理圖匯入更改

啟動您的PCB文檔（如果開啟了多個文檔，請點擊其標籤頁），導覽至頂部功能表列中的「設計」功能表。選擇“從[您的專案名稱].PrjPcb匯入變更”。項目名稱將與您的實際項目名稱一致。此操作將啟動ECO流程，將您的原理圖與目前PCB狀態進行比較，並確定需要新增、刪除或修改的內容。

工程變更單對話方塊將會出現，其中列出了將應用於您的 PCB 的所有變更。這是一個關鍵的審核階段——請務必花時間了解 Altium 識別的所有變更，然後再繼續執行。

工程變更單（ECO）審查

ECO對話方塊以結構化格式顯示變更。 「添加元件」部分列出了原理圖中將添加到PCB的每個元件——請確認所有預期元件都已存在（集成電路、電阻器、電容器、連接器等）。檢查元件識別碼（U1、R1、C1等），確保沒有遺漏任何元件。

「新增網路」部分顯示原理圖中的所有電氣連接。每個網路名稱對應於電路中的一個連接（VCC、GND、訊號名稱等）。警告訊息以黃色顯示—這些通常表示一些小問題，例如引腳未連接。錯誤訊息以紅色顯示，必須在繼續操作之前解決。常見的警告包括集成電路 (IC) 上的電源引腳未連接，這可能是您設計中的有意為之。

在執行變更之前，請按一下對話方塊底部的「驗證變更」按鈕。這將對可能阻止成功導入的任何問題進行最終檢查。綠色對勾錶示驗證通過。如果發生錯誤，請返回原理圖進行修正，然後重新開始匯入程序。

執行變更

驗證成功後，點選「執行變更」按鈕。 Altium 會處理每一項更改，並將元件和網路新增至您的 PCB 中。匯入過程中，您會看到進度指示器。完成後，原理圖中的所有元件都會出現在 PCB 工作區中，最初會堆疊在一起，形成一個名為「空間」的矩形區域。

連接元件焊盤的細白線或灰線（俗稱「鼠窩線」）會變得清晰可見，它們代表原理圖中的電氣連接。這些線指示了佈線過程中哪些焊盤需要用銅線連接。在整個佈局過程中，「鼠窩線」起到視覺引導的作用，隨著每個連接的完成而逐漸消失。

電路板形狀和配置

定義電路板的物理輪廓並配置基本參數是PCB佈局的基礎。電路板形狀決定了所有元件和佈線必須遵循的物理邊界，而電路板屬性則影響製造可行性和電氣性能。

定義董事會大綱

電路板輪廓定義了最終PCB的物理形狀和尺寸。在本教程中，我們將建立一個簡單的50mm × 40mm的矩形電路板。導覽至“設計”選單，選擇“電路板形狀”，然後選擇“從選定物件定義”。或者，您也可以使用「放置」→「線條」手動繪製輪廓，並確保從圖層下拉選單中選擇「電路板層」（也稱為「禁止顯示層」）。

要手動繪製矩形輪廓，請單擊所需電路板形狀的第一個角，移動到第二個角並單擊，然後繼續沿矩形繪製，在最後一個角雙擊以閉合形狀。 Altium 會將此閉合邊界識別為電路板邊緣。輪廓線顯示為具有特殊外觀的粗線，與常規走線不同。此邊界創建了一個禁區，防止元件和走線放置在電路板區域之外。

電路板設定和屬性

透過「設計」→「電路板選項」存取精確的電路板配置。此對話方塊可全面控制電路板尺寸、網格設定和顯示首選項。如果您手動繪製了輪廓或需要調整現有輪廓，請精確設定電路板尺寸。對於我們的項目，請確保尺寸為 50mm 寬 × 40mm 高。

網格設定對元件佈局和佈線效率影響巨大。一般PCB設計建議使用25 mil（0.635毫米）或50 mil（1.27毫米）的網格。元件焊盤通常位於50 mil或100 mil的中心距，因此使用相容的網格值可確保輕鬆對齊。您可以根據元件庫和個人偏好設定所需的單位（毫米）。大多數現代設計都採用公制（毫米）尺寸。

啟用 “對齊網格” 為了使元件放置和佈線更加可控和專業。當需要精細定位時，您可以在放置或移動物件時按住 Ctrl 鍵，暫時停用網格對齊。

圖層堆疊管理器

層疊結構定義了PCB的物理結構，包括銅層數量、厚度以及層間絕緣介質材料。您可以透過「設計」→「層疊管理器」存取此關鍵配置。對於我們的雙層板，層疊結構由頂層銅層、中間介質材料（通常為FR-4玻璃纖維）和底層銅層組成。

將銅箔厚度設定為 1 盎司（35 微米），這是大多數 PCB 製造商的標準厚度，可為典型電路提供良好的載流能力。雙層板的介質層厚度通常為 1.6 毫米（總板厚），其中 FR-4 芯材佔據了大部分厚度。 FR-4 材料在 1 MHz 頻率的介電常數 (Er) 約為 4.5，這對於高頻設計很重要，但對於我們的電壓調節器而言則不那麼關鍵。

仔細閱讀PCB製造商的規格說明，確保您的疊層結構符合他們的生產能力。一些製造商對銅箔的最小厚度（小於1盎司）或最大厚度有嚴格要求。從一開始就正確配置疊層結構可以避免日後代價高昂的重新設計。

制定設計規則

設計規則是PCB可製造性和電氣性能的基礎。這些規則定義了走線寬度、物件間距、過孔尺寸和其他重要參數的約束條件。正確的設計規則配置可以避免製造問題，並確保電路板能夠可靠地生產。 Altium的設計規則系統採用優先權層級結構，當出現衝突時，更具體的規則會覆寫通用規則。

開啟設計規則對話框

透過以下方式存取綜合設計規則系統 設計 → 規則。 “設計規則”對話方塊打開，左側以樹狀結構顯示規則類別。類別包括：電氣（用於訊號完整性）、佈線（用於走線和過孔）、製造（用於製造約束）、高速（用於阻抗控制）、佈局（用於元件間距）和訊號完整性（用於進階模擬）。

每條規則都有一個優先權值－當多條規則可以套用於相同物件時，優先權較高的規則優先。這種層級結構可讓您為網路或元件類別設定通用預設值（低優先順序）和特定例外情況（高優先順序）。

需要配置的關鍵規則

在開始佈局工作之前，需要先配置幾項規則。其中最關鍵的規則會影響可製造性和電氣安全性。每家PCB製造商都會公佈其設計能力—請使用這些規範來正確設定您的規則。

A. 間隙限制

間距是指銅質物件（例如走線、焊盤、多邊形等）之間的最小距離。在規則樹中，依序導航至「佈線」→「間距」。根據製造商的製程能力設定最小間距值，通常標準製程為 0.2 毫米（8 mil），高級製程為 0.15 毫米（6 mil）。此間距可避免製造和運作過程中發生電氣短路。

考慮為不同的電壓等級建立不同的間隙規則。高壓電路（高於 50V）需要更大的間隙以防止電弧產生。您可以透過定義網路類別（例如，包含 VCC 和 VIN 的「電源網路」）並為這些類別套用不同的間隙值來建立特定於網路的規則。對於我們的 5V 穩壓器，標準間隙足以滿足所有網路的需求。

B. 寬度約束

走線寬度規則定義了佈線走線的可接受尺寸。請導航至“佈線”→“寬度”。對於訊號走線，最小寬度設定為 0.15 毫米（6 mil），首選寬度設定為 0.25 毫米（10 mil），最大寬度設定為 2 毫米。首選寬度是 Altium 在互動式佈線期間預設使用的寬度——選擇 0.25 毫米可以在載流能力和空間效率之間取得良好的平衡。

電源走線需要特別考慮。應為電源網路（VCC、VIN、VOUT、GND，如果未使用覆銅）制定單獨的寬度規則。最小寬度設定為 0.5mm，建議寬度為 0.8mm 至 1mm，最大寬度為 2mm 或更寬。更寬的走線可以降低電阻和電壓降，這對電源分配至關重要。應根據預期電流，使用 IPC-2221 標準或線上走線寬度計算器來計算所需的走線寬度。

C. 路由方式

過孔連接不同銅層之間的走線。導覽至「佈線」→「佈線過孔樣式」以配置過孔參數。將過孔直徑（孔周圍的銅焊盤）設定為 0.6 毫米，將過孔尺寸（穿過電路板的孔）設定為 0.3 毫米。此配置可提供 0.15 毫米的環形銅邊（鑽孔後孔周圍剩餘的銅），滿足大多數製造商的最小要求。

較大的過孔（直徑 0.8 毫米/孔徑 0.4 毫米）具有更高的可靠性和載流能力，但會佔用更多電路板空間。較小的過孔（直徑 0.4 毫米/孔徑 0.2 毫米）可以節省空間，但可能會增加製造成本。對於我們這款簡單的雙層板，0.6 毫米/0.3 毫米的過孔尺寸實現了良好的平衡。

D. 生產規則

製造規則確認您的設計可以可靠地製造出來。將最小環形圈厚度設定為 0.15 毫米。 （製造→最小環形圈）這樣可以確保鑽孔周圍在製造公差範圍內保留足夠的銅。配置孔徑限制 （製造→孔徑） 最小直徑 0.2 毫米，最大直徑 6 毫米，以配合典型鑽頭的性能。

設定孔間隙 （製造→孔間距） 至少保持 0.5 毫米的間距。此間距可防止製造過程中鑽頭斷裂，並確保電路板具有足夠的強度。務必參考您選擇的 PCB 製造商的設計規範，並制定符合或高於其要求的規則。

元件佈局策略

元件佈局是印刷電路板設計中最關鍵的環節之一。佈局不當會導致佈線困難甚至無法佈線，並可能引發訊號完整性問題、電磁幹擾和散熱問題。良好的佈局則能簡化佈線流程，並提升電路板效能。在開始佈線之前，請務必花時間仔細規劃元件佈局。這樣做比佈線開始後再移動元件要容易得多。

組織組件（房間）

從原理圖匯入後，所有元件都堆疊在一個矩形「房間」輪廓中。如果尚未激活，請切換至 2D 佈局模式（視圖 → 切換到 2D 佈局或按“2”鍵）。 「房間」功能會將匯入的元件初始集中在一起。要開始放置組件，您需要先將它們分散開來，以便於操作。

使用 工具 → 組件放置 → 排列 Altium 會自動將元件分佈在工作區中。它會將組件以網格狀模式分佈在電路板輪廓之外，使所有部件清晰可見，方便您抓取和定位每個組件。您也可以手動將組件逐一拖出工作區。

運動和旋轉部件

要移動組件，只需單擊並將其拖曳到所需位置即可。組件預設會吸附到網格上，方便對齊。拖曳組件時，按住滑鼠左鍵。 空白鍵 旋轉它 以90度為增量繼續按下空白鍵，直到元件方向符合您的需求。大多數矩形元件（例如積體電路）應與電路板邊緣對齊，而電容器等元件可能需要旋轉以優化佈線。

為了精確定位，請按 TAB 拖曳組件即可開啟其屬性面板。在這裡，您可以輸入精確的 X 和 Y 座標，將旋轉角度設為任意角度（不僅限於 90 度增量），並調整其他參數。這在對稱放置組件或按特定測量距離放置組件時尤其有用。

使用 視圖 → 網格 → 對齊 使用“網格”切換網格對齊。需要進行小數定位時，可暫時停用對齊，進行常規放置時再重新啟用。使用“網格”可水平或垂直對齊多個組件。 編輯 → 對齊 → 左對齊/右對齊/上對齊/下對齊 按住Shift鍵選擇組件後。

標識符和網版印刷調整

每個元件都有一個標識（R1、C1、U1 等），顯示在絲網印刷層上。這些文字標籤對於電路板組裝和故障排除至關重要，但如果位置不當，會使佈局顯得雜亂。按一下並拖曳標識即可將其獨立於其所屬元件移動。將標識放置在清晰可讀但又不與焊盤、走線或其他元件重疊的位置。

元件標識位於頂層（或底層，如果元件位於最底層）。請確保所有元件標識清晰可見且方向正確－水平方向的文字最易於閱讀。如果電路板上的元件標識過於密集，可以考慮將部分標識移至底層絲網印刷層，但這會使組裝驗證略微複雜一些。

檢查標識符的字體大小（通常為 1 毫米至 1.5 毫米高）以確保清晰易讀。過小的字體（小於 0.8 毫米）可能難以清晰列印。過大的字體會浪費電路板空間。當您需要簡潔的佈局視圖時，可以使用「視圖」→「顯示」→「標識符」來切換標識符的可見性。

最終組件排列

對於我們的穩壓器電路，優化後的佈局將LM7805積體電路放置在電路板中心，以實現最佳散熱。輸入電容（C1、C2）緊鄰積體電路的輸入接腳（接腳1），從而最大限度地減少高頻電流迴路。基於同樣的原因，輸出電容（C3、C4）也靠近積體電路的輸出接腳（接腳3）。

輸入連接器 (J1) 位於電路板左側邊緣，輸出連接器 (J2) 位於右邊緣。 LED 指示燈元件（LED1、R1）位於輸出部分附近。所有元件的接地連接形成一條自然的迴路，在接下來的章節中，我們將使用接地層而不是單獨的走線來連接這條迴路。

在進行佈線之前，請先檢查以下事項：所有元件均位於電路板輪廓內；功能相關的元件已分組；訊號流向符合邏輯；迴線交叉最少；所有標識清晰可讀且位置正確。佈線完成後再進行佈局變更既耗時又令人沮喪，因此現在投入時間進行優化佈局是明智之舉。

PCB佈線－連接元件

佈線會根據電路原理圖建立銅線，將元件焊盤進行電氣連接。至此，您的電路設計轉換為物理現實。 Altium 提供強大的互動式佈線工具，兼顧手動控制和智慧輔助功能。

瞭解路由層

我們的雙層電路板有兩個銅箔佈線層：頂層（通常顯示為紅色）和底層（通常顯示為藍色）。佈線過程中，按“+”鍵可在頂層和底層之間切換；按“-”鍵可在底層和頂層之間切換。 Altium 會在切換點自動放置過孔。

手動路由基礎知識

可透過「路線」→「互動式路線」或以下方式存取互動式路線規劃： Ctrl+W。 點擊任意未佈線的焊盤即可從該點開始佈線。佈線過程中按空白鍵可在三種佈線模式間切換：90 度角、45 度角和任意角度佈線。專業電路板建議僅使用 45 度角佈線。

佈線電源和接地線

電源分配走線承載更高的電流，因此需要更寬的走線。首先佈線這些走線，走線寬度使用 0.8 毫米至 1.0 毫米。佈線時按 TAB 鍵可開啟屬性並修改寬度值。

創建接地平面（銅澆注）

接地層是一大片與地面連接的銅層，它提供低阻抗回流路徑並降低電磁幹擾。我們不採用單獨佈線的方式，而是創建一個銅層，自動連接所有接地焊盤。

定義地面多邊形

透過「放置」→「多邊形填滿」或按 P 鍵再按 G 鍵來使用多邊形填滿功能。在畫板週長周圍按一下以定義填滿區域。雙擊以完成多邊形並開啟屬性對話框。

配置多邊形屬性

將網路設為“GND”以將此多邊形接地。將圖層設定為“頂層”。選擇「散熱連接」作為連接樣式，以建立焊接所需的散熱連接。將間隙設定為 0.2 毫米。

澆鑄銅

右鍵點選多邊形輪廓，然後選擇「多邊形動作」→「全部重新填滿」。接地層將填充可用的電路板區域，避開不相容的對象，同時連接到所有接地焊盤。

透過過孔連接接地層

設定縫合過孔，將上下接地層電氣連接起來。在電路板上以規則的間隔（每 10-20 毫米）設置過孔，尤其是在 IC 接地引腳附近。

設計規則檢查（DRC）和驗證

設計規則檢查 (DRC) 可在製造前識別違規行為。務必確保電路板的 DRC 錯誤數為零，否則不得將其送到製造。

執行設計規則檢查

透過「工具」→「設計規則檢查」存取 DRC。確保所有類別均已啟用。按一下“執行設計規則檢查”開始驗證。

審查剛果民主共和國違規行為

「訊息」面板顯示所有違規訊息。點擊任何違規資訊即可放大查看問題位置，並以高亮標記突出顯示。

糾正常見違規行為

透過移動走線來解決間距違規問題。透過調整走線寬度屬性來解決寬度違規問題。完成所有未佈線的連接。調整過孔位置以解決過孔違規問題。

實現零DRC錯誤

持續修復違規並重新執行設計規則檢查 (DRC)，直到「訊息」面板顯示零錯誤為止。驗證所有網路均已佈線，且無任何冗餘線路。

添加最後潤色和文檔

新增安裝孔

使用「放置」→「墊片」功能，在電路板的四個角落放置安裝孔。對於 M3 螺絲，請使用 3.2 毫米的孔徑。孔的位置應距離電路板邊緣至少 3-5 毫米。

網版印刷文字和訊息

使用“放置”→“在頂層疊加層添加字串”功能添加識別資訊。資訊應包括電路板名稱、版本號、日期和規格。確保文字清晰可讀（最小高度為 1 毫米），且不與焊盤重疊。

板材邊緣和尺寸標記

在“機械1”圖層上使用“放置”→“尺寸標註”→“線性尺寸標註”添加尺寸標記。這有助於驗證電路板尺寸並輔助外殼設計。

核實絲印清晰度

使用「檢視」→「連接」→「顯示焊盤」檢查絲網印刷是否與焊盤重疊。將任何衝突的文字移動到空白區域。

3D可視化與審查

3D視圖配置設定

2D 和 3D 視圖模式均位於「視圖配置」面板中。若要顯示該面板，請執行下列操作。按下 L 快捷鍵； 使用軟體右下角的「面板」按鈕；或者 選擇“視圖”»“面板”»“視圖配置”選單項切換到 3D 佈局模式後，在「視圖配置」面板的「視圖選項」標籤中，將提供更多用於控制電路板 3D 顯示方式的選項。

切換到 3D 視圖

按“3”或選擇 查看 → 切換到 3D 模式。 使用滑鼠旋轉（左鍵拖曳）、平移（右鍵拖曳）和縮放（滾輪）從任何角度進行查看。

檢查組件高度和間隙

在三維視圖中檢查元件間距。確保較高的元件不會造成乾涉。測量電路板的最大高度，檢查設計是否適合預定的外殼。

3D匯出選項

使用「檔案」→「匯出」→「STEP」匯出機械CAD軟體所需的3D模型。機械工程師使用這些匯出檔案進行外殼設計和組裝驗證。

雙擊新增的 STEP 匯出輸出或啟動「檔案」»「匯出」»「STEP 3D」指令即可存取「匯出選項」對話框，其中提供了一系列選擇，包括用於確定哪些板物件將包含在產生的檔案中的選項。

生產前的最終檢查

完整設計清單

產生生產文件前，請先核對每項內容：

• 所有組件的放置都符合邏輯。
• 所有網路已路由，無死角
• 兩層均設有接地層，並有縫合過孔。
• DRC 通過，無錯誤。
• 網版印刷標示清晰可讀
• 安裝孔位置正確
• 電路板尺寸正確
• 3D視圖已驗證

產生製造文件

透過以下方式產生 Gerber 文件 文件 → 製造輸出 → Gerber 文件和 NC 鑽孔文件（透過文件 → 製造輸出 → NC 鑽孔文件）具體要求請諮詢製造商。

保存和備份項目

儲存所有文件 Ctrl+Shift+S。 使用「專案」→「歸檔專案」建立完整的專案歸檔，用於備份或協作。

結語

恭喜您完成這篇全面的PCB佈局教學！您已經學習了從原理圖匯入到生產準備的完整工作流程。這些基本技能，包括策略性佈局、專業佈線、接地層實現和全面的驗證，構成了專業PCB設計的基礎。繼續透過設計各種電路來提升您的技能。研究專業設計，加入PCB社區，並回顧您已製造的電路板，從成功和失敗中學習經驗教訓。

感謝您學習本教學。下一步：運用所學知識，從頭到尾設計您自己的電路板。祝您PCB設計之旅一切順利！