Слои (Layers) в системе проектирования печатных плат (PCB) Cadsoft Eagle - весьма критическая часть проекта. Когда Вы готовы сгенерировать документацию для предоставления на завод-изготовитель, то создаваемые Gerbers-файлы получат информацию непосредственно со слоев платы, чтобы точно передать технологическую графику токопроводящих дорожек, отверстий, паяльной маски, шелкографии и контура платы. Для начинающих пользователей проблема в том, что имеется 38 слоев (52 слоя, если это EAGLE Premium), и запомнить, для чего каждый слой используется, довольно трудно. Не беспокойтесь, ниже Вы найдете полный список слоев Cadsoft EAGLE, и информацию о том, для чего они нужны.

Система проектирования печатных плат Eagle использует отдельные изначально заданные слои (layers) для различных целей. В этой статье сделана попытка разъяснить, для чего нужен каждый слой редактора печатной платы (этот редактор еще называется Layout). Слои, которые редко используются в производстве печатной платы, я пометил серым шрифтом. Слои, которые активно используются - выделил желтым фоном.

№	Цвет	Имя	Описание
1		Top	Верхняя сторона печатной платы (PCB). На эту сторону устанавливается большинство крупногабаритных деталей и чаще всего наносится шелкография. С распространением монтажа SMD физические различия слоев TOP и BOTTOM могут быть минимальны, однако термины сохраняются, чтобы различать друг от друга стороны плат.
2		Route2	Внутренний слой печатной платы, который может использоваться для прокладки электрических соединений. Чаще всего эти слои используются в качестве шины земли и питания, с использованием сплошного полигона по размеру платы. Внутренние слои Route2..Route15 используются редко - только для очень сложных плат, так как производство таких плат намного сложнее и дороже, чем двухсторонних (даже двухсторонних 5-го, наивысшего класса точности).
3		Route3	Тоже внутренний слой, см. Route2
4		Route4	-- "" --
5		Route5	-- "" --
6		Route6	-- "" --
7		Route7	-- "" --
8		Route8	-- "" --
9		Route9	-- "" --
10		Route10	-- "" --
11		Route11	-- "" --
12		Route12	-- "" --
13		Route13	-- "" --
14		Route14	-- "" --
15		Route15	Тоже внутренний слой, см. Route2
16		Bottom	Нижняя сторона печатной платы (PCB). См. также слой Top.
17		Pads	Обозначение площадок для ножек штыревых (для которых сверлятся отверстия) компонентов.
18		Vias	Обозначение сквозных переходных отверстий. Переходное отверстие создает электрическое соединение между слоями.
19		Unrouted	В этом слое показаны еще не разведенные медью электрические соединения. Слой используется только для разработки трассировки, для завода производства плат этот слой не нужен.
20		Dimension	На этом слое нарисован контур печатной платы, а также монтажные сквозные отверстия.
21		tPlace	Этот слой задумывался как слой для нанесения шелкографии верхней стороны платы. Я этот слой не использую, использую сгенерированный скриптом слой _tsilk. Если шелкографии нет, то слой в производстве платы не используется. Шелкография часто используется, чтобы наносить на плату различные поясняющие текстовые метки (а иногда и графику, например логотип). Имейте в виду, что шелкография недорога, но приносит значительные удобства, поэтому экономить на ней нет смысла.
22		bPlace	То же самое, что и tPlace, только для шелкографии нижней стороны платы. Я этот слой не использую, использую сгенерированный скриптом слой _bsilk.
23		tOrigins	Отображение крестиков деталей на слое Top. Крестики нужны, чтобы выбрать деталь (или текстовую метку), и потом что-нибудь с ней делать. Если этот слой выключен, то невозможно делать никакие операции с компонентами печатной платы. Для производства слой tOrigins не нужен.
24		bOrigins	То же самое, что и tOrigins, только теперь для нижней стороны платы.
25		tNames	В этом слое размещена информация по позиционным обозначениям компонентов (деталей) верхней стороны печатной платы - например R1, C3 и т. д. В PCAD это соответствует атрибутам RefDes. Иногда слой используется для шелкографии, в этом случае необходимо для каждого компонента применить команду smash (чтобы можно было двигать надписи >NAME отдельно от корпуса). Я этот слой не использую, так как для позиционных обозначений на шелкографии у меня есть слой _tsilk.
26		bNames	То же самое, что и tNames, только теперь для нижней стороны платы.
27		tValues	В этом слое размещена информация по номиналам компонентов (деталей) верхней стороны печатной платы. В PCAD это соответствует атрибутам Value. Иногда слой используется для шелкографии, в этом случае необходимо для каждого компонента применить команду smash (чтобы можно было двигать надписи >VALUE отдельно от корпуса). Я этот слой не использую, так как для позиционных обозначений на шелкографии у меня есть слой _tsilk.
28		bValues	То же самое, что и bValues, только теперь для нижней стороны платы.
29		tStop	Если для платы используется паяльная маска (а это для современных плат почти всегда так), то в этом слое нарисованы окна в паяльной маске для верхнего слоя платы. Там, где нарисовано окно, медь будет облужена. Там, где окна нет, будет защитное покрытие, закрывающее медь (это и есть маска, обычно она зеленого или красного цвета). Окно в маске обычно на 3..4 mil больше размера облуживаемой контактной площадки.
30		bStop	Маска для нижней стороны платы. См. также tStop.
31		tCream	Маска для нанесения паяльной пасты на верхней стороне платы. Используется только в автоматическом монтаже компонентов.
32		bCream	То же самое, что tCream, но теперь для нижней стороны платы.
33		tFinish	Слой предназначен для нанесения так называемых финишных покрытий для платы (золото, серебро, платина). Я этот слой не использую.
34		bFinish	То же самое, что и tFinish, но для нижней стороны печатной платы.
35		tGlue	Маска для нанесения клея на верхней стороне платы. Клей используется для надежной фиксации на плате некоторых компонентов (например, микросхем).
36		bGlue	То же самое, что tGlue, но теперь для нижней стороны платы.
37		tTest	Выравнивающие метки и другая технологическая информация. Здесь задаются контрольные точки для систем автоматического тестирования плат (ICT, In Circuit Test). Я этот слой не использую.
38		bTest	То же самое, что и tTest, но для нижней стороны печатной платы.
39		tKeepout	Информация для автороутера, ограничивающая область прокладки проводников под деталями для верхнего слоя. Например, чтобы проводники не замыкали на металлические части корпуса детали. В PCAD словечко Keepout применяется в несколько ином значении (Polygon Keepout не связан с компонентами и может распространять действие сразу на оба слоя). Можно использовать для обозначения габаритов деталей, чтобы при размещении их на плате все детали поместились.
40		bKeepout	То же самое, что tKeepout, но теперь для нижней стороны платы.
41		tRestrict	То же самое, что и tKeepout, но здесь информация о запрете прокладки трасс не связана с компонентами (деталями). В области tRestrict запрещена прокладка трасс, установка переходных отверстий (via), и отсутствует заливка медью.
42		bRestrict	То же самое, что tRestrict, но теперь для нижней стороны платы.
43		vRestrict	Информация для автороутера - запретные места для переходных отверстий (via).
44		Drills	Обозначение отверстий с металлизацией (обычно для пайки выводов компонентов, переходных отверстий). В таких отверстиях верхний и нижний слои платы соединены медью.
45		Holes	Обозначение отверстий без металлизации (обычно для простых крепежных или направляющих отверстий). Такие отверстия не имеют меди в канале отверстия, и также часто на верхней и нижней сторонах платы возле отверстия медь отсутствует.
46		Milling	Этот слой специально выделен для поддержки производства платы. Например, если нужно сделать продолговатое отверстие, то нужно нарисовать графику на этом слое. Любые внутренние вырезы печатной платы рисуются подобным образом. Имейте в виду, что внешние края платы к слою Milling не относятся, они должны быть нарисованы в слое Dimension. Я слой Milling обычно не использую.
47		Measures	Этот слой можно использовать для проставления размеров на печатной плате.
48		Document	Я этот слой не использую. Слой применяется для документирования чертежей.
49		Reference	Выравнивающие метки, предназначенные для автоматического позиционирования платы на монтажном оборудовании. Я этот слой не использую.
51		tDocu	Я этот слой не использую. Слой применяется для документирования на верхней стороне печатной платы.
52		bDocu	То же самое, что и tDocu, но для нижней стороны печатной платы.
121		_tsilk	Этот слой генерируется скриптом silk_gen.ulp. В него переносится информация со слоев tNames и tValues.
122		_bsilk	Этот слой генерируется скриптом silk_gen.ulp. В него переносится информация со слоев bNames и bValues.

[Подробное описание слоев]

Layer 1: Top. Это первый слой, соответствующий меди на верхней стороне печатной платы. На нем содержатся токопроводящие дорожки, контактные площадки и/или полигоны заливки. На этом слое часто используют генерацию заливки медью с шиной земли (GND copper pour) всех мест, не используемых дорожками, что улучшает экранирование и условия распространения сигналов и питания. Также при создании контактных площадок (pads) компонентов поверхностного монтажа (SMT/SMD) EAGLE по умолчанию использует Layer 1 для выбора мест размещения этих площадок.

Layer 2-15: Route. Это дополнительные слои трассировки, предназначенные для многослойных (многослойной называют плату, у которой кроме слоев Top и Bottom есть и внутренние токопроводящие слои) печатных плат. Если Вы не видите в диалоге управления слоями слоев 2..15, то возможно версия не Premium EAGLE, либо не настроены слои в диалоге DRC -> Layers.

Если Вы планируете разрабатывать многослойную плату, то имейте в виду, что верхние и нижние слои и внутренние слои платы организованы несколько по-другому, не так как в проекте двухслойной платы [2]. Например, создание 4-слойной платы не будет использовать слои 1, 2, 3 и 4. Вместо этого EAGLE будет использовать Layer 1 (Top), 2, 15 и 16 (Bottom), чтобы соединить их друг с другом в стек.

Примечание: подробно настройка слоев двухслойных и многослойных плат описывается в статье [3].

(1*16)

((1*2)+(15*16))

[2:1+((2*3)+(14*15))+16:15]

[2:1+((2*3)+(15*16))]

[2:1+[3:2+(3*4)+5:4]+16:5]

[3:1+2+(3*16)]

Layer 16: Bottom. Также, как Layer 1, этот слой содержит рисунок меди, но на нижней стороне платы. На нижней стороне платы также могут размещаться компоненты SMD, однако с целью удешевления производства для монтажа используют исключительно верхний слой Top.

Layer 17: Pads. Здесь Вы найдете контактные площадки со сквозными отверстиями (through-hole pads), их отверстия окружают колечки из меди (Annular Ring). Когда контактная площадка помещается на этот слой, то annular ring будет на обоих сторонах платы, Top и Bottom. Имейте в виду, что Вам редко понадобится что-либо менять на этом слое, потому что элементы на нем создаются автоматически, когда Вы помещаете на плату компонент со штыревыми выводами.

Layer 18: Vias. Этот слой содержит все переходные отверстия (via), которые предоставляют быстрый путь для соединений сигналов между слоями металлизации. Обратите внимание, что и площадки via, и площадки для вводов со сквозными отверстиями (through-hole pads) выглядят одинаково (хотя имеют обычно разные размеры), поэтому часто полезно скрывать/показывать слои 18 или 17, чтобы понять, какой конкретно объект просматриваете.

Layer 19: Unrouted. Когда Вы только что начали разводку платы, все компоненты будут соединяться друг с другом тонкими желтыми линями, обозначающими не разведенные сигнальные цепи. Эти линии также называются ratsnest (и они оптимизируются командой rat в консоли). Пока цепь не разведена полностью, в слое Unrouted будет присутствовать графика этой цепи в виде тонких желтых линий.

Layer 20: Dimension. Слой Dimension служит нескольким целям, главная из которых - обозначить внешние края платы. Другая функция состоит в том, что можно использовать этот слой в правилах проекта, чтобы удерживать заливку медью (copper pour) на определенном расстоянии от края платы.

Некоторые заводы используют слой Dimension для генерации Gerber-файла с информацией о контуре платы. Эта информация используется в производстве для обрезки материала и для организации производственной панели.

Layer 21-22: tPlace/bPlace. Эти два слоя содержат информацию для шелкографии для верхней и нижней стороны платы, где содержатся в основном контуры устанавливаемых компонентов, и данные об их позиционировании. Будьте осторожны с этим слоем, и не помещайте графику шелкографии на какие-нибудь области, где осуществляется пайка. Иначе есть риск появления некачественной пайки или даже замыканий шариками олова.

Альтернативно этим слоям рассмотрите размещение дополнительной шелкографии на слое Layer 51: tDocu, куда можно вставлять свои персональные ссылки. Этот слой не будет включен в данные для производства или напечатан на PCB, так что Вы можете размещать на нем любую подробную описательную информацию. Однако если Вы хотите добавить дополнительную графику, не относящуюся к обычной шелкографии (наподобие текста или логотипа), то используйте для этого слои Layer 21-22.

Layer 23-24: tOrigins/bOrigins. На этих двух слоях содержатся геометрические точки привязки компонентов (component origins), за которые их можно перетаскивать. Точки привязки обозначаются крестиками.

Если Вы захотите зафиксировать позиции компонентов, чтобы защитить их от случайного перемещения, то запретите слой tOrigins (для верхнего слоя) или bOrigins (для нижнего слоя). Если точки привязки не видны, то нельзя перемещать компоненты, так что можно спокойно сфокусироваться на аспектах трассировки проводников платы.

Layer 25-26: tNames/bNames. Как подсказывает имя этих двух слоев, на них содержатся имена (т. е. позиционные обозначения) компонентов платы. Каждый компонент на плате имеет уникальное имя (которое также называют reference designator, RefDes), наподобие R1, C1, D1 и т. п.

Не нужно особенно беспокоиться о назначении имен, потому что они генерируются автоматически при размещении в схеме нового компонента (при этом компонент также попадает и на плату). Однако полезно упорядочить имена (это делается через меню Tools -> Renumber parts... редактора схем), и привести текст имен на плате в одинаковую ориентацию, чтобы упростить их чтение, и можно было проще идентифицировать компоненты.

Layer 27-28: tValues/bValues. Имена слоев снова нам подсказывают, что на этих двух слоях содержится информация о параметрах (номиналах и типах) компонентов. Например, резистор характеризуется своим сопротивлением, и ему соответствует обозначение величины наподобие 10K. Конденсатор может иметь обозначение емкости наподобие 0.1uF.

Многие разработчики не помещают в шелкографию информацию с этих слоев, и открывают соответствующие файлы Bill of Materials (BOM), где по именам ищут информацию о номиналах компонентов. Однако если Вы планируете разработать плату для отладочного кита или для самостоятельной сборки, то будет очень полезно добавить на плату информацию шелкографии со слоев tValues/bValues. Это значительно упрощает процесс сборки и отладки.

Layer 29-30: tStop/bStop. Эти два слоя показывают, где в каких местах должна быть наложена паяльная маска. Когда размещают на плату либо компонент со штыревыми выводами либо компонент поверхностного монтажа, посадочные места этих компонентов также содержат графику окон в паяльной маске на этих двух слоях.

Определяемые области на слоях tStop/bStop задают те места, где не должна находиться паяльная маска, т. е. это те места, где осуществляется пайка или откуда отводится тепло.

Layer 31-32: tCream/bCream. Эти слои содержат все данные о местах нанесения паяльной пасты для компонентов поверхностного монтажа (SMD). Этот слой обычно предоставляется заводу, который занимается автоматической сборкой, чтобы он смог создать шаблоны для нанесения паяльной пасты перед установкой компонентов на плату.

Когда на плату размещаются компоненты SMD, автоматически генерируется соответствующая информация об области нанесения паяльной пасты. Однако если Вы самостоятельно создаете посадочное место для компонента поверхностного монтажа (SMD footprint), то убедитесь, что область нанесения паяльной пасты (cream area) немного меньше окна в паяльной маске (soldermask), так что эти два материала не должны пересекаться.

Layer 33-34: tFinish/bFinish. Эти два слоя содержат данные о любом виде специальной финишной подготовки поверхности платы, наподобие покрытия золотом (plated gold), серебрение или слой карбона. Также этот слой может содержать данные о специальных площадках, требующих покрытия иммерсионным золотом.

Следует иметь в виду, что этот слой не генерируется автоматически, поэтому графику в нем требуется нанести (при необходимости) самостоятельно. Однако если Вы только начинаете разрабатывать платы, и делаете это для хобби, то скорее всего эти слои не нужны, так как дополнительная специальная финишная обработка слишком дорогое удовольствие.

Layer 35-36: tGlue/bGlue. Эти два слоя содержат информацию о местах на верхнем и нижнем слое, где должна быть наложен шаблон клеевой маски (glue mask). Эта маска полезна для надежного крепления компонентов, которые испытывают слишком большие механические нагрузки - такие как переключатели, джеки или коннекторы.

Клей обычно накладывается производителем в одну точку, находящуюся в центре маленького компонента, либо используется несколько точек, если компонент большого размера, например сложная микросхема (IC). Также, как и со слоями финишного покрытия, графика слоев tGlue/bGlue не создается автоматически, поэтому при необходимости Вам нужно определить места нанесения клея вручную.

Layer 37-38: tTest/bTest. По окончании производства (в результате которого получается пустая плата) и сборки (установки и пайки компонентов на плату), плата должна быть протестирована на отсутствие коротких замыканий. Эти два слоя служат для указания этих специальных тестовых точек на верхней и нижней сторонах платы. Плата тестируется на специальном оборудовании ICT (In-Circuit Test).

Cadsoft EAGLE поставляется с библиотеками, в которых имеются тестовые площадки, которые можно свободно использовать для быстрой установки на плату. Выполните поиск слова "test" в диалоге Add EAGLE, затем перейдите в категорию testpad. Там найдете различные тестовые площадки, которые можно добавить для компонентов со штыревыми выводами или компонентов поверхностного монтажа.

Layer 39-40: tKeepout/bKeepout. Эти два слоя помогут удержать положение компонентов и дорожек на определенном расстоянии от разных объектов. С помощью графики в этих слоях инструмент Design Rule Check (DRC) позволит автоматически проверить, все ли компоненты платы находятся в определенных границах, и если это не так, то будут выданы сообщения об ошибке.

Layer 41-43: tRestrict/bRestrict/vRestrict. Слои tRestrict и bRestrict обозначают места, где медь должна быть удалена из разводки на плате. По умолчанию, когда Вы заполняете полигон на меди в слоях restrict, то в этой запрещенной области удаляются любые участки медной фольги.

Эти слои также полезны при использовании автороутера в EAGLE, так как графика в restrict-слоях управляет поведением автороутера, когда он находит пути для прокладки трасс проводников (в заданных областях запрещается прокладка трасс). Слой vRestrict показывает месте, где нельзя устанавливать переходные отверстия (via), и этот слой не дает автороутеру размещать via в заданных областях.

Layer 44: Drills. Этот слой содержит все данные для сверления отверстий в плате, таких как отверстия для штыревых выводов компонентов (through-hole pad) и переходных отверстий (via). Т. е. это отверстия, которые содержат на своих стенках металлизацию. Этот слой также полезен, когда нужно добавить отверстие для заземляющего винта, соединяющего цепь земли платы с металлическим шасси.

Layer 45: Holes. Этот слой подобен слою Drills, но он содержит информацию о тех отверстиях, которые не служат для соединения цепей на разных слоях (не содержат металлизации). Эти отверстия обычно предназначены для механического крепления платы или компонентов на ней.

Layer 46: Milling. Этот слой выделен для прорезей, внутренних вырезов и других видов обработки края платы. Имейте в виду, что этот слой не предназначен для указания размеров платы; для размеров платы предназначен слой Layer 20 Dimension. И в отличие от слоя Dimension, которые может взаимодействовать с правилами дизайна (design rules, проверка DRC), слой Milling работать с правилами не может.

Layer 47: Measures. Этот слой содержит все обозначения размеров, которые требуются для платы, наподобие длины и ширины платы, или даже расстояние между критичными компонентами. Имейте в виду, что информация в этом слое предназначена для Вашего персонального использования, и производителю плат она не нужна.

Layer 48: Document. Этот слой предназначен для любой дополнительной документации по печатной плате. Рекомендуется добавить в этот слой замечания по производству наподобие:

• Толщина платы.
• Требования к стеку слоев [2].
• Цвета паяльной маски и шелкографии.
• Желаемый тип медного покрытия и его толщина.
• Спецификации по управлению импедансом.
• Специальные требования к финишному покрытию, если таковые есть.

Layer 49-50: ReferenceLC/ReferenceLS. Эти два слоя содержат маркеры привязки (fiducials marks) платы. Никогда про это не слышали? Это прост маленькие маркеры, которые наносятся на верхнюю и нижнюю сторону платы, что позволяет автомату для размещения компонентов (pick and place machine) распознать ориентацию платы и точно её позиционировать в физическом пространстве. Как минимум для этой цели рекомендуется использовать 2 маркера, но большинство производителей хотят видеть еще и третий маркер.

Layer 51-52: tDocu/bDocu. Это два слоя для документирующий информации на верхней и нижней сторонах платы. Эти слои не включаются в файлы производства, однако они полезны для хранения информации о дизайне. Здесь можно разместить такие данные, как механические размеры компонентов и их корпусов.

[Ссылки]

1. Every Layer in Autodesk EAGLE and What You Need to Know About Them site:autodesk.com.
2. Eagle: правильное создание стека слоев печатной платы.
3, Eagle: настройка правил Design Rules.