PCB正片和负片的区别与使用

前言

自从我开始画板以来，一直搞不太清PCB正片和负片是什么意思，两者有什么不同，困惑至今，网上也是众说纷纭，但总觉得没完全讲清楚正片和负片的种种，这里我做了一些功课，想把PCB正片和负片彻底弄明白。

一. 正片设计与负片设计

1.1 正片设计

正片设计默认是无铜的，走线和铺铜的地方意味着这里的铜保留，没有走线和铺铜的地方铜被清除。正片设计示例如下：

正片是默认的设计方式，不需要额外设置。

1.2 负片设计

和正片设计相反，负片设计默认是有铜的，走线和铺铜的地方意味着这里的铜被清除，没有走线和铺铜的地方铜被保留，

要使用负片设计，需要指定相关层为负片层，

在Allegro的Cross section Editor（层叠编辑器）中指定Layer的类型，Conductor表示正片，Plane表示负片。

在AD的Layer Stack Manager（层叠管理器）中指定Layer的类型，Signal表示正片，Plane表示负片。

同软件的不同版本/不同软件中指代正片负片的单词都不一样，但大多用信号(Signal)/导体(Conductor)这些单词表示正片，用平面(Plane)表示负片。这也契合正负片设计的使用场合——信号/走线多的层用正片设计，平面多时层用负片设计。

一般来说，顶层和底层都是走线层，走线多，使用正片设计，逻辑清晰；内层的电源层/地层不走信号，而是要大面积铺铜，这时采用负片设计，就只需要指定哪些地方不铺铜即可，比正片设计那样一块块画铜皮要方便些，一个典型的采用负片设计的电源层示例如下图。

用闭合的隔离线将整个平面划分成5个区域，电源区域划分与铺铜就完成了，好像比正片设计简单。但这是理想情况，如果板上有PE，使用负片设计就不能这么简单的划分电源和地了，而是需要把PE的区域挖空隔离出来。这个工作量就和正片设计（一块块铺铜）相差无几了。

1.3 正负片设计的一些其它区别

1.在十几年前，那时候的电脑性能较差，PCB设计软件在铺铜时，只能铺静态铜，意思是，如果原本一块铜上有几个过孔（像DIP封装的器件管脚），铜已经避让过孔了，但现在要移动这些过孔，铜皮并不能智能的重新避让这些过孔，而是需要删掉原来的铜皮，重新铺。所以，那时候使用正片设计时，每次移动过孔都需重新铺铜，很不方便，而使用负片设计，则不需要重新铺铜，方便很多。但现在，电脑性能和PCB软件性能都有了大的飞跃，软件都支持动态铜了，使得正片设计的铜皮能自动避让过孔，所以负片设计的这一点优势已经不存在了。

2.在设计通孔焊盘时，正片设计和负片设计需要的焊盘数不同。如果仅采用正片设计，则通孔焊盘仅需要绘制Regular Pad即规则焊盘，如果使用了负片设计，则通孔焊盘需要额外添加Thermal Pad（热风焊盘，俗称花焊盘）与 Anti pad（隔离焊盘），对比规则焊盘，这两个焊盘还不是那么好画。无疑，负片设计增加了画通孔器件封装的复杂度与工作量。下两图分别展示了焊盘的构成和Allegro焊盘编辑器设计焊盘的界面，以说明花焊盘和隔离焊盘是哪个部分。

1.4 简单总结

总的来说，正片设计是正向逻辑，不易出错，且目前的电脑性能和软件性能。采用正片设计加动态铜的方式，基本能满足95%的设计需求，除非所设计的板子过于复杂，例如有20层以上甚至更高，这时动态铜避让过孔计算量大，软件可能会卡机，这时内层采用负片才有优势。正片设计的另一个优点是通孔焊盘比负片少需要两个层，通孔封装设计简单一些。

工作了10年的同事告诉我，从没用过负片设计，所以，推荐总是使用正片来设计PCB，特别是PCB新手，可以避免踩很多坑。

二. 正片光绘与负片光绘

正片与负片在设计时有区分，在导出光绘时也不一样。

Allegro中正负片光绘的相关设置如下图。如果使用正片设计某层，则此层需导出正片光绘，绘图模式(Plot mode)选择Positive，如果内层是负片设计，则此内层需要导出负片光绘，绘图模式选择Negetive。

负片光绘文件的大小较正片光绘更小，这在十几年前，电脑性能和板厂技术水平不高时使负片光绘更容易制造，但现在来说，光绘文件大小相差一点已无关紧要，现在的计算机处理起来没有困难，所以负片光绘文件更小优势已经不存在了。

另外，板厂会按照自身的工艺选择正片工艺或负片工艺，即使提供给板厂都是正片光绘，板厂也能够进行再处理，然后内层还是采用负片工艺来生产PCB。

三. 正片工艺与负片工艺

前面讲的正负片区别是与PCB设计相关的，而对于PCB制造，也存在正片工艺与负片工艺的区别。

正片工艺：一般是我们讲的pattern制程，使用的药液为碱性蚀刻。

正片若以底片来看，要的线路或铜面是黑色或棕色的，而不要部分则为透明的，同样地经过线路制程曝光后，透明部份因干膜阻剂受光照而起化学作用硬化，接下来的显影制程会把没有硬化的干膜冲掉，接着是镀锡铅的制程，把锡铅镀在前一制程(显影)干膜冲掉的铜面上，然后去膜即去除因光照而硬化的干膜，然后进入下一制程蚀刻，用碱性药水咬掉没有锡铅保护的铜箔(底片透明的部分)，剩下的就是我们要的线路(底片黑色或棕色的部分)。

负片工艺：一般是我们讲的tenting制程，使用的药液为酸性蚀刻。
　　负片是因为底片制作出来后，要的线路或铜面是透明的，而不要的部份则为黑色或棕色的，经过线路制程曝光后，透明部份因干膜阻剂受光照而起化学作用硬化，接下来的显影制程会把没有硬化的干膜冲掉，于是在蚀刻制程中仅咬蚀干膜冲掉部份的铜箔(底片黑色或棕色的部份)，而保留干膜未被冲掉属于我们要的线路(底片透明的部份)，去膜以后就留下了我们所需要的线路，在这种制程中膜对孔要掩盖，其曝光的要求和对膜的要求稍高一些，但其制造的流程速度快。

关于正反片工艺的讨论，在网上看到一些争论：

深圳嘉立创公司发文炮轰负片工艺：灾难性的负片工艺再出江湖，用此工艺为品质灾难！

但也有PCB制造业内同仁声援负片工艺：你猜，PCB行业大佬为什么攻击负片工艺

对工艺好坏不了解，不知道谁对谁错，就我询问得知的情况，兴森快捷公司正负片工艺都在用。

四. 结论

负片设计在过去的一些优点现在已经不存在了，而正片设计采用的正向逻辑，符合人的普遍习惯。

对于PCB设计人员来说，通常不关心板厂采用哪种工艺生产，而只关注最终板子的质量，所以，一种推荐的做法是，总是使用正片设计，相应的光绘也只出正片，这样设计是最方便的，也能避免出错。如果板厂要使用负片工艺生产，它会自行处理。

如有错漏，欢迎在评论区指出，谢谢！

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