1. 从零开始理解板框与定位孔的设计逻辑1.1 板框到底是什么为什么不能随便画很多刚接触PCB设计的朋友拿到Altium Designer之后第一反应就是赶紧把原理图转成PCB然后往里面拖元器件、拉线。结果画到一半发现板子形状不对或者板子边缘的器件被切掉了又或者板子装不进外壳。这些问题的根源十有八九出在板框和定位孔这两个最基础、但也最容易被忽视的环节上。板框英文叫Board Outline有时候也叫Board Shape它定义的是这块PCB的物理边界。你可以把它理解成一块“虚拟的板材”——就像木工做家具之前得先确定这块木板裁多大、什么形状。板框决定了PCB厂拿到你的文件之后从整张大覆铜板上切下来的轮廓。板框画错了轻则板子尺寸偏差装不进外壳重则整批板子报废。定位孔英文叫Mounting Hole是板子上用来固定螺丝的孔。它决定了PCB怎么固定到外壳或者支架上。定位孔的位置和尺寸如果和外壳对不上那板子就是“悬空”的插拔接口的时候整个板子会跟着动长期使用可能导致焊点开裂。这两个东西看起来简单但实际项目中出问题的概率非常高。我见过不少新手画的板子板框是用走线层画的定位孔是用焊盘代替的最后发给板厂做出来板子边缘毛刺严重孔位偏差0.5mm以上。所以这一节我们先把这个逻辑理清楚。1.2 为什么新手容易在板框上踩坑新手在板框上踩坑通常有以下几个原因。第一个原因是层选错了。Altium Designer里面有几十个层机械层、禁止布线层、顶层、底层、丝印层等等。板框应该画在机械层Mechanical Layer或者Keep-Out Layer上但很多人随手就画在了Top Overlay或者Top Layer上。画在Top Layer上的板框板厂根本不会识别为板框只会当成一根普通的走线。第二个原因是单位搞混了。Altium Designer默认可能是mil也可能是mm很多新手在设置板框尺寸的时候脑子里想的是毫米输入的时候没注意单位结果画出来大了25.4倍。比如你想画一个50mm×30mm的板子结果画成了50mil×30mil板厂收到文件直接懵了。第三个原因是没有闭合。板框必须是一个闭合的轮廓不能有缺口。有些新手用线条一段一段拼最后两个端点没有完全重合差了几个微米肉眼看不出来但软件识别的时候就不是一个闭合区域板厂CAM工程师处理的时候就会报错。第四个原因是板框和器件冲突。板框画好之后边缘的元器件如果超出了板框范围板厂做出来之后这部分器件就是悬空的或者被切掉。这个问题在布局阶段就要注意但很多新手是先画板框再放器件放着放着就忘了边界。1.3 定位孔的设计为什么比想象中复杂定位孔看起来就是打个洞但实际上涉及好几个参数孔径、孔位、孔的类型金属化还是非金属化、孔周围的禁布区。先说孔径。M3螺丝的直径是3mm但定位孔的孔径不能刚好是3mm。为什么因为螺丝和孔之间需要留间隙。如果孔径刚好3mm螺丝根本插不进去加工公差稍微偏一点就卡死了。通常M3螺丝的定位孔孔径建议在3.2mm到3.5mm之间。具体选多少取决于你的装配精度要求。如果是手工装配3.5mm更稳妥如果是机器自动装配3.2mm到3.3mm就够了。再说孔的类型。定位孔通常是非金属化孔NPTHNon-Plated Through Hole也就是说孔壁没有铜。因为定位孔不需要导电而且金属化孔的孔壁铜层在拧螺丝的时候可能被破坏产生金属碎屑造成短路风险。但在Altium Designer里面默认放置的焊盘都是金属化的需要手动改成非金属化。还有孔周围的禁布区。定位孔周围不能走线、不能放器件因为螺丝拧进去之后螺丝头会压住孔周围的区域。如果这里有走线螺丝头可能把走线的阻焊层磨掉造成短路。通常建议定位孔周围留出至少1mm的禁布区如果是M3螺丝螺丝头直径大约5.5mm到6mm所以禁布区半径至少3mm比较稳妥。1.4 本文能帮你解决什么问题这篇文章会从零开始把Altium Designer里面画板框和放定位孔的完整流程讲清楚。包括怎么设置原点和单位、怎么画一个精确的板框、怎么放置M3螺丝的定位孔、怎么检查板框和定位孔有没有问题、怎么输出给板厂。我会给出具体的参数比如M3螺丝孔的孔径推荐值、禁布区尺寸、板框线宽设置等等。这些参数都是实际项目中验证过的你可以直接拿去用。同时我也会分享一些新手常犯的错误和排查方法帮你在发给板厂之前就把问题解决掉。不管你是完全没接触过PCB设计的小白还是已经画过几块板子但总觉得板框和定位孔这块不太踏实的进阶用户这篇文章应该都能帮到你。2. 动手之前的准备工作环境设置与参数确认2.1 单位设置毫米还是mil一开始就要定好打开Altium Designer之后第一件事不是急着画图而是把单位设置好。按快捷键Q可以在毫米和mil之间切换但我建议你在整个项目里统一用毫米。原因很简单板框尺寸、定位孔孔径、螺丝规格这些参数在机械领域都是用毫米标注的。你用mil的话每次都要换算3.2mm等于125.98mil这种数字记起来很麻烦而且容易出错。设置方法在PCB编辑界面按CtrlQ打开单位切换或者直接在右下角的状态栏点击单位显示区域切换。更稳妥的方式是在View - Toggle Units里面设置确保当前单位是毫米。另外建议在Design - Board Options里面把栅格Grid设置成合适的值。画板框的时候栅格可以设大一点比如1mm或者0.5mm这样画出来的线条比较规整。放定位孔的时候栅格可以设小一点比如0.1mm方便精确定位。注意单位设置是项目级别的如果你打开的是别人的文件先确认一下单位是什么不要想当然地以为都是毫米。2.2 层设置板框到底该画在哪一层Altium Designer里面和板框相关的层主要有两个机械层Mechanical Layer和禁止布线层Keep-Out Layer。机械层是用来标注机械尺寸的比如板框、尺寸标注、装配说明等等。通常用Mechanical 1层来画板框。禁止布线层是用来限制布线区域的你也可以在Keep-Out Layer上画板框效果是一样的板厂都能识别。我的习惯是用Mechanical 1层画板框因为这样板框和尺寸标注可以放在同一层看起来比较清晰。Keep-Out Layer我一般用来画板子内部的禁布区比如定位孔周围的禁布区、天线区域的禁布区等等。在Design - Layer Stack Manager里面可以查看和管理层设置。确保Mechanical 1层是可见的并且颜色设置得比较醒目比如红色或者黄色这样画板框的时候不容易看漏。2.3 原点设置让定位孔坐标有据可循原点Origin的设置非常关键尤其是板子上有定位孔的时候。原点就是你坐标系的零点所有器件的坐标都是相对于原点来定位的。Altium Designer默认的原点在图纸的左下角但那个位置和板子本身没有关系。我建议把原点设置在板子的左下角或者设置在第一个定位孔的中心。这样定位孔的坐标就是(0,0)、(50,0)这种整齐的数字方便检查和修改。设置方法在Edit - Origin - Set里面点击你想要设置为原点的位置。或者用快捷键E然后O然后S。设置好之后在状态栏可以看到当前鼠标位置的坐标。提示如果你是从CAD软件导入板框原点设置尤其重要。CAD里面的原点和Altium Designer里面的原点可能不一样导入之后要重新校准。2.4 板框尺寸的确认和外壳、接口对齐在画板框之前你必须确认板子的尺寸。这个尺寸不是拍脑袋定的而是由外壳尺寸、接口位置、安装方式共同决定的。如果你已经有外壳了拿卡尺量一下外壳内部的可用空间。注意要留出余量通常每边留0.5mm到1mm的间隙方便装配。比如外壳内部尺寸是50mm×30mm那板子尺寸建议做到49mm×29mm左右。如果你还没有外壳那就要根据接口的位置来定板框。比如USB接口、电源接口、排针的位置这些接口必须露在板子边缘方便插拔。接口的位置确定了板框的大致形状也就确定了。还有一个容易被忽视的点板子的四个角。如果是直角装配的时候容易刮手而且应力集中板子容易从角上裂开。通常建议做成圆角圆角半径R2到R5都可以看板子大小。小 board 用R2大 board 用R5。2.5 定位孔数量和位置的确定定位孔的数量通常是2个到4个。两个孔只能限制板子的旋转不能完全固定四个孔最稳定但加工和装配的要求也最高。对于大多数小型PCB我建议用4个定位孔分布在板子的四个角附近。孔的位置要尽量对称这样受力均匀。孔中心到板边的距离建议在3mm到5mm之间太近了板边容易裂太远了浪费空间。如果是长方形板子定位孔通常放在四个角距离板边各3mm到5mm。如果是异形板子定位孔的位置要根据实际装配需求来定但也要尽量对称。注意定位孔的位置一旦确定就不要轻易改动。因为外壳的螺丝柱位置是固定的板子上的孔位必须和外壳对齐。改板子容易改外壳难。3. 板框绘制的完整实操流程3.1 用线条绘制板框最基础的方法在Altium Designer里面画板框最直接的方法就是用线条Line工具在Mechanical 1层上画一个闭合的轮廓。操作步骤在PCB编辑界面点击底部的层标签切换到Mechanical 1层。按快捷键P然后L或者点击工具栏上的放置线条图标。在图纸上点击确定起点然后依次点击确定各个顶点最后回到起点形成一个闭合的矩形或多边形。画完之后双击线条在属性面板里面设置线宽。板框的线宽建议设置在0.1mm到0.2mm之间。太细了板厂可能看不清太粗了占用空间。这里有一个细节用线条画的板框软件不会自动识别为板框它只是一组线条。你需要手动告诉软件“这个轮廓就是板框”。方法是选中所有线条然后Design - Board Shape - Define from selected objects。这样软件就会把这个闭合轮廓识别为板框板子外面的区域会变暗。提示如果你画的是矩形板框更简单的方法是直接用Design - Board Shape - Define Board Shape from Selected Objects或者用Place - Board Shape里面的矩形工具直接画一个矩形板框。3.2 用板形状工具绘制更规范的做法Altium Designer提供了一个专门的板形状工具在Place - Board Shape菜单下面。里面有矩形、圆形、多边形等选项。用这个工具画板框的好处是画出来的直接就是板框不需要再手动定义。而且板框的线宽、颜色都是软件自动管理的比较规范。操作步骤选择Place - Board Shape - Rectangular矩形或者其他形状。在图纸上点击确定第一个角然后拖动鼠标确定第二个角点击完成。如果需要修改可以拖动板框的边缘或者顶点来调整。对于矩形板框这个方法最快。对于异形板框可以用多边形工具或者先用线条画好轮廓再用Define from selected objects来定义。3.3 从CAD导入板框复杂形状的解决方案如果你的板框形状比较复杂比如有圆弧、斜边、不规则缺口在Altium Designer里面直接画可能比较麻烦。这时候可以从CAD软件比如AutoCAD里面画好然后导入。导入步骤在CAD里面画好板框轮廓保存为DXF或者DWG格式。在Altium Designer里面File - Import - DXF/DWG。选择文件设置导入的层Mechanical 1、单位毫米、比例1:1。导入之后检查轮廓是否闭合尺寸是否正确。选中导入的轮廓Design - Board Shape - Define from selected objects。从CAD导入板框的优点是精度高、形状灵活。缺点是如果CAD文件里面的线条没有闭合或者有重复线条导入之后可能会有问题。导入之前最好在CAD里面检查一下确保轮廓是闭合的没有多余的线条。注意导入CAD文件的时候单位一定要确认。CAD里面可能是英寸Altium Designer里面是毫米如果不注意导入之后尺寸会差25.4倍。3.4 板框的圆角和倒角处理板框的四个角建议做成圆角。圆角的好处是装配的时候不刮手应力分布更均匀板子不容易从角上裂开。在Altium Designer里面做圆角有几种方法方法一用圆弧工具。在画板框的时候四个角用圆弧代替直角。圆弧的半径根据板子大小来定小 board 用R2大 board 用R5。方法二画好直角板框之后用Place - Arc在四个角上画圆弧然后删除原来的直角线段。方法三如果是从CAD导入的直接在CAD里面做好圆角再导入。圆角半径的选择对于大多数小型PCBR2到R3就够了。如果是大板子比如100mm以上的可以用R5到R10。圆角半径不要太小太小了加工的时候刀具可能转不过来。3.5 板框线宽和颜色的设置板框的线宽建议设置在0.1mm到0.2mm之间。这个线宽是给板厂看的板厂会根据这个线宽来识别板框。线宽太细比如0.05mm板厂可能看不清线宽太粗比如0.5mm会占用板子边缘的空间影响布局。颜色方面Mechanical 1层建议设置成醒目的颜色比如红色或者黄色。这样在布局布线的时候板框边缘一目了然不容易把器件放到板框外面去。设置方法在Design - Board Layers Colors里面找到Mechanical 1层设置颜色和可见性。提示板框画好之后建议锁定Lock板框线条防止在后续操作中不小心移动或删除。选中线条在属性面板里面勾选“Locked”。4. M3螺丝定位孔的放置与参数详解4.1 M3螺丝孔的关键参数孔径、禁布区、孔类型M3螺丝的标称直径是3mm但定位孔的孔径不能是3mm。为什么因为螺丝和孔之间需要间隙。如果孔径刚好3mm螺丝插不进去或者插进去之后把孔壁刮坏。M3螺丝定位孔的推荐参数参数推荐值说明孔径3.2mm - 3.5mm手工装配建议3.5mm机器装配建议3.2-3.3mm禁布区半径3.0mm - 3.5mm螺丝头直径约5.5-6mm禁布区要覆盖螺丝头孔类型非金属化NPTH孔壁无铜避免螺丝碎屑造成短路孔位到板边距离3mm - 5mm太近板边容易裂太远浪费空间孔径的选择还要考虑加工公差。PCB钻孔的公差通常是±0.1mm所以如果你设计3.2mm实际做出来可能是3.1mm到3.3mm。如果螺丝的公差也是±0.1mm那最坏情况下螺丝3.1mm孔3.1mm就插不进去了。所以留0.2mm到0.5mm的间隙是比较稳妥的。4.2 在Altium Designer里面放置定位孔在Altium Designer里面放置定位孔有两种方法。方法一用焊盘Pad工具。按P然后P放置焊盘在属性面板里面设置Hole Size3.2mm或3.5mmX Size / Y Size和Hole Size一样或者稍大一点ShapeRoundPlated取消勾选非金属化LayerMulti-Layer方法二用过孔Via工具。但过孔默认是金属化的需要手动改成非金属化而且过孔的尺寸设置没有焊盘那么灵活。所以推荐用焊盘工具。放置的时候建议先设置好栅格比如0.1mm然后用坐标精确放置。在属性面板里面直接输入X、Y坐标比用鼠标点更准确。注意定位孔放置之后一定要检查孔的类型是不是非金属化。在3D视图里面金属化孔的孔壁是铜色的非金属化孔是板子本色的。或者看属性面板里面的“Plated”选项有没有勾选。4.3 定位孔禁布区的设置定位孔周围需要设置禁布区防止走线和器件进入这个区域。禁布区的设置方法在Keep-Out Layer上以定位孔为中心画一个圆半径3.0mm到3.5mm。或者用Place - Keepout - Circle直接画一个圆形禁布区。禁布区画好之后布线的时候软件会自动避开这个区域。禁布区的大小对于M3螺丝螺丝头直径大约5.5mm到6mm所以禁布区半径至少3mm。如果螺丝头下面有垫片垫片直径可能更大禁布区也要相应加大。提示禁布区不仅限制走线也限制器件放置。在布局的时候定位孔周围3mm范围内不要放任何器件包括小的电阻电容。4.4 定位孔的坐标标注与检查定位孔放置好之后建议在Mechanical层上标注坐标方便检查和修改。标注方法在Mechanical 2层或者Mechanical 3层上用文字工具标注每个定位孔的坐标。或者用尺寸标注工具标注定位孔到板边的距离。检查定位孔的位置是否正确最简单的方法是把板框和定位孔一起导出成DXF然后在CAD里面和外壳图纸对比。或者直接在Altium Designer的3D视图里面把外壳的3D模型导入进来看看定位孔和外壳螺丝柱是否对齐。Altium Designer支持导入STEP格式的3D模型。在Place - 3D Body里面选择外壳的STEP文件放置到板子旁边然后对比定位孔的位置。这个方法非常直观强烈推荐。4.5 定位孔常见问题与避坑经验问题一定位孔被走线穿过。这是因为没有设置禁布区或者禁布区设置得太小。解决方法在Keep-Out Layer上画禁布区确保走线自动避开。问题二定位孔是金属化的。默认放置的焊盘是金属化的需要手动取消“Plated”选项。金属化孔的孔壁铜层在拧螺丝的时候可能被破坏产生金属碎屑造成短路。问题三定位孔孔径太小。设计的时候忘了留间隙孔径刚好3mm结果螺丝插不进去。解决方法孔径至少3.2mm手工装配建议3.5mm。问题四定位孔位置和外壳对不上。这是因为没有用3D模型验证或者外壳图纸看错了。解决方法导入外壳3D模型在3D视图里面检查。问题五定位孔周围有器件。布局的时候没有注意禁布区把器件放到了定位孔旁边。解决方法布局之前先画好禁布区或者用规则检查DRC来发现这个问题。5. 板框与定位孔的检查、输出与实战建议5.1 设计规则检查DRC中的板框与定位孔检查Altium Designer的DRCDesign Rule Check可以检查很多问题但板框和定位孔的检查需要手动设置规则。在Design - Rules里面可以设置Clearance规则设置走线到板框的最小距离通常0.2mm到0.3mm。Hole Size规则设置最小孔径和最大孔径确保定位孔在合理范围内。Hole to Hole Clearance设置孔到孔的最小距离防止钻孔的时候孔壁破裂。设置好规则之后运行DRCTools - Design Rule Check软件会自动检查有没有违规的地方。注意DRC只能检查软件能识别的问题。板框和外壳的匹配、定位孔和螺丝柱的对齐这些需要人工检查DRC查不出来。5.2 导出Gerber和钻孔文件时的注意事项板框和定位孔最终要输出给板厂输出格式通常是GerberRS-274X和钻孔文件Excellon。导出Gerber的时候要确保Mechanical 1层板框被包含在输出层里面。Keep-Out Layer如果画了禁布区也要包含但有些板厂不需要禁布层可以问一下。钻孔文件里面定位孔要单独列出来标注为非金属化孔。导出步骤File - Fabrication Outputs - Gerber Files选择要输出的层设置单位和格式然后生成。钻孔文件用File - Fabrication Outputs - NC Drill Files。提示导出之后建议用Gerber查看软件比如免费的GC-Prevue或者在线查看器打开检查一下确认板框和定位孔都在正确的位置。5.3 和板厂沟通的关键信息发给板厂的时候除了Gerber和钻孔文件还要在说明里面写清楚板子尺寸比如50mm×30mm。板子厚度通常1.6mm也可以选1.0mm、1.2mm等。定位孔要求M3螺丝孔孔径3.2mm非金属化。板框线宽0.15mm。表面处理通常喷锡HASL或者沉金ENIG。如果板厂有工程确认环节他们会发回来一个确认图上面标注了板框和定位孔的位置。一定要仔细核对确认无误之后再让板厂开工。5.4 新手常犯的五个错误与解决方法错误一板框画在Top Layer上。板厂不会识别为板框只会当成走线。解决方法画在Mechanical 1层或者Keep-Out Layer上。错误二单位搞混。想画50mm结果画成50mil。解决方法画之前确认单位是毫米画完之后量一下尺寸。错误三板框没有闭合。线条之间有缺口板厂无法识别。解决方法画完之后放大检查确保所有端点重合。错误四定位孔是金属化的。默认焊盘是金属化的忘了取消。解决方法放置焊盘之后在属性面板里面取消“Plated”。错误五定位孔周围没有禁布区。走线和器件进入了螺丝头区域。解决方法在Keep-Out Layer上画禁布区半径至少3mm。5.5 进阶技巧用脚本批量放置定位孔如果你经常画板子每次都要手动放定位孔比较麻烦。Altium Designer支持用脚本批量放置定位孔。写一个简单的Delphi Script或者VBScript输入板框的四个角坐标和定位孔的偏移量脚本自动在四个角放置定位孔。这样可以节省时间而且保证每次的参数一致。脚本的基本逻辑获取板框的边界坐标。计算四个定位孔的位置比如距离板边各3mm。在指定位置放置焊盘设置孔径、非金属化、禁布区。Altium Designer的脚本功能比较强大网上也有很多现成的脚本可以参考。如果你不熟悉脚本也可以把常用的板框和定位孔做成模板每次新建项目的时候直接复制。5.6 个人经验分享几个容易忽视的细节第一个细节定位孔的孔径标注。在钻孔文件里面定位孔的孔径要标注清楚。有些板厂默认把所有孔都做成金属化的如果你没有特别说明定位孔可能被做成金属化孔。所以一定要在说明里面写清楚“定位孔为非金属化孔”。第二个细节板框的线宽。板框线宽不要太细0.1mm是底线。有些板厂的最小线宽是0.15mm如果你画0.1mm板厂可能会帮你加粗但加粗之后板框尺寸就变了。所以最好提前问一下板厂的工艺能力。第三个细节定位孔和板边的距离。定位孔距离板边太近比如只有1mm钻孔的时候板边容易裂。建议至少3mm。如果板子空间紧张至少也要2mm。第四个细节3D模型验证。强烈建议在Altium Designer里面导入外壳的3D模型在3D视图里面检查定位孔和螺丝柱是否对齐。这个方法比看2D图纸直观得多能发现很多隐藏的问题。第五个细节板框的圆角。圆角不仅是为了好看更是为了装配和应力。如果板子要经常插拔圆角可以防止板边刮伤手指也可以减少应力集中。提示如果你不确定定位孔的孔径选多少可以先用3.5mm。3.5mm的孔对于M3螺丝来说间隙足够大手工装配非常轻松。如果后续发现太松再改小到3.2mm。5.7 从一块板子到一套模板提高效率的做法画完第一块板子之后建议把板框和定位孔做成模板。下次画新板子的时候直接复制模板改一下尺寸和孔位就行。模板的制作方法新建一个PCB文件画好板框和定位孔。把文件保存为.PcbDoc格式放在模板文件夹里面。新建项目的时候直接复制这个文件然后修改。或者用Altium Designer的模板功能File - New - PCB选择“Advanced”选项可以基于现有模板创建新PCB。模板的好处是参数一致不容易出错节省时间不用每次从头画团队协作的时候大家用同一套模板风格统一。我个人的习惯是把常用的几种板框尺寸比如50×30、60×40、80×50都做成模板定位孔的参数也固定下来。新项目开始的时候选一个最接近的模板改一下尺寸就行。这样效率高很多而且不会因为忘记设置某个参数而出错。