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1. 项目缘起：为什么需要“挖空”的Mark点？

在PCB设计领域，Mark点（或称基准点、光学定位点）是SMT贴片机进行高精度元件贴装的“眼睛”。标准的Mark点设计，通常是在铜箔上覆盖阻焊层（绿油），形成一个裸露的圆形或方形铜面，与周围环境形成高对比度，便于机器视觉识别。

然而，在一些特定的、对精度和可靠性要求极高的场景下，比如使用底部填充胶（Underfill）的BGA芯片周围、高密度互连（HDI）板、或采用特殊表面处理（如沉金、沉银）的板卡上，标准的覆铜Mark点可能会带来意想不到的麻烦。最常见的问题有两个：一是阻焊层开窗边缘的绿油可能会存在微小的溢胶或厚度不均，影响Mark点平面的平整度；二是在多次回流焊或复杂工艺后，Mark点表面的铜可能发生氧化或污染，导致对比度下降，影响识别率。

这时，“中间挖空无覆铜绿油”的Mark点设计就派上了用场。这种设计的核心思想是：在阻焊层上直接开出一个“干净”的窗口，窗口内既没有铜箔，也没有绿油，直接暴露的是PCB的基材（通常是FR-4的环氧树脂玻璃布）。为什么这样做？因为基材的颜色（通常是浅黄色或白色）与周围的绿油（深绿色）以及可能的铜面（紫红色或金色）能形成非常稳定且高对比度的反差。基材表面平整，不受铜箔蚀刻和绿油印刷工艺波动的影响，且化学性质稳定，不易氧化。这种Mark点尤其适合对识别稳定性要求极高的自动化生产线。

我最初接触到这种需求，是在一个工控主板的项目中，板上有多个0.4mm pitch的BGA，SMT厂商反馈标准Mark点在经过氮气回流焊后偶尔会出现识别不良。排查后发现是沉金工艺下，Mark点边缘的绿油有轻微堆积，影响了光学系统的对焦。改为基材Mark点后，问题迎刃而解。接下来，我就详细拆解一下在Altium Designer中实现这种特殊Mark点的几种方法及其背后的考量。

2. 核心思路拆解：在AD中实现“无铜无绿油”区域的本质

在动手操作之前，我们必须理解Altium Designer（后文简称AD）的层叠结构和光绘（Gerber）输出逻辑。这对于实现任何特殊工艺要求都至关重要。

PCB设计可以理解为在不同图层上绘制不同形状，最终叠加生成生产文件的过程。与我们的目标相关的关键层有：

• Top Layer/Bottom Layer（顶层/底层信号层）：定义电气连接的铜箔图形。
• Top Solder/Bottom Solder（顶层/底层阻焊层）：定义阻焊绿油开窗的区域。在这个层上画出的图形，意味着该区域“没有绿油”。
• Top Paste/Bottom Paste（顶层/底层钢网层）：定义锡膏印刷区域，与本项目关系不大。
• Mechanical Layer（机械层）：常用于定义板框、尺寸标注、加工说明等。它也可以被用作“特殊图形层”向制板厂传递非电气信息。
• Keep-Out Layer（禁止布线层）：传统上用于定义板框和禁止布线区域，但在现代AD使用中，其角色逐渐被机械层替代。

我们要实现的“中间挖空无覆铜绿油的Mark点”，其物理形态是：一个圆形区域内，最上面的铜被蚀刻掉（无覆铜），上面的绿油也被开窗去掉（无绿油），露出下面的基材。

因此，在AD中的实现思路，就转化为如何生成能正确驱动PCB制造商生产流程的图形数据：

1. 确保该区域无铜：在对应的信号层（Top/Bottom Layer）上，不能有任何填充（Fill）或走线（Track）。该区域必须是空白。
2. 确保该区域无绿油：在对应的阻焊层（Top/Bottom Solder）上，必须有一个实心图形（通常是圆形填充Fill）。
3. 清晰标注该区域为Mark点：需要通过丝印层（Top/Bottom Overlay）或机械层添加说明文字（如“FIDUCIAL”），告知制造商这是一个需要特殊处理的基准点，而不是一个普通的阻焊开窗错误。

理解了这个本质，我们就知道，核心操作就是在阻焊层（Solder Mask）上画一个图形，并确保对应位置的信号层（Signal Layer）是空的。下面我们进入具体操作。

3. 方法一：使用阻焊层填充（Fill）直接绘制（最直接）

这是最直观、最接近设计思维的方法，直接在阻焊层上画出你想要的Mark点形状。

操作步骤：

1. 切换到目标阻焊层：在PCB编辑界面，点击屏幕下方的层标签，切换到你需要制作Mark点的阻焊层，例如Top Solder（顶层阻焊）或Bottom Solder（底层阻焊）。
2. 放置填充（Place -> Fill）：从菜单栏选择Place->Fill，或者使用快捷键P->F。
3. 绘制圆形填充：默认填充是矩形。我们需要一个圆形Mark点。这里有技巧：先放置一个小的矩形填充，然后双击它打开属性面板。在属性面板中，将Corner Radius（圆角半径）设置为一个大于或等于填充短边一半的值。例如，如果你想要一个直径1mm的圆形Mark点，可以先画一个1mm x 1mm的正方形填充，然后将Corner Radius设置为0.5mm。这样，正方形就变成了圆形。更精确的做法是使用Place -> Solid Region（实心区域），然后用快捷键P->U来绘制一个圆形多边形区域，这能生成更标准的圆形。

   注意：我强烈推荐使用Solid Region而不是Fill来绘制圆形。因为Fill的圆角功能本质上是矩形倒圆角，在输出Gerber时，一些老旧的CAM软件可能处理不当。而Solid Region绘制的圆形是真正的矢量多边形，兼容性更好。

4. 调整属性与定位：将绘制好的圆形区域放置到PCB板边或需要的位置。通常Mark点距离板边至少5mm，周围3mm内不能有其它走线或丝印，以确保识别空间。在属性面板中，可以精确设置其位置坐标（X, Y）和尺寸。
5. 检查对应信号层：务必切换到对应的信号层（如Top Layer），检查该圆形区域下方是否有任何铜皮（覆铜、走线、焊盘等）。如果有，必须将其移开或删除，确保该区域是“净空”的。
6. 添加标识：切换到丝印层（Top Overlay），在Mark点旁边用文本工具（Place -> String）添加标识，如“POS”或“FIDUCIAL”，字号建议0.5mm x 0.5mm左右。

方法一的优缺点与实操心得：

• 优点：逻辑清晰，操作直接，在PCB文件中一目了然。修改方便，直接编辑阻焊层图形即可。
• 缺点：容易在DRC（设计规则检查）中报错！因为一块孤立的、没有网络连接的铜皮（虽然它在阻焊层，但AD的DRC有时会检查所有层上的固体图形）可能会触发“Un-Routed Net”或“Short Circuit”的警告。你需要忽略这些与Mark点相关的DRC错误，或者在规则中设置例外。
• 心得：使用此方法时，我习惯在第一个Mark点做好后，将其制作成一个PCB封装库元件。这样，后续需要放置时，就像放置一个元器件一样，可以保证多个Mark点规格统一，并且封装库中可以集成丝印标识，一键放置，效率高且规范。

4. 方法二：创建特殊的PCB封装库元件（最规范）

这是业界推荐的做法，将Mark点作为一个标准的“器件”来管理，有利于设计复用和团队协作。

操作步骤：

1. 新建PCB库元件：打开或新建一个PCB库文件（.PcbLib）。执行Tools->New Blank Component，创建一个新元件，命名为“Fiducial_Mark_1mm”等。
2. 在焊盘层（Multi-Layer）放置焊盘：切换到Multi-Layer层（这是一个特殊层，在所有信号层都有效）。使用Place -> Pad放置一个焊盘。
3. 关键设置：焊盘属性：双击焊盘打开属性面板，进行如下关键设置：
   • Location: 设置坐标，通常为(0, 0)。
   • Properties->Designator: 留空或填写“MK1”。切记不要赋予其网络标号，保持为No Net。
   • Size and Shape: 将焊盘形状设置为圆形（Round），尺寸设置为你想要的Mark点直径，例如1mm。
   • 最关键的步骤——层设置：在属性面板的“层”设置区域，取消勾选所有铜层（Top Layer, Bottom Layer, Mid Layer1...等）。你可能会发现焊盘在编辑区“消失”了，因为它没有在任何铜层上定义图形。
   • 在阻焊层（Solder Mask）上定义开窗：在属性面板找到Solder Mask Expansion（阻焊层扩展）选项。将模式从Expansion value from rules（按规则扩展）改为Manual（手动）。然后，将Top（或Bottom）的Solder Mask Expansion值设置为0。这意味着，在这个焊盘的位置，阻焊开窗的大小与焊盘本身定义的尺寸完全一致，没有额外的收缩或扩展。
   • 在锡膏层（Paste Mask）上取消开窗：同样，找到Paste Mask Expansion，设置为Manual，并将数值设置为一个负数，例如-0.5mm，或者直接勾选“忽略焊盘”（Ignore Pad）选项（如果AD版本支持）。这一步至关重要，目的是确保这个“焊盘”不会在钢网层产生开窗，否则SMT厂可能会误以为这里需要刷锡膏。
4. 添加标识图形：切换到丝印层（Top Overlay），在焊盘周围绘制一个“十”字线或圆圈，并用文本标注“FIDUCIAL”。这有助于在PCB板上肉眼识别。
5. 保存并调用：保存这个PCB库元件。在你的主PCB设计中，像添加普通元器件一样，从库中放置这个Mark点封装即可。

方法二的优缺点与实操心得：

• 优点：
  • 高度规范化：符合元件管理流程，BOM表不会将其误列为需要贴装的元件（因为无位号）。
  • DRC友好：由于它是一个“焊盘”，虽然无铜，但AD通常能更好地处理其电气属性（无网络），不易产生无意义的DRC报错。
  • 一劳永逸：一次创建，永久使用，团队共享，保证所有项目Mark点标准统一。
  • 信息完整：封装内可集成所有标识，放置后无需额外操作。
• 缺点：创建过程稍显复杂，需要理解焊盘属性的深层设置。
• 心得：这是我目前最常用的方法。我通常会创建直径0.8mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm等几个标准尺寸的Mark点封装库。在放置时，务必注意旋转角度。如果Mark点是不对称的（例如带指示缺口），在SMT编程时，角度错误会导致整板贴装偏移。因此，在封装库中就要定义好方向（例如，将标识文字放在上方）。

5. 方法三：利用机械层与制板说明（最保险的沟通方式）

对于非常规设计，与PCB制造商进行清晰无误的沟通是成功的关键。除了在设计中实现图形，还必须通过制板说明（通常在机械层）明确告知制造商你的意图。

操作步骤（结合方法一或二）：

1. 使用机械层绘制工艺图形：切换到用于标识工艺的机械层（例如Mechanical 1或Mechanical 13，具体需与板厂确认其习惯）。在该层上，在Mark点的对应位置，绘制一个与阻焊开窗完全重合的圆形。还可以在圆形外画一个更大的圆圈，并引出一条标注线。
2. 添加详细文本说明：在机械层上，用文本工具添加清晰的说明，例如：

   “此处为光学定位点（Fiducial Mark）。要求：该圆形区域内禁止覆铜，阻焊开窗，露出基材。直径：1.0mm±0.05mm。”

3. 在PCB设计外单独提供说明文档：在发给板厂的制板说明文件（如PDF或Word文档）中，再次用图文并茂的方式强调这一点。可以截图PCB设计中的该区域，并重复上述文字要求。
4. 输出Gerber文件后的检查：使用AD的Gerber输出功能（File -> Fabrication Outputs -> Gerber Files）生成文件后，务必用自带的CAM查看器（File -> Fabrication Outputs -> Gerber View）或免费的第三方软件（如GC-Prevue）进行检查。重点查看：
   • TopSolder.Gx（阻焊层）文件：确认该位置有一个清晰的圆形图形。
   • TopLayer.Gx（信号层）文件：确认该位置没有任何图形，是透明的。
   • 将两层Gerber叠加查看，确认阻焊开窗区域下没有铜皮。

方法三的实操心得：

• 这是避免生产事故的“双保险”。再完美的设计，也可能在CAM工程师处理时被“优化”掉。明确的文字说明能极大降低误解风险。我曾遇到过一次，板厂CAM将一块孤立的阻焊层图形误判为设计错误而删除，导致Mark点失效。自从我在机械层加了说明后，再没出过问题。
• 与板厂前置沟通：在投板前，可以将Mark点设计截图发给板厂的客服或工程人员，询问他们对此设计的建议和其工艺能力（如基材露出的平整度控制）。一些高端板厂对此有成熟经验，甚至能提供更优化的设计规范。

6. 设计要点、常见陷阱与生产验证

掌握了方法，还需要注意细节，否则可能前功尽弃。

6.1 Mark点设计的通用规范

无论采用何种方法实现“挖空”，Mark点本身的设计需遵循行业通用规范：

• 形状与尺寸：优选实心圆形。直径推荐1.0mm至3.0mm。太小的点识别困难，太大的点浪费空间。同一板卡上的Mark点尺寸应一致。
• 数量与布局：至少放置3个，呈L形或三角形分布，且尽可能远离板子中心并靠近板边。这能为贴片机提供计算PCB位置和角度的基准。对于大板或拼板，需要增加局部Mark点。
• 间距：Mark点中心距离板边至少5mm，以确保贴片机的吸嘴或夹具不会遮挡。Mark点周围3mm范围内应为无铜、无丝印、无阻焊纹理的“清净区”。
• 对比度：这就是我们做“挖空”的目的。确保露出的基材部分与周围背景（通常是深绿色绿油）有足够的光学对比度。对于黑色等深色基材的PCB，此方法可能不适用，需考虑使用镀金或镀锡的铜点。

6.2 在AD中操作时的具体陷阱

1. DRC报错困扰：如前所述，方法一容易产生孤立铜皮错误。解决方案：在Design -> Rules中，针对Electrical类别的Clearance规则，为Mark点所在的网络（或无网络对象）设置一个特殊的、更宽松的规则。或者，更简单粗暴但有效的方法是，在最终的DRC检查报告中，手动确认并忽略这些已知的、预期的“错误”。
2. 层间对齐问题：你绘制的阻焊层图形和机械层说明图形必须严格对齐。建议使用坐标精确定位，或者使用“特殊粘贴”（Paste Special）带位置粘贴功能，将图形从一个层复制到另一个层。
3. 封装库中的焊盘“看不见”：在创建方法二的封装时，取消所有铜层后，编辑区可能一片空白。这时你需要通过Tools -> Layers & Colors设置，确保Multi-Layer和Top Solder层是可见的，并且给Multi-Layer层分配一个醒目的显示颜色（如亮黄色），这样就能看到焊盘的轮廓了。
4. 钢网层（Paste Mask）的遗漏处理：这是方法二最大的坑。如果你忘记将焊盘的钢网层扩展设置为负值或忽略，那么输出的TopPaste.Gerber文件上就会有一个圆形开窗。SMT工厂可能会依此制作钢网，在Mark点位置开孔，导致锡膏被错误地印刷在基材上，造成污染和焊接不良。务必检查！

6.3 如何向板厂提交与验证

1. Gerber文件输出设置：在输出Gerber时，确保你使用的所有机械层都被正确输出。在Gerber Setup的Layers标签页下，勾选Plot Layers为All Used，并在Mechanical Layers to Add to All Plots部分，勾选你放置了工艺说明的那个机械层。这样，该说明会出现在每一层Gerber上，确保板厂能看到。
2. 生成制板说明文件：利用AD的File -> Assembly Outputs -> Generates assembly drawings和File -> Fabrication Outputs -> Final功能，可以生成包含各层视图的PDF。在这个PDF中，用箭头和文字再次标注你的特殊Mark点要求。
3. 首件确认：板厂生产出首件（通常是电测板或样品）后，务必亲自或要求板厂提供高清照片进行确认。用放大镜或显微镜检查Mark点区域：是否真的没有铜？阻焊开窗边缘是否光滑整齐？露出的基材是否干净平整？这是最终的质量关卡。

从设计到生产，一个可靠的“挖空”Mark点，是硬件工程师与PCB工艺、SMT工艺深度结合的体现。它看似只是一个简单的图形，却涉及设计工具的理解、设计规范的把握、以及上下游沟通的细节。通过AD灵活运用阻焊层定义、封装库技巧和清晰的制板说明，你完全可以驾驭这种特殊工艺要求，为你设计的精密板卡装上稳定可靠的“眼睛”。