创建PCB封装

元件在制成的电路板上所占的区域由元件封装定义。典型的封装包括焊盘和元件丝印,也可以包含所需的其他机械细节。在下面的封装示例中,元件的大部分轮廓定义在机械层(绿色线条)上,而不是(黄色的)丝印层上,因为该元件安装后会悬伸在电路板的挖空区域上方。

封装定义了元件所占的空间,并提供元件引脚/焊盘与电路板布线之间的连接点。 
封装定义了元件所占的空间,并提供元件引脚/焊盘与电路板布线之间的连接点。

安装在该封装上的元件可以使用 3D 实体对象进行建模。3D 实体对象用作容器,可将通用 MCAD 格式的模型导入其中,如下图所示。

可将合适的 MCAD 模型导入 3D 实体对象。
可将合适的 MCAD 模型导入 3D 实体对象。

即使有丰富的资源提供现成的 PCB 元件(例如制造商器件搜索面板),在您的职业生涯中,也很可能会有需要创建自定义 PCB 元件的时候。PCB 元件封装是在 PCB 封装编辑器中创建的,使用的图元对象与 PCB 编辑器中提供的相同。除封装外,公司徽标、制造定义以及电路板设计过程中所需的其他对象也可以保存为 PCB 元件。

创建新的 PCB 封装

可以直接在已连接的工作区中创建封装。操作步骤如下:

  1. 从主菜单中选择 File » New » Library,然后在打开的 New Library 对话框中,从对话框的 Workspace 区域选择 Create Library Content » Footprint。

    使用 New Library 对话框创建新的工作区封装
    使用 New Library 对话框创建新的工作区封装

  2. 在打开的 Create New Item 对话框中,输入所需信息,确保已启用 Open for editing after creation 选项,然后单击 OK。 系统将创建工作区封装并打开临时 PCB 封装编辑器,其中的 .PcbLib 文档为活动文档。此文档将根据条目修订版命名,格式为: <Item><Revision>.PcbLib(例如 PCC-001-0001-1.PcbLib)。使用该文档按下文所述定义封装。

    编辑工作区封装初始修订版的示例——临时 PCB 封装编辑器提供用于定义封装的文档。
    编辑工作区封装初始修订版的示例——临时 PCB 封装编辑器提供用于定义封装的文档。

  3. 按要求定义封装后,使用 Projects 面板中该封装条目右侧的 Save to Server 控件,将其保存到工作区。此时将显示 Edit Revision 对话框,您可以根据需要更改名称、描述并添加发布说明。保存后,文档和编辑器将关闭。

使用元件编辑器的 单元件编辑模式 或批量元件编辑模式定义元件时,可以使用已保存的工作区封装。

可以使用 Components 面板浏览工作区封装。单击面板顶部的  按钮并选择 Models,以启用模型显示,然后选择 Footprints 类别。

要编辑工作区封装,请右键单击 Components 面板中的相应条目,然后选择 Edit 命令。 临时编辑器将再次打开,并打开该封装供您编辑。根据需要进行更改,然后将文档保存为工作区封装的下一个修订版。

  • 当您修改工作区封装并将更改保存为新的封装修订版时,所有使用该封装的工作区元件实际上都会变为过期状态,因为它们仍在使用先前的修订版。在大多数情况下,您无疑会希望重新保存这些工作区元件,并更新相应的模型链接,以使用可用的最新修订版。为了简化这一过程,工作区与 Altium Designer 配合使用,可在您通过直接编辑功能修改工作区封装并重新保存时,更新其父级元件。

    有关保存设计域模型时更新父级元件的更多信息,请参阅 创建和编辑内容页面。

  • 在元件编辑器的 单元件编辑模式 或批量元件编辑模式中编辑工作区元件时,也可以直接即时更新该元件所使用的工作区封装。

  • 从设计人员的角度来看,工作区元件将各个设计域中表示该元件所需的所有信息汇集到单个实体中。因此,从这个意义上说,可以将其视为一个容器——一个存储所有设计域模型和参数信息的“桶”。就其在各个设计域中的表示而言,工作区元件并不包含工作区设计域模型本身,而是包含指向这些模型的链接。这些链接在定义元件时指定。

  • 将现有旧式元件库(SchLib、PcbLib、IntLib、DbLib、SVNDbLib)导入工作区时,也可以在工作区中创建 PCB 封装。用于此过程的界面—— Library Importer ——提供直观的操作流程,将最初选定的库导入您的工作区。了解有关 库导入器的更多信息。

  • 在元件编辑器的单元件编辑模式中定义工作区元件时,也可以创建新的工作区封装。

  • 也可以在基于文件的 PCB 封装库中创建封装。

定义 PCB 封装

无论最终放置在电路板的哪一面,封装始终在顶面构建,所使用的工具和设计对象与 PCB 编辑器中提供的相同。在放置元件时,如果将封装翻转到电路板的另一面,表面贴装焊盘和阻焊层定义等特定于层的属性会自动转移到相应的底面层。

设计对象可以放置在任何层上,但轮廓通常创建在顶层丝印层上,焊盘则创建在多层(用于通孔元件引脚)或顶层信号层(用于表面贴装元件引脚)上。将封装放置到 PCB 上时,构成封装的所有对象都会分配到各自定义的层。

操纵杆元件封装的 2D 和 3D 视图。3D 图像显示了为该元件导入的 STEP 模型。请注意,在 STEP 模型下方可以看到焊盘和元件丝印。
操纵杆元件封装的 2D 和 3D 视图。3D 图像显示了为该元件导入的 STEP 模型。请注意,在 STEP 模型下方可以看到焊盘和元件丝印。

本页所示的封装仅用于说明所需的操作步骤,其尺寸并不准确。请务必根据制造商的数据手册核对新封装的规格。

手动创建元件封装的典型流程如下:

  1. 准备设计空间:定义捕捉选项,配置网格和辅助线 - 了解更多。

  2. 应围绕 PCB 封装编辑器中心的设计空间参考点构建封装。此参考点实际上是设计空间的相对原点,也是执行放置和移动操作时光标拾取元件封装的基准点(取决于 Preferences 对话框的 PCB Editor – General 页面中当前的 Object Snap Options)。使用 J, R 快捷键可直接跳转到参考点。如果在开始构建封装之前忘记移动到参考点,可以使用 Edit » Set Reference 子菜单命令将参考点移至封装:
    • Pin 1 - 将元件参考点设置为元件封装的引脚 1。

    • Center - 将元件参考点设置为元件封装的中心。

    • Location - 将元件参考点设置为用户定义的位置。

    所选点将被设置为 0,0 - 它将成为新的相对原点,所有图元的位置都将相对于此点更新。

  3. 根据元件要求放置焊盘 (Place » Pad)。运行“放置焊盘”命令后,在放置第一个焊盘之前,按 Tab 键打开 Properties 面板,定义所有焊盘属性,包括焊盘的 Designator、Size and Shape、Layer 和 Hole Size(适用于通孔焊盘)。后续放置焊盘时,位号会自动递增。对于表面贴装焊盘,将 Layer 设置为 Top Layer。对于通孔焊盘,将 Layer 设置为 Multi-Layer。

    某些封装需要使用不规则形状的焊盘。可以使用自定义形状的焊盘对象来实现。要了解更多信息,请参阅 自定义焊盘堆叠 页面。
    • 创建新元件封装时,最重要的步骤之一是放置用于将元件焊接到 PCB 上的焊盘。这些焊盘必须精确放置在正确的位置,以对应实际器件的引脚。
    • 为焊盘分配位号时也应格外注意,因为 Altium Designer 正是使用此属性来建立与原理图符号引脚编号的映射。
  4. 为确保焊盘放置准确,可考虑为此任务专门设置网格。使用 Ctrl+G 快捷键打开 笛卡尔网格编辑器对话框,并使用 Q 键将网格从英制切换为公制。

  5. 使用鼠标移动焊盘时,可通过键盘方向键以当前网格间距为增量移动光标,从而精确放置焊盘。此外,按住 Shift 可按网格间距的 10 倍步进移动。当前 X、Y 坐标会显示在状态栏和平视显示中。平视显示同时包含当前位置,以及从上次单击位置到当前光标位置的坐标增量。使用 Shift+H 快捷键可开启或关闭平视显示。也可以双击已放置的焊盘进行编辑,并在 Properties 面板中输入所需的 X 和 Y 坐标。

  6. 要检查设计空间中两点之间的距离,请使用 Reports » Measure Distance(快捷键 Ctrl+M)。按照状态栏中的提示操作。

  7. 阻焊和锡膏掩膜等焊盘特定属性,会根据焊盘尺寸和适用的掩膜设计规则自动计算。虽然可以为每个焊盘手动定义掩膜设置,但这样会使后续电路板设计过程中修改这些设置变得困难。通常,只有在无法通过设计规则指定这些焊盘时,才会这样做。请注意,规则是在电路板设计期间于 PCB 编辑器中定义的。

  8. 使用走线、圆弧和其他图元对象,在顶部丝印层上定义显示于 PCB 丝印上的元件外形。如果在放置过程中将元件翻转到电路板底面,丝印会自动转移到底部丝印层。

  9. 在机械层上放置走线和其他图元对象,以定义额外的机械细节,例如放置庭院。机械层是通用层。应为这些层分配用途,并在各个封装中保持一致使用。

  10. 放置 3D 实体对象,以定义将安装到 PCB 上的实际元件的三维形状。

    添加到封装中的 3D 实体对象可以引用已上传到所连接工作区的 3D 模型。
  11. 将封装放置到 PCB 设计空间时,位号和注释字符串会自动添加到封装的丝印层。通过在机械层上放置 .Designator 和 .Comment 特殊字符串,可以添加额外的位号和注释字符串。

    放置位号和注释字符串时,需要在 PCB 编辑器中定义层对。这样可确保这些字符串与元件安装所在的板面关联,并在元件翻转时随之翻转到电路板的另一面。有关更多信息,请参阅下文的处理特定层的特殊要求部分。
  12. 在 Properties 面板处于 Library Options 模式时,通过其 Footprint 选项卡定义封装的属性(例如名称和描述)(当设计空间中未选中任何对象时,此模式处于活动状态,也可以使用主菜单中的 Tools » Footprint Properties 命令访问)。有关该面板 Footprint 选项卡下可用选项和控件的更多信息,请参阅下文相关部分。

  • 要在所有封装中使用标准化的焊盘/过孔定义,可以使用焊盘/过孔库 (*.PvLib) 来放置焊盘/过孔 – 了解更多。
  • PCB 封装编辑器还提供了一些向导,用于加快封装创建过程:
    • IPC Compliant Footprint Wizard – 可生成真正符合 IPC 7351 标准 B 版要求的 PCB 封装 – Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard – 了解更多。
    • IPC Compliant Footprints Batch Generator – 使用基于文件的 PCB 封装库时,可使用 IPC Compliant Footprints Batch Generator 快速生成多个不同密度级别的封装 – 了解更多。
    • Footprint Wizard – 允许您从多种封装类型中进行选择并填写相应信息,然后为您生成元件封装 – 了解更多。

准备设计空间

默认情况下,网格以点的形式显示。您也可以根据喜好将网格显示为线。这可在 Grid Editor 对话框中配置,单击 Properties 面板中的 Properties 按钮即可打开该对话框,如下图所示。或者,按 Ctrl+G 快捷键打开该对话框。

图中,细网格以点显示,粗网格以线显示。
图中,细网格以点显示,粗网格以线显示。

Properties 面板

在 PCB 封装编辑器中编辑封装时,如果设计空间中当前未选中任何设计对象,Properties 面板将显示 Library Options。

以下可折叠部分介绍了该面板 General 选项卡下提供的选项和控件:

以下可折叠部分介绍了面板的 Footprint 选项卡下可用的选项和控件:

在 高级设置对话框中启用 PCB.FootprintParameters 选项后,即可使用 Properties 面板的 Footprint 选项卡定义封装属性。禁用此选项时,封装属性通过 PCB Library Footprint 对话框()定义。您可以通过以下方式访问该对话框:从主菜单中选择 Tools » Footprint Properties 命令;在 PCB Library 面板的 Footprints 区域中选择一个封装条目,然后单击 Edit 按钮;或双击 PCB Library 面板的 Footprints 区域中的封装条目。

选中设计对象后,面板将显示特定于该对象类型的选项。下表列出了可在 PCB 封装设计空间中放置的对象类型,单击链接可访问相应对象的属性页面。

3D 实体 圆弧
圆弧禁布区 填充
填充禁布区 焊盘
区域 区域禁布区
文本(字符串、文本框) 走线
走线禁布区 过孔

阻焊和助焊层扩展

要检查 PCB 封装编辑器中的阻焊层和/或助焊层是否已正确定义,请打开视图配置面板,并为每个阻焊层和助焊层启用显示选项()。

每个焊盘边缘周围显示的圆环采用顶层阻焊层的颜色,表示阻焊形状的边缘按扩展量从多层焊盘下方向外伸出。这是因为 multi-layer 位于图层绘制顺序的最顶端,因此绘制在最上方。Layer Drawing Order 在 Preferences 对话框的 PCB 编辑器 - 显示页面 上设置)。

下图显示了一个 PCB 封装,每个焊盘边缘周围都有紫色(顶层阻焊层的颜色)边框。

要快速浏览各图层,请将单层模式(Shift+S)与 Ctrl+Shift+Wheel roll 配合使用。

默认情况下,在掩膜层上创建的形状为焊盘形状,并按放置该封装的 PCB 中设置的 阻焊扩展和 助焊扩展设计规则所指定的值进行扩展或收缩。在某些情况下,您可能需要 覆盖扩展设计规则,将掩膜扩展量指定为焊盘属性, 从一组预定义的标准掩膜形状中进行选择,或创建自己的自定义形状。在这些 情况下,您可以在所选焊盘的 Properties 面板中配置助焊/阻焊掩膜 - 了解更多。 或者,您也可以在所需的掩膜层上放置合适的图元(区域、走线等)。

在 PCB 库中,所有采用规则驱动的阻焊扩展的对象,其扩展值均为 0 mil。在 高级设置对话框中启用 PCB.SolderMaskZeroExpansion 选项后,此功能可用。禁用此选项时,PCB 库中此类对象的阻焊扩展值为 4 mil。

参数支持

应用于 Altium Designer 对象的参数提供了一种强大而灵活的方式,可向 PCB 设计添加附加信息。参数作为父对象的属性,可以应用于多个层级,包括 项目、文档、模板以及设计文档中的单个对象。

有关更多信息,请参阅 参数对象。

PCB 环境中的参数可用于查询、设计规则、脚本和变量的筛选,也可应用于 PCB 元件封装,以便在已放置的封装中调用自定义字符串。

通过工程变更单传递参数

PCB 参数 功能基于 ECO 机制和 PCB 文档中包含的功能,可将用户定义的元件参数传递到 PCB 环境中并予以保留。这是单向传递, 传入的参数在 PCB 环境中为只读。

参数传递通过使用 Design » Update PCB Document 菜单命令创建从原理图到 PCB 的 ECO 来完成。

执行 ECO 时(使用 Execute Changes 按钮),所有新增的用户自定义原理图元件参数都会传递到 PCB 设计中的对应封装。 

向 PCB 检测和迁移参数的方式由项目选项设置(Project » Project Options)决定。在 Project Options 对话框中,在 Comparator 选项卡的 Differences Associated with Parameters 部分以及 ECO Generation 选项卡的 Modifications Associated with Parameters 部分中设置差异检测和修改行为。

要在 PCB 编辑器中查看传递的参数,请双击元件以打开 Properties 面板,然后选择 Parameters 选项卡。 此选项卡 会列出当前已分配给所选元件封装的用户参数。所选元件封装的参数也可在 Components 面板中查看。

信息参考链接

PCB 环境会自动接收原理图中预定义的 ComponentLink 参数。这些参数以参数对(描述和链接 URL)的形式定义,通常用于建立指向特定文件或互联网位置的数据参考链接,一般为制造商网站或数据手册 URL。

有关参考链接参数的信息,请参阅原理图库中的定义指向参考信息的可点击链接 和 PCB 文档中的访问指向参考信息的可点击链接。

在原理图和 PCB 设计环境中,将鼠标悬停在元件上时,可通过右键快捷菜单访问这些链接(位于 References 子菜单选项下)。这些专用参数在 Properties 面板中添加,传递到 PCB 环境后,会显示为元件封装参数。 

源封装中的参数

传递到 PCB 的参数可通过元件封装提供额外的电路板生产或功能信息。在源库级别向封装添加特殊参数字符串后,这些自定义字符串将在目标机械层或丝印层上被解析。

可以使用 Properties 面板中的特殊字符串按钮和下拉列表(),将表示用户自定义参数的特殊字符串添加到源元件封装中。

在下面的库封装中,特殊字符串 .Designator 已放置在机械层 2 上。

可以将表示用户参数的特殊字符串添加到元件封装中。

当该自定义参数也已应用于原理图元件,且参数数据已传递到 PCB 后,解析后的封装字符串将同时显示在电路板视图和生成的输出文件中。在此示例中,特殊参数字符串包含一个自定义元件零件标识符,以辅助装配。

将用户参数作为特殊字符串应用于元件封装,还可满足其他各种自定义 PCB 需求,包括开关和连接器的功能标签。例如,可将“功能”参数字符串放置在这些元件类型封装的顶层丝印层上。

要在电路板布局中查看特殊字符串解析后的值,请在 View Configuration 面板的 View Options 选项卡中,启用 Additional Options 区域下的 Special Strings 选项。特殊字符串在生成的输出文件中始终会被转换。
在原理图编辑器中,如有需要,可在 Preferences 对话框的 Schematic – Graphical Editing 页面上启用 Display Names of Special Strings that have No Value Defined 选项。

参数查询

PCB 环境中的参数字符串也可通过 Altium Designer 查询语言访问,因此可用于对象筛选功能,包括“查找相似对象”功能。

要选择相似对象,请右键单击元件,然后从快捷菜单中选择 Find Similar Objects 以打开 Find Similar Objects 对话框。

查找相似对象对话框包含一个 Parameters 区域,可在其中根据需要选择筛选选项。

PCB Filter 面板可以将特定参数的查询关键字用作筛选条件,也可用于基于 PCB 参数创建设计规则。

有多个查询关键字可用于处理 PCB 封装参数,其中包括将字符串值转换为数字的特定函数关键字(例如 StrToNumber)。字符串值转换能够识别单位(V、mA、mV、kOhm 等),并可通过对参数值字符串进行数值处理来确定查询结果。

可在查询中指定的受支持单位类型包括:

  • % – 百分比
  • A – 电流
  • C – 温度
  • dB – 分贝
  • F – 电容
  • G – 电导
  • H – 电感
  • Hz – 频率
  • Kg – 质量
  • m – 长度
  • Ohm – 电阻
  • Q – 电荷
  • s – 时间
  • V – 电压
  • W – 功率
  • Z – 阻抗

有多个参数查询关键字可用于处理 PCB 元件封装参数。

上方 Query Helper 对话框中显示的示例会处理每个元件的额定电压参数(使用字符串到数字的转换 – StrToNumber(Unit Value, Unit Type)),以确定其值是否大于 50V。在 PCB Filter 面板中应用此查询后,示例电路板布局会筛选出一个高压元件, C1 (其额定电压值为 3kV)。

此外,还支持科学计数法 E 表示法,因此,例如,用于筛选电容值大于 1nF 的查询可类似于:
StrToNumber(ParameterValue('CapacitanceValue'), F) > 1e-9
也可以对返回的 ParameterValue 和比较值同时使用数值转换函数:and
StrToNumber(ParameterValue('CapacitanceValue'), F) > StrToNumber('1nF', F)

规则与脚本

PCB 参数查询也可应用于 Altium Designer 脚本和设计规则。后者可执行布局验证检查,例如检测封装参数以评估元件放置或层分配。请注意,上方 Query Helper 对话框中列出的函数可用于脚本语言。

下方示例展示了将电容器额定电压查询(参见上方的筛选查询)应用于元件放置规则的情况。运行该规则时,会针对检测为高压器件(>50V)的元件检查特定的间距值。

通过从原理图空间传递过来的特定封装参数定义的设计规则,可用于检测自定义布局条件。

同样,自定义 PCB 参数也可用于检查元件与层的兼容性,例如,某个元件不支持波峰焊,因此不能放置在底层。在这种情况下,可将处理自定义“WaveSoldering”参数(Yes/No)的对象匹配查询应用于 允许层规则。

随后,该(批处理)规则将检查此元件参数的值,如果某个元件不适合放置在底层,则会生成违规项。

变体

传递到 PCB 且包含在设计变体(设计变体)中的参数,会随着变体选择而进行处理。

实际使用中,PCB 空间中随变体变化的元件参数会由查询字符串动态检测,或者通过特殊字符串显示在电路板层上。 

用户定义的封装参数

在 高级设置对话框中启用 PCB.FootprintParameters 选项后,即可使用此功能。

Altium Designer 支持用户定义的封装参数。 在 PCB 封装编辑器的设计空间中未选中任何对象时,可以使用 Properties 面板的 Library Options 模式下 Footprint 选项卡上的 Parameters 区域查看和编辑封装参数。

将元件放置在 PCB 上后,您可以在 Properties 面板的 Component 模式下,在 Parameters 选项卡上查看这些参数。

  • 通过 PCB 编辑器主菜单中的 Make PCB Library 或 Make Integrated Library 命令生成库时,PCB 上已放置元件的封装参数会传递到库中的封装。
  • Altium Designer 的比较引擎以及生成的贴片和 ODB++ 输出均支持封装参数。
Altium MCAD CoDesigner 支持根据配置的链接在 MCAD 中放置原生 MCAD 元件。在某些情况下,具有不同模型的多个封装会链接到同一个元件(例如,某个 LED 可以通过两种方式安装在 PCB 上:使用直引脚垂直安装,或使用弯曲引脚水平安装)。借助封装参数,您现在可以从这些不同的封装引用不同的 MCAD 模型。了解有关 链接原生 ECAD 和 MCAD 设计元件的更多信息。

位号和注释字符串

默认位号和注释字符串

将封装放置到电路板上时,系统会根据从设计原理图视图中提取的信息为其指定位号和注释。无需手动定义位号和注释字符串的占位符,因为在将封装放置到电路板上时,系统会自动添加这些占位符。在设计空间中选中位号或注释字符串时,这些字符串的位置由 Parameter 模式下 Properties 面板中的位号和注释字符串 Autoposition 选项决定。位号和注释字符串的默认位置及大小,可在 Preferences 对话框的 PCB 编辑器 - 默认值页面中相应的图元设置中进行配置。

附加位号和注释字符串

在某些情况下,您可能需要位号或注释字符串的额外副本。例如,您的装配厂需要一份详细的装配图,要求在每个元件轮廓内显示位号,而您的公司则要求最终 PCB 的元件丝印层上,位号位于元件正上方。通过在封装中包含 .Designator 特殊字符串,即可满足添加额外位号的需求。此外,还可使用 .Comment 特殊字符串来指定注释字符串在其他层或其他位置上的显示位置。

为满足装配厂的要求,可在 PCB 封装编辑器中将 .Designator 字符串放置在机械层上,然后生成包含该层的打印输出,作为设计装配说明的一部分。

处理特定层的特殊要求

PCB 元件可能有许多特殊要求,例如需要胶点 或可剥离阻焊层定义。其中许多特殊要求与元件安装在电路板的哪一侧有关,并且在元件翻面时也必须翻转到电路板的另一侧。

Altium Designer 的 PCB 编辑器并未提供大量可能很少用到的专用层,而是通过称为“层对”的功能来满足这一需求。层对是指被定义为一对的两个机械层。每当元件从电路板的一侧翻转到另一侧时,成对机械层上的所有对象都会翻转到该层对中的另一个机械层上。 使用这种方法时,您可以选择一个合适的机械层来放置胶点(或满足其他特殊要求), 并使用可用对象定义其形状。 将该封装放置到电路板上时,必须设置层配对。这样,软件就能知道在此元件翻转到电路板另一侧时,应将对象转移到哪个层。您无法在 PCB 封装编辑器中定义层对;此操作需在 PCB 编辑器中完成。

必须在元件翻面before定义层配对。如果在元件移至底面后才定义配对,机械层上的内容会翻转,但仍保留在原来的层上。如果忘记在翻面前创建层对,可以从库中更新,以刷新放置在电路板上的元件实例。

可以直接在 View Configurations 面板中编辑机械层名称,方法是右键单击, 然后选择 Edit Layer。

管理机械层用途的一种常见方法,是为每种所需的机械层功能指定一个专用层编号。这种方法要求所有设计人员遵循相同的层分配和编号方案。如果从其他来源获取的元件未遵循相同的分配和编号方案,也可能带来麻烦。如果使用了不同的方案,就必须将设计对象从其当前所在的机械层 移动到为相应功能指定的机械层。

引入 Layer Type 属性后,这个问题便得到了解决。当元件从库中放置到 PCB 编辑器、从一个库复制到另一个库,或由 IPC Footprint Wizard 创建时,系统会自动匹配现有的层类型分配,而不受这些层类型所分配的机械层编号影响。对象会根据其层类型重新定位到正确的层上。 如果软件无法按层类型进行匹配,则会退回到按层编号匹配。

对于单个机械层和元件层对,您都可以从预定义的类型列表中选择层类型。右键单击某个层,然后从菜单中选择 Edit Layer 或 Add Component Layer 命令,即可访问下方所示的对话框。

有关元件相关机械层类型的详细信息,请参阅使用机械层页面。

为 PCB 封装添加高度

最简单的三维表示方法是为 PCB 封装添加高度信息。为此,请打开 Properties 面板并切换至 Library Options 模式(在设计空间中未选中任何对象时激活),然后在该面板 Footprint 选项卡上的 Height 字段中输入元件的建议高度。

可以在电路板设计过程中定义高度设计规则(在 PCB 编辑器中单击 Design » Rules),通常用于检查某个元件类中 或某个 Room 定义范围内的最大元件高度。

定义高度信息的更好方法是为 PCB 封装添加三维实体。

管理包含布线图元的元件

传输设计时,系统会从可用库中提取每个元件指定的封装,并将其放置到电路板上。然后,将封装中每个焊盘的网络属性设置为原理图中连接到该元件引脚的网络名称。所有与焊盘接触的对象都会连接到与该焊盘相同的网络。

PCB 编辑器包含一个全面的网络管理工具。要启动此工具,请从主菜单中选择 Design » Netlist » Configure Physical Nets,打开配置物理网络对话框。单击 Menu 按钮可打开选项菜单。单击 New Net Name 标题处的下拉菜单,可选择要分配给未分配图元的网络。

多个焊盘连接到同一引脚的封装

下图所示的 SOT223 晶体管封装中,多个焊盘连接到原理图元件的同一个逻辑引脚——引脚 2。为实现此连接,添加了两个具有相同标识符“2”的焊盘。 在原理图编辑器中使用 Design » Update PCB 命令将设计信息传输到 PCB 时,同步后会在 PCB 编辑器中显示连接到这两个焊盘的连接线,即 它们位于同一网络中。这两个焊盘都可以进行布线。

SOT223 封装,其中两个焊盘的标识符均为 2。
SOT223 封装,其中两个焊盘的标识符均为 2。

丝印预处理

为帮助解决丝印与裸露铜及 孔重叠所导致的常见可制造性设计(DFM)问题,PCB 封装编辑器提供了专门的功能,用于对封装的丝印进行预处理。通过以下方式可有效解决这些 问题:

  • 自动裁剪丝印线条和圆弧;
  • 自动裁剪或移动填充和区域;
  • 自动移动丝印文本字符串。
设计 PCB 时也可以使用丝印预处理工具—— 了解更多。

要在 PCB 封装编辑器中访问丝印预处理工具,请使用主菜单中的 Tools » Silkscreen Preparation 命令。随后将打开 Silkscreen Preparation 对话框。

使用此对话框可配置丝印对象的裁剪/移动设置。可用选项包括:

  • Clip to Exposed Copper – 启用后,将根据裸露铜自动裁剪对象。
  • Clip to Solder Mask Openings – 启用后,将根据阻焊开窗自动裁剪对象。
  • Silkscreen Clearance – 定义丝印对象与裸露铜 / 阻焊开窗及孔之间可接受的最小间距。
  • Min Remaining Length – 如果裁剪后的线条/圆弧长度小于所定义的 值,则会从封装中移除这些对象。请注意,此长度为顶点到顶点的长度,而非边缘到边缘的长度 – 显示图片。
  • Move Text – 启用后,如果丝印文本字符串与裸露铜 / 阻焊开窗及 孔之间的距离小于 Silkscreen Clearance,则会将文本移离这些对象。移动距离受 Max Distance 值的限制。
  • Fill & Region – 当填充和区域与裸露铜 / 阻焊开窗及 孔之间的距离小于 Silkscreen Clearance时,选择要对填充和区域执行的操作:
    • None – 填充和区域保持不变。
    • Clip – 将裁剪填充和区域,以保持 Silkscreen Clearance。适用时,填充将转换为区域。
    • Move – 将移动填充和区域,使其远离裸露铜 / 阻焊开窗以及孔。移动距离受 Max Distance 值的限制。
  • Max Distance – 定义文本字符串、元件位号、填充和区域为保持 Silkscreen Clearance 而可移动的最大距离。

单击 OK,根据对话框中的设置裁剪和/或移动丝印对象。

如果无法对某个对象执行操作(例如,由于 Max Distance 的限制而无法移动文本字符串),则 Messages 面板中将显示该对象的相关消息。

下面展示了丝印准备工具的处理效果示例。

Javascript

使用符合 IPC 标准的封装向导创建封装

IPC Compliant Footprint Wizard 可生成真正符合 IPC 7351 标准 B 版要求的 PCB 封装 - Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard。IPC Compliant Footprint Wizard 并非直接使用封装尺寸(如 封装向导 那样),而是使用元件本身的尺寸信息,然后根据 IPC 发布的算法计算合适的焊盘和其他封装属性。

Wizard 不要求您输入用于定义封装的焊盘和走线属性,而是以元件的实际尺寸作为输入。随后,Wizard 根据为 IPC-7351 标准制定的公式,使用焊盘和走线等标准 Altium Designer 对象生成封装。

  • 此对话框符合 IPC 7351 标准 B 版——《表面贴装设计和焊盘图形标准通用要求》。IPC-7351B 于 2010 年发布,取代了 2007 年发布的 IPC-7351A。

  • 要在 Altium Designer 中访问 IPC Compliant Footprint Wizard,必须安装 IPC Footprint Generator 软件扩展。 此扩展默认随 Altium Designer 一起安装。 您可以手动安装或移除它。

    有关管理扩展的更多信息,请参阅 Extending Your Installation 页面(Altium Designer Develop、Altium Designer Agile、Altium Designer)。

要运行 IPC Compliant Footprint Wizard,请在 PCB 库文档的主菜单中选择 Tools » IPC Compliant Footprint Wizard。

在 Select Component Type 页面上,选择要在 Select Component Type 页面上为其创建封装的元件系列。向导右侧的预览区域会动态变化,显示当前选定的元件,并注明可生成的封装类型。下表列出了向导支持的元件类型和封装。

名称 描述 包含的封装
BGA 球栅阵列 BGA, CGA
BQFP 带缓冲角的四边扁平封装 BQFP
CAPAE 铝电解电容器 CAPAE
CFP 陶瓷双列扁平封装 - 经修剪和成形的鸥翼形引脚 CFP
片式阵列 片式阵列 片式阵列
DFN 双边扁平无引脚封装 DFN
CHIP 片式元件,2 引脚 电容器、电感器、电阻器
CQFP 陶瓷四边扁平封装 - 经修剪和成形的鸥翼形引脚 CQFP
DPAK 晶体管外形封装 DPAK
LCC 无引脚芯片载体 LCC
LGA 焊盘栅格阵列 LGA
MELF MELF 元件,2 引脚 二极管、电阻器
MOLDED 模塑元件,2 引脚 电容器、电感器、二极管
PLCC 塑料有引脚芯片载体,方形 - J 形引脚 PLCC
PQFN 引脚内缩式四边扁平无引脚封装 PQFN
PQFP 塑料四边扁平封装 PQFP、带裸露焊盘的 PQFP
PSON 引脚内缩式小外形无引脚封装 PSON
QFN 四边扁平无引脚封装 QFN, LLP
QFN-2ROW 四边扁平无引脚封装,双排,方形 双排 QFN
SODFL 小外形二极管,扁平引脚 SODFL
SOIC 小外形集成电路封装,1.27mm 间距 - 鸥翼形引脚 SOIC、带裸露焊盘的 SOIC
SOJ 小外形封装 - J 形引脚 SOJ
SON 小外形无引脚封装 SON、带裸露焊盘的 SON
SOP, TSOP 小外形封装 - 鸥翼形引脚 SOP, TSOP, TSSOP
SOT143/343 小外形晶体管 SOT143, SOT343
SOT223 小外形晶体管 SOT223
SOT23 小外形晶体管 3 引脚、5 引脚、6 引脚
SOT89 小外形晶体管 SOT89
SOTFL 小外形晶体管,扁平引脚 3 引脚、5 引脚、6 引脚
绕线 精密绕线电感器,2 引脚 电感器

向导的后续页面会根据所选元件类型而变化。按照向导中直观的页面,根据需要设置特定元件的封装。使用 IPC Compliant Footprint Wizard 时的一些注意事项:

  • 在向导中,所有尺寸均以公制(mm)单位输入。

  • 可以输入封装总体尺寸、引脚信息、引脚跟部间距、焊锡圆角和公差,并立即查看。

    修改 IPC 公差可能会导致生成的 PCB 封装不符合 IPC 标准。

  • 可以输入机械尺寸,例如元件占位边界、装配和元件(3D)实体信息。

  • Wizard 支持重新进入,便于检查和调整。

  • 每个阶段都会显示封装预览。对于每种元件类型, Preview 区域都会动态更新,显示各项设置对应的新位置、尺寸等。 在 Preview 区域中,您可以单击  或  在 2D 和 3D 预览图像之间切换。

  • 如果需要,您可以在生成模型之前预览 3D STEP 模型。单击 Generate STEP Model Preview在 Wizard 的任意页面上选择元件 类型后,即可在 Preview 区域预览 3D STEP 模型。

  • 对于具有大型散热焊盘(尺寸为 2.1 mm × 1.6 mm 或更大)的封装,锡膏掩膜会被分割为多个小填充区域。

  • 对于采用鸥翼形引脚的封装,会对焊盘进行裁剪,以防止其延伸到封装本体下方。

  • 对于具有大型中央散热焊盘的小型封装,会对外围焊盘进行裁剪,以确保焊盘之间的间距符合 IPC 标准的要求。

  • 应用焊盘裁剪时,对话框中会显示警告。

  • 系统会根据您在 Wizard  中输入的信息自动建议封装的名称和描述,但您可以根据组织的要求进行修改。

  • 根据 IPC 标准,该向导支持三种封装变体(_L、 _N、 _M),分别适用于不同的电路板密度。

  • 您可以在任何阶段按下 Finish 按钮,以生成当前预览的封装。如果在完成整个 Wizard 之前单击 Finish ,则会使用所选元件类型的系统默认值创建封装。

  • 使用基于文件的 PCB 封装库时,可使用 符合 IPC 标准的封装批量生成器 ,快速生成多种密度级别的多个封装。

从基于文件的 PCB 封装库访问向导时,可以使用 Footprint Destination 页面,在其中选择新建封装的存储位置 – 显示图片:

  • 如果要将封装存储在现有的 PCB 库文件中,请选择 Existing PcbLib File。您可以直接在文本框中输入文件路径,也可以使用  打开对话框,查找所需文件。
  • 如果要将封装存储在新的 PCB 库文件中,请选择 New PcbLib File。在文本框中输入新 PCB 库文件的名称。系统会为新库文件名添加扩展名 .PcbLib。
  • 选择 Current PcbLib File,将封装存储在所显示的 PCB 库文件中。
  • 启用 Produce 3D/STEP model 以生成 3D STEP 模型。
  • 如果您拥有有效的“MCAD Co-Designer - SOLIDWORKS(R)”许可证,则可以选择将模型保存为 Parasolid 文件类型。 单击 Format 右侧的下拉列表,然后选择 Parasolid。此时, External File 文本框中显示的文件为 *.x_t 文件。 这就是将要保存的文件的名称和位置。
  • 选择 Embedded (默认)或 External File。 选择 External File,将 3D STEP 模型保存为外部文件。默认文件类型为 STEP,文件名显示在 External File 文本框中,扩展名为 *.step。如有需要,可单击  浏览并选择用于保存生成的 3D STEP 模型的文件夹。

使用封装向导创建封装

PCB 封装编辑器包含一个 Footprint Wizard。此 Wizard 允许您从多种封装类型中进行选择并填写相应信息,然后为您构建元件封装。请注意,在 Footprint Wizard 中,您需要输入焊盘和元件丝印所需的尺寸。

要启动 Footprint Wizard,请从主菜单中选择 Tools » Footprint Wizard ,或在设计空间中右键单击,然后从快捷菜单中选择 Tools » Footprint Wizard 命令。

使用 Component patterns 页面指定要创建的元件的排列形式。 从列表中选择所需的排列形式,然后使用下拉列表选择元件的单位(Imperial (mil) 或 Metric (mm))。可用的排列形式包括:

  • Ball Grid Arrays (BGA)
  • Capacitors
  • Diodes
  • Dual In-line Packages (DIP)
  • Edge Connectors
  • Leadless Chip Carriers (LCC)
  • Pin Grid Arrays (PGA)
  • Quad Packs (QUAD)
  • Resistors
  • Small Outline Packages (SOP)
  • Staggered Ball Grid Arrays (SBGA)
  • Staggered Pin Grid Arrays (SPGA)

向导的后续页面会随所选元件排列形式而变化。按照向导直观的页面提示,根据需要设置特定的元件封装。

为采用 Edge Connectors、 Leadless Chip Carriers (LCC) 或 Quad Packs (QUAD) 排列形式的封装设置焊盘命名样式时,单击绿色箭头可更改命名顺序/方向 – 显示图片。

生成元件报告

要为当前 PCB 封装生成报告,请从主菜单中选择 Reports » Component 命令。 启动该命令后,系统会在源 PCB 库文档所在的文件夹中生成报告(<PCBLibraryDocumentName>.CMP),并自动在主设计窗口中将其作为活动文档打开。报告列出的信息包括封装尺寸、构成封装的各个图元对象及其所在图层的明细。

该报告将作为自由文档添加到 Projects 面板的 Documentation\Text Documents 子文件夹下。

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