Erstellen eines PCB-Footprints

Der Bereich, den das Bauteil auf der gefertigten Leiterplatte einnimmt, wird durch den Bauteil-Footprint definiert. Ein typischer Footprint umfasst Pads und einen Bauteil-Overlay und kann außerdem weitere erforderliche mechanische Details enthalten. Im untenstehenden Beispiel-Footprint wird der größte Teil der Bauteilkontur auf einer mechanischen Lage (die grünen Linien) und nicht auf dem (gelben) Overlay definiert, da dieses Bauteil so montiert wird, dass es über einen Ausschnitt in der Leiterplatte hinausragt.

 
Der Footprint definiert den Platzbedarf des Bauteils und stellt die Verbindungspunkte von den Pins/Pads des Bauteils zur Leiterbahnführung auf der Leiterplatte bereit.

Das auf diesem Footprint montierte Bauteil kann mit 3D Body-Objekten modelliert werden. Das 3D-Body-Objekt dient als Container, in den ein Modell im generischen MCAD-Format importiert werden kann, wie im folgenden Bild gezeigt.

Ein geeignetes MCAD-Modell kann in ein 3D-Body-Objekt importiert werden.

Selbst bei einer umfangreichen Auswahl an Ressourcen mit vorgefertigten PCB-Komponenten (wie dem Manufacturer Part Search panel) ist es wahrscheinlich, dass Sie im Laufe Ihrer Karriere irgendwann eine benutzerdefinierte PCB-Komponente erstellen müssen. PCB-Komponenten-Footprints werden im PCB-Footprint-Editor mit demselben Satz primitiver Objekte erstellt, der auch im PCB-Editor verfügbar ist. Zusätzlich zu Footprints können auch Firmenlogos, Fertigungsdefinitionen und andere während des Leiterplattendesigns benötigte Objekte als PCB-Komponenten gespeichert werden.

Erstellen eines neuen PCB-Footprints

Footprints können direkt in Ihrem verbundenen Workspace erstellt werden. Gehen Sie dazu wie folgt vor:

1. Wählen Sie File » New » Library in den Hauptmenüs aus und wählen Sie dann im sich öffnenden New Library Dialogfeld Create Library Content » Footprint im Bereich Workspace des Dialogfelds aus.

   
   Erstellen eines neuen Workspace-Footprints mit dem Dialog New Library

2. Geben Sie im sich öffnenden Create New Item Dialogfeld die erforderlichen Informationen ein, stellen Sie sicher, dass die Option Open for editing after creation aktiviert ist, und klicken Sie auf OK. Der Workspace-Footprint wird erstellt und der temporäre PCB-Footprint-Editor wird geöffnet, wobei ein .PcbLib Dokument als aktives Dokument angezeigt wird. Dieses Dokument wird entsprechend Item-Revision im folgenden Format benannt: <Item><Revision>.PcbLib (z. B. PCC-001-0001-1.PcbLib). Verwenden Sie das Dokument, um den Footprint wie unten beschrieben zu definieren.

   
   Beispiel für die Bearbeitung der ersten Revision eines Workspace-Footprints – der temporäre PCB-Footprint-Editor stellt das Dokument bereit, mit dem Sie Ihren Footprint definieren.

3. Wenn der Footprint wie gewünscht definiert ist, speichern Sie ihn mit dem Steuerelement Save to Server rechts neben dem Eintrag des Footprints im Bereich Projects im Workspace. Das Dialogfeld Edit Revision wird angezeigt, in dem Sie Name und Beschreibung ändern sowie bei Bedarf Release Notes hinzufügen können. Das Dokument und der Editor werden nach dem Speichern geschlossen.

Ein gespeicherter Workspace-Footprint kann beim Definieren einer Komponente mit dem Component Editor im Single Component Editing mode oder im Batch Component Editing mode verwendet werden.

Workspace-Footprints können über das Components Panel durchsucht werden. Aktivieren Sie die Sichtbarkeit von Modellen, indem Sie oben im Panel auf die Schaltfläche  klicken und Models auswählen. Wählen Sie dann die Kategorie Footprints aus.

Um einen Workspace-Footprint zu bearbeiten, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf seinen Eintrag im Components Panel und wählen Sie den Befehl Edit. Der temporäre Editor wird erneut geöffnet, diesmal mit dem zur Bearbeitung geöffneten Footprint. Nehmen Sie die gewünschten Änderungen vor und speichern Sie dann das Dokument als nächste Revision des Workspace-Footprints.

Definieren eines PCB-Footprints

Footprints werden immer auf der Oberseite erstellt, unabhängig davon, auf welcher endgültigen Seite der Leiterplatte sie platziert werden, und zwar mit demselben Satz an Werkzeugen und Designobjekten, die auch im PCB-Editor verfügbar sind. Lagenspezifische Attribute wie SMD-Pads und Lötstoppmasken-Definitionen werden automatisch auf die entsprechenden Bottom-Layer übertragen, wenn Sie den Footprint während der Bauteilplatzierung auf die andere Seite der Leiterplatte spiegeln.

Designobjekte können auf jeder Lage platziert werden; die Kontur wird jedoch normalerweise auf der Lage Top Overlay (Siebdruck) erstellt und die Pads auf der Multilayer-Lage (für Through-Hole-Bauteilanschlüsse) oder der Top-Signal-Lage (für SMD-Bauteilanschlüsse). Wenn Sie den Footprint auf einer PCB platzieren, werden alle Objekte, aus denen der Footprint besteht, ihren definierten Lagen zugewiesen.

2D- und 3D-Ansichten eines Footprints für eine Joystick-Komponente. Das 3D-Bild zeigt das importierte STEP-Modell für das Bauteil. Beachten Sie, dass die Pads und der Bauteil-Overlay unterhalb des STEP-Modells sichtbar sind.

Die typische Reihenfolge zum manuellen Erstellen eines Bauteil-Footprints ist:

1. Bereiten Sie den Designbereich vor: Definieren Sie Fangoptionen, konfigurieren Sie Raster und Hilfslinien - mehr erfahren.

2. Footprints sollten um den Referenzpunkt des Designbereichs in der Mitte des PCB-Footprint-Editors aufgebaut werden. Dieser Referenzpunkt ist tatsächlich der relative Ursprung des Designbereichs und der Punkt, an dem der Komponenten-Footprint bei Platzierungs- und Verschiebevorgängen vom Cursor aufgenommen wird (abhängig von der aktuellen Object Snap Options auf der Seite PCB Editor – General des Dialogs Preferences). Verwenden Sie die Tastenkombination J, R, um direkt zum Referenzpunkt zu springen. Wenn Sie vergessen haben, vor dem Erstellen Ihres Footprints zum Referenzpunkt zu wechseln, können Sie den Referenzpunkt mit den Befehlen des Untermenüs Edit » Set Reference in Ihren Footprint übernehmen:

   • Pin 1 - setzt den Komponenten-Referenzpunkt auf Pin 1 des Komponenten-Footprints.

   • Center - setzt den Komponenten-Referenzpunkt auf die Mitte des Komponenten-Footprints.

   • Location - setzt den Komponenten-Referenzpunkt auf eine benutzerdefinierte Position.

   Der gewählte Punkt wird auf 0,0 gesetzt – er wird zum neuen relativen Ursprung, und alle Primitive erhalten relativ zu diesem Punkt aktualisierte Positionen.

3. Platzieren Sie die Pads (Place » Pad) entsprechend den Anforderungen der Komponente. Nachdem Sie den Befehl „Pad platzieren“ ausgeführt haben, aber bevor Sie das erste Pad platzieren, drücken Sie die Taste Tab, um das Properties Panel zu öffnen und alle Pad-Eigenschaften festzulegen, einschließlich Designator, Size and Shape, Layer und Hole Size des Pads (bei einem Through-Hole-Pad). Der Designator wird bei nachfolgenden Pad-Platzierungen automatisch hochgezählt. Für ein SMD-Pad setzen Sie Layer auf Top Layer. Für ein Through-Hole-Pad setzen Sie Layer auf Multi-Layer.

   Einige Footprints erfordern Pads mit unregelmäßiger Form. Dies kann mit Pad-Objekten vom Typ „Custom Shape“ umgesetzt werden. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Customizing a Pad Stack.
   • Einer der wichtigsten Schritte beim Erstellen eines neuen Komponenten-Footprints ist das Platzieren der Pads, mit denen die Komponente auf die PCB gelötet wird. Diese müssen exakt an den richtigen Positionen platziert werden, damit sie den Pins des physischen Bauteils entsprechen.
   • Auch bei der Benennung der Pads ist Sorgfalt erforderlich, da Altium Designer diese Eigenschaft für die Zuordnung zu den Pinnummern des Schaltplansymbols verwendet.

4. Um eine präzise Platzierung der Pads sicherzustellen, sollten Sie ein speziell dafür vorgesehenes Raster einrichten. Verwenden Sie die Tastenkombination Ctrl+G, um den Dialog Cartesian Grid Editor dialog zu öffnen, und die Taste Q, um das Raster zwischen imperialen und metrischen Einheiten umzuschalten.

5. Um ein Pad beim Verschieben mit der Maus präzise zu platzieren, verwenden Sie die Pfeiltasten der Tastatur, um den Cursor in den aktuellen Rasterabständen zu bewegen. Wenn Sie zusätzlich Shift gedrückt halten, erfolgt die Bewegung in Schritten des 10-fachen Rasterabstands. Die aktuelle X-/Y-Position wird in der Statusleiste und auch in der Heads-Up-Anzeige angezeigt. Die Heads-Up-Anzeige enthält sowohl die Position als auch die Differenz zwischen der Position des letzten Klicks und der aktuellen Cursorposition. Verwenden Sie die Tastenkombination Shift+H, um die Heads-Up-Anzeige ein- und auszuschalten. Alternativ können Sie auf ein platziertes Pad doppelklicken, um es zu bearbeiten, und die erforderlichen X- und Y-Positionen im Properties Panel eingeben.

6. Um den Abstand zwischen zwei Punkten im Designbereich zu prüfen, verwenden Sie Reports » Measure Distance (Tastenkombination Ctrl+M). Folgen Sie den Hinweisen in der Statusleiste.

7. Pad-spezifische Attribute wie Lötstoppmaske und Pastenmaske werden automatisch auf Grundlage der Pad-Abmessungen und der anwendbaren Masken-Designregeln berechnet. Obwohl Maskeneinstellungen für jedes Pad manuell definiert werden können, erschwert dies spätere Änderungen dieser Einstellungen während des Board-Designprozesses. Typischerweise wird dies nur dann gemacht, wenn die Pads nicht über Designregeln angesprochen werden können. Beachten Sie, dass Regeln im PCB-Editor während des Board-Designs definiert werden.

8. Verwenden Sie Leiterbahnen, Bögen und andere primitive Objekte, um die Komponenten-Kontur zu definieren, die auf dem PCB-Siebdruck auf der Top-Overlay-Lage erscheint. Wenn die Komponente bei der Platzierung auf die Unterseite der Platine gespiegelt wird, wird das Overlay automatisch auf die Bottom-Overlay-Lage übertragen.

9. Platzieren Sie Leiterbahnen und andere primitive Objekte auf einer mechanischen Lage, um zusätzliche mechanische Details wie beispielsweise einen Placement Courtyard zu definieren. Mechanische Lagen sind Allzwecklagen. Sie sollten die Funktion dieser Lagen festlegen und sie in Ihren Footprints konsistent verwenden.

10. Platzieren Sie 3D Body objects, um die dreidimensionale Form der physischen Komponente zu definieren, die auf der PCB montiert werden soll.

    Ein 3D-Body-Objekt, das einem Footprint hinzugefügt wird, kann auf ein 3D model uploaded to the connected Workspace verweisen.

11. Die Zeichenfolgen für Designator und Comment werden beim Platzieren in den PCB-Designbereich automatisch zur Overlay-Lage des Footprints hinzugefügt. Zusätzliche Zeichenfolgen für Designator und Comment können durch Platzieren der speziellen Zeichenfolgen .Designator und .Comment auf einer mechanischen Lage eingefügt werden.

    Beim Platzieren von Designator- und Comment-Zeichenfolgen muss im PCB-Editor ein Layer Pair definiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zeichenfolgen an die Seite der Platine gebunden sind, auf der die Komponente montiert ist, und beim Spiegeln der Komponente auf die andere Seite der Platine wechseln. Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Handling Special Layer-specific Requirements weiter unten.

12. Definieren Sie die Eigenschaften des Footprints (z. B. Name und Beschreibung) auf der Registerkarte Footprint des PropertiesPanels im Modus Library Options (aktiv, wenn im Designbereich kein Objekt ausgewählt ist; aufrufbar über den Befehl Tools » Footprint Properties in den Hauptmenüs). Weitere Informationen zu den unter der Registerkarte Footprint des Panels verfügbaren Optionen und Steuerelementen finden Sie im Abschnitt weiter unten.

Vorbereiten des Designbereichs

Standardmäßig werden die Raster als Punkte angezeigt. Wenn Sie möchten, können Raster auch als Linien dargestellt werden. Dies wird im Dialog Grid Editor konfiguriert, der durch Klicken auf die Schaltfläche Properties im PropertiesPanel geöffnet wird, wie im folgenden Bild gezeigt. Alternativ drücken Sie die Tastenkombination Ctrl+G, um den Dialog zu öffnen.

Im Bild wird das feine Raster als Punkte und das grobe Raster als Linien angezeigt.

Properties Panel

Wenn Sie einen Footprint im PCB-Footprint-Editor bearbeiten und aktuell kein Designobjekt im Designbereich ausgewählt ist, zeigt das PropertiesPanel Library Options an.

Die folgenden einklappbaren Abschnitte enthalten Informationen zu den Optionen und Steuerelementen, die unter der Registerkarte General des Panels verfügbar sind:

Die folgenden einklappbaren Abschnitte enthalten Informationen zu den Optionen und Steuerelementen, die auf der Registerkarte Footprint des Panels verfügbar sind:

Wenn ein Designobjekt ausgewählt ist, zeigt das Panel Optionen an, die speziell für diesen Objekttyp gelten. Die folgende Tabelle listet die Objekttypen auf, die im PCB-Footprint-Designbereich platziert werden können – klicken Sie auf einen Link, um die Eigenschaftenseite für dieses Objekt aufzurufen.

Lötstopp- und Pastenmaskenerweiterungen

Um zu prüfen, ob Lötstopp- und/oder Pastenmasken im PCB-Footprint-Editor korrekt definiert wurden, öffnen Sie das View Configuration panel und aktivieren Sie die Anzeigeoption () für jede Maskenlage.

Der Ring, der um die Kante jedes Pads in der Farbe der Top Solder Mask-Lage erscheint, stellt die Kante der Lötstoppmaskenform dar, die aufgrund des Erweiterungswerts unter dem Multilayer-Pad hervorsteht, da multi-layer sich oben in der Zeichenreihenfolge der Lagen befindet; sie wird darüber gezeichnet. Die Layer Drawing Order wird auf der Seite PCB Editor - Display page des Dialogs Preferences festgelegt).

Das folgende Bild zeigt einen PCB-Footprint mit einem violetten Rand (Farbe der Top Solder Mask-Lage), der um die Kante jedes Pads erscheint.

Um schnell durch die Lagen zu wechseln, verwenden Sie den Single Layer Mode (Shift+S) in Kombination mit Ctrl+Shift+Wheel roll.

Parameterunterstützung

Parameter, die auf Objekte in Altium Designer angewendet werden, bieten eine leistungsstarke und flexible Möglichkeit, einem PCB-Design zusätzliche Informationen hinzuzufügen. Als Eigenschaften des übergeordneten Objekts angewendet, können Parameter auf verschiedenen Ebenen eingesetzt werden, darunter Projekte, Dokumente, Vorlagen und einzelne Objekte innerhalb eines Designdokuments.

Parameter, die im PCB-Bereich verfügbar werden, können zum Filtern von Queries, Design Rules, Skripten und Varianten verwendet werden und können in PCB-Komponenten-Footprints angewendet werden, um benutzerdefinierte Strings in platzierten Footprints aufzurufen.

Parameter über einen Engineering Change Order

Die PCB-Parameterfunktionen basieren auf Funktionalität, die im ECO-Mechanismus und im PCB-Dokument enthalten ist und die es ermöglicht, benutzerdefinierte Komponentenparameter in den PCB-Bereich zu übertragen und dort beizubehalten. Dies ist eine Einwegübertragung, und die übergebenen Parameter sind in der PCB-Domäne schreibgeschützt.

Die Parameterübertragung erfolgt durch das Erstellen eines ECO vom Schaltplan zur PCB mit dem Menübefehl Design » Update PCB Document.

Wenn der ECO ausgeführt wird (durch Verwendung der Schaltfläche Execute Changes ), werden alle neuen benutzerdefinierten Schaltplan-Komponentenparameter auf die entsprechende Footprint-Referenz im PCB-Design übertragen. 

Um die übertragenen Parameter im PCB-Editor anzuzeigen, doppelklicken Sie auf eine Komponente, um das Properties panel zu öffnen, und wählen Sie dann die Registerkarte Parameters . Die Registerkarte listet die aktuellen Benutzerparameter auf, die dem ausgewählten Komponenten-Footprint zugewiesen wurden. Parameter für einen ausgewählten Komponenten-Footprint sind auch im Components panel verfügbar.

Informations-Referenzlinks

Die PCB-Domäne übernimmt automatisch die vordefinierten ComponentLink Parameter aus dem Schaltplan. Diese sind als Parameterpaare definiert (Beschreibung und Link-URL), die normalerweise Datenreferenzlinks zu bestimmten Dateien oder Internetadressen herstellen – typischerweise zu einer Hersteller-Website oder einer Datenblatt-URL.

Im Schaltplan- wie auch im PCB-Designbereich werden die Links über das Kontextmenü per Rechtsklick aufgerufen, wenn Sie mit dem Mauszeiger über eine Komponente fahren (unter den Optionen des Untermenüs References). Die spezialisierten Parameter werden im Properties panel hinzugefügt und erscheinen nach der Übertragung in den PCB-Bereich als Komponenten-Footprint-Parameter. 

Parameter in Quell-Footprints

Parameter, die an die PCB übergeben werden, können verwendet werden, um über Komponenten-Footprints zusätzliche Informationen für die Leiterplattenfertigung oder Funktion bereitzustellen. Durch das Hinzufügen spezieller Parameter-Strings zu Footprints auf Ebene der Quellbibliothek werden die benutzerdefinierten Strings auf der Ziel-Mechanical-Lage oder dem Overlay interpretiert.

Ein spezieller String, der einen benutzerdefinierten Parameter repräsentiert, kann dem Quell-Komponenten-Footprint über die Schaltfläche für spezielle Strings und das Dropdown-Menü () im Properties panel hinzugefügt werden.

Im unten gezeigten Bibliotheks-Footprint wurde der spezielle String .Designator auf der Mechanical 2-Lage platziert.

Ein spezieller String, der einen Benutzerparameter repräsentiert, kann dem Komponenten-Footprint hinzugefügt werden.

Wenn dieser benutzerdefinierte Parameter auch auf Schaltplan-Komponenten angewendet wurde und die Parameterdaten an die PCB übertragen wurden, erscheinen die interpretierten Footprint-Strings sowohl in der Board-Ansicht als auch in generierten Ausgabedateien. In diesem Fall enthält der spezielle Parameter-String eine benutzerdefinierte Komponenten-Teilekennung zur Unterstützung der Bestückung.

Die Anwendung von Benutzerparametern auf Komponenten-Footprints als spezielle Strings kann auch für eine Reihe anderer kundenspezifischer PCB-Anforderungen genutzt werden, einschließlich Funktionsbeschriftungen für Schalter und Steckverbinder, bei denen ein Parameter-String „function“ auf dem Top Overlay in Footprints dieser Komponententypen platziert werden könnte.

Parameter-Queries

Parameter-Strings in der PCB-Domäne sind auch über die Abfragesprache von Altium Designer zugänglich und stehen daher für Objektfilterfunktionen zur Verfügung, einschließlich der Funktion Find Similar Objects.

Um eine Auswahl ähnlicher Objekte durchzuführen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eine Komponente und wählen dann Find Similar Objects aus dem Kontextmenü, um den Dialog Find Similar Objects zu öffnen.

Der Find Similar Objects dialog enthält einen Abschnitt Parameters, in dem die Filteroptionen nach Bedarf ausgewählt werden können.

Das PCB Filter panel kann parameterspezifische Query-Wörter als Filterkriterien anwenden und zur Erstellung von Design Rules auf Basis von PCB-Parametern verwendet werden.

Für die Arbeit mit PCB-Footprint-Parametern stehen mehrere Query-Wörter zur Verfügung, darunter spezielle Funktionswörter zur Umwandlung von String-Werten in Zahlen (wie StrToNumber). Die Umwandlungen von String-Werten sind einheitenbewusst (V, mA, mV, kOhm usw.) und ermöglichen, dass das Query-Ergebnis durch die numerische Verarbeitung eines Parameterwert-Strings bestimmt wird.

Die unterstützten Einheitentypen, die in den Queries angegeben werden können, sind:

• % – Prozent
• A – Strom
• C – Temperatur
• dB – Dezibel
• F – Kapazität
• G – Leitwert
• H – Induktivität
• Hz – Frequenz
• Kg – Masse
• m – Länge
• Ohm – Widerstand
• Q – Ladung
• s – Zeit
• V – Spannung
• W – Leistung
• Z – Impedanz

Für die Arbeit mit PCB-Komponenten-Footprint-Parametern stehen mehrere Parameter-Query-Wörter zur Verfügung.

Das im obigen Dialog Query Helper gezeigte Beispiel verarbeitet den Parameter Voltage Rating für jede Komponente (unter Verwendung der String-zu-Zahl-Konvertierung – StrToNumber(Unit Value, Unit Type)) , um festzustellen, ob sein Wert größer als 50 V ist. Wenn es im PCB Filter panel angewendet wird, zeigt das Beispiel-Board-Layout eine einzelne Hochspannungskomponente, C1 (deren Voltage Rating-Wert 3 kV beträgt).

Regeln und Skripte

PCB-Parameterabfragen können auch auf Altium Designer-Skripte und Design Rules angewendet werden. Letztere können beispielsweise Layout-Validierungsprüfungen durchführen, etwa durch das Erkennen von Footprint-Parametern, um die Bauteilplatzierung oder Layer-Zuweisung zu bewerten. Beachten Sie, dass die im oben genannten Query Helper Dialog aufgeführten Funktionen für die Skriptsprache verfügbar sind.

Das folgende Beispiel zeigt die Abfrage zur Spannungsfestigkeit von Kondensatoren (siehe die Filterabfrage oben), angewendet auf eine Bauteilplatzierungsregel. Beim Ausführen prüft sie auf spezifische Abstandswerte für Bauteile, die als Hochspannungsgeräte (>50V) erkannt werden.

Design Rules, die durch spezifische Footprint-Parameter definiert sind und aus dem Schaltplanbereich übertragen wurden, können zur Erkennung benutzerdefinierter Layout-Bedingungen verwendet werden.

Ebenso können benutzerdefinierte PCB-Parameter verwendet werden, um die Layer-Kompatibilität von Bauteilen zu prüfen, beispielsweise wenn ein Bauteil kein Wellenlöten unterstützt und daher nicht auf dem Bottom Layer platziert werden darf. Hier könnte eine Objektabfrage, die einen benutzerdefinierten Parameter „WaveSoldering“ verarbeitet (Yes/No), auf die Permitted Layers Rule angewendet werden.

Die (Batch-)Regel prüft anschließend den Wert dieses Bauteilparameters und erzeugt eine Verletzung, wenn ein Bauteil nicht mit einer Platzierung auf dem Bottom Layer kompatibel ist.

Varianten

Auf die PCB übertragene Parameter, die in Varianten des Designs enthalten sind (Design Variants), werden mit der Variantenauswahl verarbeitet.

In der Praxis wird ein variierter Bauteilparameter im PCB-Bereich dynamisch durch einen Abfragestring erkannt oder beispielsweise über einen Spezialstring auf einem Board-Layer angezeigt. 

Benutzerdefinierte Footprint-Parameter

Benutzerdefinierte Parameter für Footprints werden in Altium Designer unterstützt. Der Bereich Parameters auf der Registerkarte Footprint des Properties Panels in seinem Library Options Modus kann verwendet werden, um Footprint-Parameter anzuzeigen und zu bearbeiten, wenn im Designbereich des PCB-Footprint-Editors kein Objekt ausgewählt ist.

Wenn das Bauteil auf der PCB platziert ist, können Sie diese Parameter im Properties Panel im Component Modus auf der Registerkarte Parameters sehen.

Designator- und Kommentar-Strings

Standardmäßige Designator- und Kommentar-Strings

Wenn ein Footprint auf einer Platine platziert wird, erhält er einen Designator und einen Kommentar auf Basis von Informationen, die aus der Schaltplanansicht des Designs extrahiert werden. Platzhalter für die Designator- und Kommentar-Strings müssen nicht manuell definiert werden, da sie beim Platzieren des Footprints auf einer Platine automatisch hinzugefügt werden. Die Positionen dieser Strings werden durch die Option für Designator- und Kommentar-Strings Autoposition im Properties Panel im Modus Parameter bestimmt, wenn der Designator- oder Kommentar-String im Designbereich ausgewählt ist. Die Standardposition und -größe von Designator- und Kommentar-Strings werden im jeweiligen Primitive auf der Seite PCB Editor - Defaults page des Dialogs Preferences konfiguriert.

Zusätzliche Designator- und Kommentar-Strings

Es kann Situationen geben, in denen Sie zusätzliche Kopien der Designator- oder Kommentar-Strings benötigen. Ein Beispiel: Ihr Bestückungsdienstleister möchte eine detaillierte Montagezeichnung, in der der Designator innerhalb der Umrisse jedes Bauteils angezeigt wird, während Ihr Unternehmen verlangt, dass sich der Designator auf der fertigen PCB direkt oberhalb des Bauteils auf dem Component Overlay befindet. Diese Anforderung nach einem zusätzlichen Designator kann durch Einfügen des Spezialstrings .Designator in den Footprint erfüllt werden. Ein Spezialstring .Comment steht ebenfalls zur Verfügung, um die Position des Kommentar-Strings auf alternativen Layern oder an alternativen Positionen festzulegen.

Um die Anforderungen des Bestückungsdienstleisters zu erfüllen, würde der String .Designator auf einem mechanischen Layer im PCB-Footprint-Editor platziert, und Ausdrucke, die diesen Layer enthalten, könnten dann als Teil der Montageanweisungen des Designs erzeugt werden.

Umgang mit speziellen layer-spezifischen Anforderungen

Ein PCB-Bauteil kann eine Reihe spezieller Anforderungen haben, etwa die Notwendigkeit eines Klebepunkts oder einer abziehbaren Lötstoppmasken-Definition. Viele dieser speziellen Anforderungen hängen von der Seite der Platine ab, auf der das Bauteil montiert ist, und müssen auf die andere Seite der Platine gespiegelt werden, wenn das Bauteil umgedreht wird.

Anstatt eine große Anzahl selten verwendeter Spezial-Layer einzubinden, unterstützt der PCB-Editor von Altium Designer diese Anforderung durch eine Funktion namens Layer-Paare. Ein Layer-Paar besteht aus zwei mechanischen Layern, die als Paar definiert wurden. Immer wenn ein Bauteil von einer Seite der Platine auf die andere gedreht wird, werden alle Objekte auf einem gepaarten mechanischen Layer auf den anderen mechanischen Layer dieses Paars gespiegelt. Mit diesem Ansatz wählen Sie einen geeigneten mechanischen Layer aus, um den Klebepunkt (oder andere spezielle Anforderungen) aufzunehmen, und definieren dessen Form mit den verfügbaren Objekten. Wenn Sie diesen Footprint auf einer Platine platzieren, müssen Sie die Layer-Paarung einrichten. Dadurch wird der Software mitgeteilt, auf welchen Layer sie Objekte übertragen muss, wenn dieses Bauteil auf die andere Seite der Platine gedreht wird. Layer-Paare können nicht im PCB-Footprint-Editor definiert werden; dies erfolgt im PCB-Editor.

Die Namen mechanischer Layer können direkt im View ConfigurationsPanel bearbeitet werden, indem Sie mit der rechten Maustaste klicken und dann Edit Layer auswählen.

Ein gängiger Ansatz zur Verwaltung der Nutzung mechanischer Layer besteht darin, für jede erforderliche Funktion eines mechanischen Layers eine dedizierte Layer-Nummer zuzuweisen. Dieser Ansatz setzt voraus, dass alle Designer dasselbe Schema für Layer-Zuweisung und Nummerierung einhalten. Er kann auch Schwierigkeiten verursachen, wenn Bauteile aus anderen Quellen stammen, die nicht dasselbe Zuweisungs- und Nummerierungsschema verwenden. Wurde ein anderes Schema verwendet, müssen die Designobjekte von ihrem aktuellen mechanischen Layer auf den für diese Funktion vorgesehenen mechanischen Layer verschoben werden.

Dieses Problem wird durch die Einführung der Eigenschaft Layer Type gelöst. Wenn ein Bauteil aus einer Bibliothek in den PCB-Editor platziert, von einer Bibliothek in eine andere kopiert oder durch IPC Footprint Wizard erstellt wird, werden vorhandene Layer-Type-Zuweisungen automatisch abgeglichen, unabhängig davon, welche Nummer(n) mechanischer Layer diesen Layer Types zugewiesen sind. Die Objekte werden entsprechend ihrem Layer Type auf die korrekten Layer verschoben. Wenn die Software keinen Abgleich nach Layer Type durchführen kann, greift sie auf einen Abgleich nach Layer-Nummer zurück.

Für einzelne mechanische Layer ebenso wie für Component Layer Pairs können Sie einen Layer Type aus einer vordefinierten Liste von Typen auswählen. Sie können auf die unten gezeigten Dialoge zugreifen, indem Sie mit der rechten Maustaste auf einen einzelnen Layer klicken und dann den Befehl Edit Layer oder Add Component Layer aus dem Menü auswählen.

Hinzufügen einer Höhe zu einem PCB-Footprint

Auf der einfachsten Ebene der 3D-Darstellung können Höheninformationen zu einem PCB-Footprint hinzugefügt werden. Öffnen Sie dazu das PropertiesPanel in seinem Modus Library Options (aktiv, wenn im Designbereich kein Objekt ausgewählt ist) und geben Sie die empfohlene Höhe für das Bauteil im Feld Height auf der Registerkarte Footprint des Panels ein.

Höhen-Design Rules können während des Platinenentwurfs definiert werden (klicken Sie im PCB-Editor auf Design » Rules); typischerweise prüfen sie die maximale Bauteilhöhe in einer Bauteilklasse oder innerhalb einer Raumdefinition.

Eine bessere Option zur Definition von Höheninformationen wäre das Anhängen von 3D Bodies an den PCB-Footprint.

Verwalten von Bauteilen mit Routing-Primitiven

Wenn ein Design übertragen wird, wird der in jedem Bauteil angegebene Footprint aus den verfügbaren Bibliotheken extrahiert und auf der Platine platziert. Anschließend wird bei jedem Pad im Footprint die Netzeigenschaft auf den Namen des Netzes gesetzt, das im Schaltplan mit diesem Bauteil-Pin verbunden ist. Alle Objekte, die ein Pad berühren, werden mit demselben Netz verbunden wie das Pad.

Der PCB-Editor enthält ein umfassendes Werkzeug zur Netzverwaltung. Um es zu starten, wählen Sie Design » Netlist » Configure Physical Nets in den Hauptmenüs, um den Dialog Configure Physical Nets dialog zu öffnen. Klicken Sie auf die Schaltfläche Menu, um ein Menü mit Optionen anzuzeigen. Klicken Sie auf das Dropdown in der Kopfzeile New Net Name, um das Netz auszuwählen, das den nicht zugewiesenen Primitiven zugewiesen werden soll.

Footprints mit mehreren Pads, die mit demselben Pin verbunden sind

Der unten gezeigte Footprint, ein SOT223-Transistor, besitzt mehrere Pads, die mit demselben logischen Pin der Schaltungskomponente verbunden sind – Pin 2. Um diese Verbindung herzustellen, wurden zwei Pads mit derselben Bezeichnung – „2“ – hinzugefügt. Wenn der Befehl Design » Update PCB im Schaltplaneditor verwendet wird, um Designinformationen auf die PCB zu übertragen, zeigt die resultierende Synchronisierung die Verbindungsleitungen im PCB-Editor zu beiden Pads an, d. h. sie befinden sich im selben Netz. Beide können geroutet werden.

SOT223-Footprint mit zwei Pads mit der Bezeichnung 2.

Silkscreen-Vorbereitung

Um bei der Behebung häufiger Design-for-Manufacture-(DFM-)Probleme zu helfen, die dadurch entstehen, dass der Silkscreen freiliegendes Kupfer und Bohrungen überlappt, enthält der PCB-Footprint-Editor eine spezielle Funktion zur Vorbereitung des Silkscreens für Ihre Footprints. Diese Probleme können wirksam gelöst werden durch:

• automatisches Beschneiden von Silkscreen-Linien und -Bögen;
• automatisches Beschneiden oder Verschieben von Füllungen und Regionen;
• automatisches Verschieben von Silkscreen-Texten.

Um das Werkzeug zur Silkscreen-Vorbereitung im PCB-Footprint-Editor aufzurufen, verwenden Sie den Befehl Tools » Silkscreen Preparation im Hauptmenü. Das Dialogfenster Silkscreen Preparation wird geöffnet.

Verwenden Sie das Dialogfenster, um die Einstellungen für das Beschneiden/Verschieben von Silkscreen-Objekten zu konfigurieren. Die verfügbaren Optionen sind:

• Clip to Exposed Copper – aktivieren, um Objekte automatisch auf freiliegendes Kupfer zuzuschneiden.
• Clip to Solder Mask Openings – aktivieren, um Objekte automatisch auf Lötstoppmaskenöffnungen zuzuschneiden.
• Silkscreen Clearance – definiert den minimal zulässigen Abstand zwischen Silkscreen-Objekten und freiliegendem Kupfer / Lötstoppmaskenöffnungen und Bohrungen.
• Min Remaining Length – wenn die Linien-/Bogenlänge nach dem Beschneiden kleiner als der definierte Wert ist, werden die Objekte aus dem Footprint entfernt. Beachten Sie, dass diese Länge die Länge von Scheitelpunkt zu Scheitelpunkt ist, nicht die Länge von Kante zu Kante – Bild anzeigen.
• Move Text – aktivieren, um Silkscreen-Texte von freiliegendem Kupfer / Lötstoppmaskenöffnungen und Bohrungen wegzubewegen, wenn der Abstand zwischen ihnen kleiner als der Silkscreen Clearance ist. Die Verschiebung ist durch den Wert Max Distance begrenzt.
• Fill & Region – wählen Sie eine Aktion aus, die für Füllungen und Regionen ausgeführt werden soll, wenn der Abstand zwischen ihnen und freiliegendem Kupfer / Lötstoppmaskenöffnungen und Bohrungen kleiner als der Silkscreen Clearance ist:
  • None – Füllungen und Regionen bleiben unverändert.
  • Clip – Füllungen und Regionen werden beschnitten, um den Silkscreen Clearance einzuhalten. Füllungen werden gegebenenfalls in Regionen umgewandelt.
  • Move – Füllungen und Regionen werden von freiliegendem Kupfer / Lötstoppmaskenöffnungen und Bohrungen weg verschoben. Die Verschiebung ist durch den Wert Max Distance begrenzt.
• Max Distance – definiert eine maximale Distanz, um die Texte, Komponentendesignatoren, Füllungen und Regionen verschoben werden können, damit der Silkscreen Clearance eingehalten wird.

Klicken Sie auf OK, um das Beschneiden und/oder Verschieben von Silkscreen-Objekten gemäß den Einstellungen im Dialogfenster auszuführen.

Ein Beispiel für die Funktionsweise des Werkzeugs zur Silkscreen-Vorbereitung ist unten dargestellt.

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Javascript

Erstellen eines Footprints mit dem IPC-konformen Footprint Wizard

Der IPC Compliant Footprint Wizard erzeugt einen PCB-Footprint, der tatsächlich Revision B des IPC-Standards 7351 entspricht - Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard. Anstatt direkt mit Footprint-Abmessungen zu arbeiten (wie es der Footprint Wizard tut), verwendet der IPC Compliant Footprint Wizard Maßinformationen des Bauteils selbst und berechnet dann geeignete Pad- und andere Footprint-Eigenschaften gemäß den von IPC veröffentlichten Algorithmen.

Anstatt von Ihnen zu verlangen, die Eigenschaften der Pads und Leiterbahnen einzugeben, die zur Definition des Footprints verwendet werden, verwendet der Wizard die tatsächlichen Bauteilabmessungen als Eingaben. Basierend auf den für den IPC-7351-Standard entwickelten Formeln erzeugt der Wizard dann den Footprint unter Verwendung standardmäßiger Altium Designer-Objekte wie Pads und Leiterbahnen.

Um den IPC Compliant Footprint Wizard auszuführen, wählen Sie Tools » IPC Compliant Footprint Wizard im Hauptmenü eines PCB-Library-Dokuments.

Wählen Sie auf der Seite Select Component Type die Bauteilfamilie aus, für die Sie auf der Seite Select Component Type einen Footprint erstellen möchten. Der Vorschaubereich auf der rechten Seite des Wizards ändert sich dynamisch, um das aktuell ausgewählte Bauteil anzuzeigen, und gibt außerdem an, welche Gehäusetypen erzeugt werden können. Die folgende Tabelle listet die im Wizard unterstützten Bauteiltypen und Gehäuse auf.

Die nachfolgenden Seiten des Wizards ändern sich abhängig vom ausgewählten Bauteiltyp. Folgen Sie den intuitiven Seiten des Wizards, um den jeweiligen Bauteil-Footprint wie erforderlich einzurichten. Einige Hinweise zur Arbeit mit dem IPC Compliant Footprint Wizard:

• Alle Abmessungen werden im Wizard in metrischen Einheiten (mm) eingegeben.
• Gesamtabmessungen des Gehäuses, Pin-Informationen, Heel-Abstand, Lötfillets und Toleranzen können eingegeben und sofort angezeigt werden.
  Das Ändern der IPC-Toleranzen kann zu PCB-Footprints führen, die nicht IPC-konform sind.
• Mechanische Abmessungen wie Courtyard-, Assembly- und Bauteilkörperinformationen (3D) können eingegeben werden.
• Der Wizard ist wiedereintrittsfähig und ermöglicht eine einfache Überprüfung und Anpassung.
• Vorschauen des Footprints werden in jeder Phase angezeigt. Für jeden Bauteiltyp wird der Bereich Preview dynamisch aktualisiert, um neue Positionen, Größen usw. für verschiedene Einstellungen anzuzeigen. Im Bereich Preview können Sie auf  oder  klicken, um zwischen 2D- und 3D-Vorschaubildern umzuschalten.
• Falls gewünscht, können Sie vor dem Erzeugen des Modells eine Vorschau des 3D-STEP-Modells anzeigen. Klicken Sie auf einer beliebigen Seite im Wizard nach Auswahl des Bauteiltyps auf Generate STEP Model Preview, um eine Vorschau des 3D-STEP-Modells im Bereich Preview anzuzeigen.
• Lötpastenmasken werden bei Gehäusen mit großem Thermal-Pad (2,1 mm x 1,6 mm oder größer) in kleine Flächen aufgeteilt.
• Bei Gehäusen mit Gullwing-Anschlüssen werden Pads gekürzt, damit sie nicht unter den Gehäusekörper ragen.
• Bei kleinen Gehäusen mit großem zentralem Thermal-Pad werden die äußeren Pads gekürzt, um den gemäß IPC-Standard erforderlichen Abstand zwischen den Pads sicherzustellen.
• Wenn Pad-Kürzungen angewendet werden, wird im Dialog eine Warnung angezeigt.
• Der Name und die Beschreibung für den Footprint werden automatisch auf Grundlage der Informationen vorgeschlagen, die Sie im Wizard  eingeben, können jedoch an organisatorische Anforderungen angepasst werden.
• Gemäß dem IPC-Standard unterstützt der Wizard drei Footprint-Varianten (_L, _N, _M), die jeweils auf eine andere Leiterplattendichte abgestimmt sind.
• Die Schaltfläche Finish kann in jeder Phase gedrückt werden, um den aktuell in der Vorschau angezeigten Footprint zu erzeugen. Wenn Sie auf Finish klicken, bevor Sie den gesamten Wizard abgeschlossen haben, wird der Footprint unter Verwendung der Systemstandardwerte für den ausgewählten Komponententyp erstellt.
• Wenn Sie mit einer dateibasierten PCB-Footprint-Bibliothek arbeiten, verwenden Sie den IPC Compliant Footprints Batch Generator, um schnell mehrere Footprints in mehreren Dichtestufen zu erzeugen.

Erstellen eines Footprints mit dem Footprint Wizard

Der PCB-Footprint-Editor enthält einen Footprint Wizard. Dieser Wizard ermöglicht es Ihnen, aus verschiedenen Gehäusetypen auszuwählen und die entsprechenden Informationen einzugeben; anschließend erstellt er den Komponenten-Footprint für Sie. Beachten Sie, dass Sie im Footprint Wizard die für die Pads und das Komponenten-Overlay erforderlichen Größen eingeben.

Um den Footprint Wizard zu starten, wählen Sie Tools » Footprint Wizard aus den Hauptmenüs oder klicken Sie mit der rechten Maustaste in den Designbereich und wählen Sie den Befehl Tools » Footprint Wizard aus dem Kontextmenü.

Verwenden Sie die Seite Component patterns, um das Muster der Komponente anzugeben, die Sie erstellen möchten. Wählen Sie das gewünschte Muster aus der Liste und verwenden Sie dann die Dropdown-Liste, um die Einheit für die Komponente auszuwählen (Imperial (mil) oder Metric (mm)). Verfügbare Muster sind:

• 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)

Die nachfolgenden Seiten des Wizard ändern sich abhängig vom ausgewählten Komponentenmuster. Folgen Sie den intuitiven Seiten des Wizard, um den jeweiligen Komponenten-Footprint wie erforderlich einzurichten.

Beim Einrichten des Pad-Benennungsstils für einen Footprint des Musters Edge Connectors, Leadless Chip Carriers (LCC) oder Quad Packs (QUAD) klicken Sie auf den grünen Pfeil, um die Benennungsreihenfolge/-richtung zu ändern – show image.

Erzeugen eines Komponentenberichts

Um einen Bericht für den aktiven PCB-Footprint zu erzeugen, wählen Sie den Befehl Reports » Component aus den Hauptmenüs. Nach dem Starten des Befehls wird der Bericht erzeugt (<PCBLibraryDocumentName>.CMP) im selben Ordner wie das Quell-PCB-Bibliotheksdokument und automatisch als aktives Dokument im Hauptdesignfenster geöffnet. Der Bericht enthält Informationen wie Footprint-Abmessungen sowie eine Aufschlüsselung der primitiven Objekte, aus denen der Footprint besteht, und der Layer, auf denen sie sich befinden.

Der Bericht wird dem Bereich Projects als freies Dokument im Unterordner Documentation\Text Documents hinzugefügt.