Erstellen eines PCB-Footprints

Die Fläche, die ein Bauteil auf der gefertigten Leiterplatte einnimmt, wird durch den Bauteil-Footprint definiert. Ein typischer Footprint umfasst Pads und einen Bauteilaufdruck und kann auch alle weiteren erforderlichen mechanischen Details enthalten. Im folgenden Beispiel-Footprint ist der größte Teil der Bauteilkontur auf einer mechanischen Lage (die grünen Linien) statt auf der Aufdrucklage (gelb) 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 zwischen den Pins/Pads des Bauteils und den Leiterbahnen auf der Leiterplatte bereit.

Das auf diesem Footprint montierte Bauteil kann mithilfe von 3D-Körper-Objekten modelliert werden. Das 3D-Körper-Objekt dient als Container, in den ein Modell in einem gängigen MCAD-Format importiert werden kann, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

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

Auch wenn umfangreiche Ressourcen mit vorgefertigten Leiterplattenbauteilen verfügbar sind (wie etwa das Panel „Manufacturer Part Search“), werden Sie im Laufe Ihrer Tätigkeit wahrscheinlich irgendwann ein benutzerdefiniertes Leiterplattenbauteil erstellen müssen. Bauteil-Footprints werden im PCB-Footprint-Editor mit denselben primitiven Objekten erstellt, die auch im PCB-Editor verfügbar sind. Neben Footprints können auch Firmenlogos, Fertigungsdefinitionen und andere beim Leiterplattenentwurf benötigte Objekte als Leiterplattenbauteile 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 und anschließend im sich öffnenden Dialog New Library die Option Create Library Content » Footprint im Bereich Workspace des Dialogs.

   
   Erstellen eines neuen Workspace-Footprints über den Dialog New Library

2. Geben Sie im sich öffnenden Dialog Create New Item 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 öffnet sich mit einem .PcbLib Dokument als aktivem Dokument. Dieses Dokument wird entsprechend der Elementrevision im Format <Item><Revision>.PcbLib benannt (z. B. PCC-001-0001-1.PcbLib). Definieren Sie den Footprint in diesem Dokument wie unten beschrieben.

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

3. Wenn der Footprint wie gewünscht definiert ist, speichern Sie ihn im Workspace mithilfe des Bedienelements Save to Server rechts neben dem Footprint-Eintrag im Panel Projects. Der Dialog Edit Revision wird angezeigt. Darin können Sie den Namen und die Beschreibung ändern sowie bei Bedarf Freigabehinweise hinzufügen. Nach dem Speichern werden das Dokument und der Editor geschlossen.

Ein gespeicherter Workspace-Footprint kann beim Definieren eines Bauteils im Component Editor im Einzelbauteil-Bearbeitungsmodus oder im Stapelbearbeitungsmodus für Bauteile verwendet werden.

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

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

Definieren eines PCB-Footprints

Footprints werden immer auf der Oberseite erstellt, unabhängig davon, auf welcher Seite der Leiterplatte sie letztendlich platziert werden. Dabei stehen dieselben Werkzeuge und Designobjekte wie im PCB-Editor zur Verfügung. Lagenspezifische Attribute wie SMD-Pads und Lötstoppmaskendefinitionen werden automatisch auf die entsprechenden Lagen der Unterseite übertragen, wenn Sie den Footprint während der Bauteilplatzierung auf die andere Seite der Leiterplatte wenden.

Designobjekte können auf jeder beliebigen Lage platziert werden. Die Kontur wird jedoch normalerweise auf der Lage „Top Overlay“ (Bestückungsdruck) und die Pads auf der Multilayer-Lage (für durchkontaktierte Bauteilpins) oder der oberen Signallage (für oberflächenmontierte Bauteilanschlüsse) erstellt. Wenn Sie den Footprint auf einer Leiterplatte platzieren, werden alle Objekte, aus denen der Footprint besteht, ihren definierten Lagen zugewiesen.

2D- und 3D-Ansichten eines Footprints für ein Joystick-Bauteil. Die 3D-Abbildung zeigt das importierte STEP-Modell des Bauteils. Beachten Sie, dass die Pads und der Bauteilaufdruck unterhalb des STEP-Modells sichtbar sind.

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

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

2. Footprints sollten um den Referenzpunkt des Designbereichs in der Mitte des PCB-Footprint-Editors herum aufgebaut werden. Dieser Referenzpunkt ist der relative Ursprung des Designbereichs und der Punkt, an dem der Bauteil-Footprint bei Platzierungs- und Verschiebevorgängen vom Cursor aufgenommen wird (abhängig von der aktuellen Einstellung 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 vor dem Erstellen Ihres Footprints vergessen haben, zum Referenzpunkt zu wechseln, können Sie den Referenzpunkt mit den Befehlen im Untermenü Edit » Set Reference zu Ihrem Footprint verschieben:

   • Pin 1 – Legt den Bauteil-Referenzpunkt auf Pin 1 des Bauteil-Footprints fest.

   • Center – Legt den Bauteil-Referenzpunkt auf die Mitte des Bauteil-Footprints fest.

   • Location – Legt den Bauteil-Referenzpunkt auf eine benutzerdefinierte Position fest.

   Der gewählte Punkt wird auf 0,0 gesetzt – er wird zum neuen relativen Ursprung, und die Positionen aller Grundelemente werden relativ zu diesem Punkt aktualisiert.

3. Platzieren Sie die Pads (Place » Pad) entsprechend den Anforderungen des Bauteils. Nachdem Sie den Befehl „Place Pad“ aufgerufen haben, drücken Sie vor dem Platzieren des ersten Pads die Taste Tab, um das Panel Properties zu öffnen und alle Pad-Eigenschaften festzulegen, einschließlich Designator, Size and Shape, Layer und Hole Size (bei einem durchkontaktierten Pad). Die Kennzeichnung wird beim Platzieren weiterer Pads automatisch hochgezählt. Setzen Sie für ein SMD-Pad Layer auf Top Layer. Setzen Sie für ein durchkontaktiertes Pad Layer auf Multi-Layer.

   Einige Footprints erfordern Pads mit einer unregelmäßigen Form. Dies lässt sich mit Pad-Objekten mit benutzerdefinierter Form realisieren. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Anpassen eines Padstacks.
   • Einer der wichtigsten Schritte beim Erstellen eines neuen Bauteil-Footprints ist das Platzieren der Pads, über die das Bauteil auf die Leiterplatte gelötet wird. Diese müssen exakt an den richtigen Positionen platziert werden, damit sie mit den Anschlüssen des physischen Bauteils übereinstimmen.
   • Auch bei der Kennzeichnung von Pads ist Sorgfalt geboten, da Altium Designer diese Eigenschaft für die Zuordnung zu den Pin-Nummern des Schaltplansymbols verwendet.

4. Um die Pads präzise zu platzieren, empfiehlt es sich, ein speziell auf diese Aufgabe abgestimmtes Raster einzurichten. Verwenden Sie die Tastenkombination Ctrl+G, um den Dialog Cartesian Grid Editor 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 Schritten des aktuellen Rasters zu bewegen. Wenn Sie zusätzlich Shift gedrückt halten, erfolgt die Bewegung in Schritten der zehnfachen Rasterweite. Die aktuelle X-/Y-Position wird in der Statusleiste und im Heads-up-Display angezeigt. Das Heads-up-Display zeigt sowohl die Position als auch die Differenz zwischen der Position des letzten Klicks und der aktuellen Cursorposition an. Verwenden Sie die Tastenkombination Shift+H, um das Heads-up-Display ein- oder auszublenden. Alternativ können Sie ein platziertes Pad per Doppelklick bearbeiten und die gewünschten X- und Y-Positionen im Panel Properties eingeben.

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

7. Pad-spezifische Attribute wie Lötstoppmaske und Lotpastenschablone werden automatisch anhand der Pad-Abmessungen und der geltenden Masken-Designregeln berechnet. Maskeneinstellungen können zwar für jedes Pad manuell festgelegt werden, dies erschwert jedoch spätere Änderungen während des Leiterplattenentwurfs. Üblicherweise wird dies nur dann vorgenommen, wenn sich die Pads nicht gezielt über Designregeln ansprechen lassen. Beachten Sie, dass Regeln während des Leiterplattenentwurfs im PCB-Editor definiert werden.

8. Verwenden Sie Leiterbahnsegmente, Kreisbögen und andere Grundelemente, um den Bauteilumriss zu definieren, der im Bestückungsdruck der Leiterplatte auf der Lage „Top Overlay“ erscheint. Wenn das Bauteil beim Platzieren auf die Unterseite der Leiterplatte gespiegelt wird, wird der Bestückungsdruck automatisch auf die Lage „Bottom Overlay“ übertragen.

9. Platzieren Sie Leiterbahnsegmente und andere Grundelemente auf einer mechanischen Lage, um zusätzliche mechanische Details wie einen Platzierungsfreiraum (Courtyard) zu definieren. Mechanische Lagen sind universell einsetzbare Lagen. Sie sollten die Funktion dieser Lagen festlegen und sie in allen Footprints einheitlich verwenden.

10. Platzieren Sie 3D-Körperobjekte, um die dreidimensionale Form des physischen Bauteils zu definieren, das auf der Leiterplatte montiert werden soll.

    Ein einem Footprint hinzugefügtes 3D-Körperobjekt kann auf ein in den verbundenen Workspace hochgeladenes 3D-Modell verweisen.

11. Die Zeichenfolgen für Kennzeichnung und Kommentar werden beim Platzieren im PCB-Designbereich automatisch zur Overlay-Lage des Footprints hinzugefügt. Zusätzliche Zeichenfolgen für Kennzeichnung und Kommentar können eingefügt werden, indem Sie die speziellen Zeichenfolgen .Designator und .Comment auf einer mechanischen Lage platzieren.

    Beim Platzieren von Zeichenfolgen für Kennzeichnung und Kommentar muss im PCB-Editor ein Lagenpaar definiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zeichenfolgen mit der Leiterplattenseite verknüpft sind, auf der das Bauteil montiert ist, und beim Spiegeln des Bauteils ebenfalls auf die andere Seite der Leiterplatte wechseln. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Abschnitt Umgang mit besonderen lagenspezifischen Anforderungen .

12. Definieren Sie die Eigenschaften des Footprints (z. B. Name und Beschreibung) auf der Registerkarte Footprint des Panels Properties im Modus Library Options (aktiv, wenn kein Objekt im Designbereich ausgewählt ist; über den Befehl Tools » Footprint Properties in den Hauptmenüs aufrufbar). Im folgenden Abschnitt erfahren Sie mehr über die Optionen und Bedienelemente auf der Registerkarte Footprint des Panels.

Vorbereiten des Designbereichs

Standardmäßig werden die Raster als Punkte angezeigt. Bei Bedarf können Raster auch als Linien dargestellt werden. Dies wird im Dialogfeld Grid Editor konfiguriert, das Sie durch Klicken auf die Schaltfläche Properties im Panel Properties öffnen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Alternativ können Sie das Dialogfeld mit dem Tastenkürzel Ctrl+G öffnen.

In der Abbildung 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 im Designbereich kein Designobjekt ausgewählt ist, zeigt das Panel Properties die Library Options an.

Die folgenden aufklappbaren Abschnitte enthalten Informationen zu den Optionen und Bedienelementen auf der Registerkarte General des Panels:

Die folgenden aufklappbaren Abschnitte enthalten Informationen zu den Optionen und Bedienelementen auf der Registerkarte Footprint des Panels:

Wenn ein Designobjekt ausgewählt ist, zeigt das Panel die für diesen Objekttyp spezifischen Optionen an. Die folgende Tabelle listet die Objekttypen auf, die im PCB-Footprint-Designbereich platziert werden können. Klicken Sie auf einen Link, um die Eigenschaftenseite des jeweiligen Objekts aufzurufen.

Lötstopp- und Pastenmaskenerweiterungen

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

Der Ring, der am Rand jedes Pads in der Farbe der Lage Top Solder Mask erscheint, stellt den Rand der Lötstoppmaskenform dar, die um den Erweiterungsbetrag unter dem Multilayer-Pad hervorragt, da multi-layer in der Zeichenreihenfolge der Lagen ganz oben steht und somit zuletzt gezeichnet wird. Die Layer Drawing Order wird auf der Seite PCB Editor – Display des Dialogs Preferences eingestellt).

Die folgende Abbildung zeigt einen PCB-Footprint mit einem violetten Rand (der Farbe der Lage Top Solder Mask), der am Rand jedes Pads erscheint.

Um die Lagen schnell durchzugehen, verwenden Sie den Einzellagenmodus (Shift+S) in Kombination mit Ctrl+Shift+Wheel roll.

Parameterunterstützung

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

Parameter, die im PCB-Bereich verfügbar werden, können zum Filtern in Abfragen, Designregeln, Skripten und Varianten verwendet werden. Sie lassen sich außerdem in PCB-Bauteil-Footprints einsetzen, um benutzerdefinierte Zeichenfolgen in platzierten Footprints abzurufen.

Parameter über einen Engineering Change Order

Die Parameterfunktionen für Leiterplatten basieren auf Funktionen des ECO-Mechanismus und des PCB-Dokuments, mit denen benutzerdefinierte Bauteilparameter in den PCB-Bereich übertragen und dort beibehalten werden können. Diese Übertragung erfolgt nur in eine Richtung, und die übertragenen Parameter sind im PCB-Bereich schreibgeschützt.

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

Wenn der ECO ausgeführt wird (über die Schaltfläche Execute Changes ), werden alle neuen benutzerdefinierten Parameter der Schaltplanbauteile an die entsprechende Footprint-Referenz im PCB-Design übertragen. 

Um die übertragenen Parameter im PCB-Editor anzuzeigen, doppelklicken Sie auf ein Bauteil, um das Properties -Panel zu öffnen, und wählen Sie dann die Registerkarte Parameters . Auf dieser Registerkarte werden die aktuellen Benutzerparameter aufgeführt, die dem ausgewählten Bauteil-Footprint zugewiesen sind. Die Parameter eines ausgewählten Bauteil-Footprints sind auch im Components -Panel verfügbar.

Links zu Referenzinformationen

Der PCB-Bereich übernimmt automatisch die vordefinierten ComponentLink-Parameter aus dem Schaltplan. Diese werden als Parameterpaare (Beschreibung und Link-URL) definiert, die üblicherweise Verweise auf bestimmte Dateien oder Internetadressen herstellen – typischerweise auf eine Herstellerwebsite oder die URL eines Datenblatts.

Sowohl im Schaltplan- als auch im PCB-Designbereich greifen Sie über das Kontextmenü auf die Links zu, das Sie per Rechtsklick öffnen, während sich der Mauszeiger über einem Bauteil befindet (unter den Optionen des Untermenüs References). Die speziellen Parameter werden im Properties -Panel hinzugefügt und erscheinen nach der Übertragung in den PCB-Bereich als Parameter des Bauteil-Footprints. 

Parameter in Quell-Footprints

An die Leiterplatte übertragene Parameter können dazu verwendet werden, über Bauteil-Footprints zusätzliche Informationen zur Leiterplattenfertigung oder Funktion bereitzustellen. Wenn Sie Footprints in der Quellbibliothek spezielle Parameterzeichenfolgen hinzufügen, werden diese benutzerdefinierten Zeichenfolgen auf der mechanischen Ziellage oder dem Bestückungsdruck durch ihre Werte ersetzt.

Eine spezielle Zeichenfolge, die einen benutzerdefinierten Parameter darstellt, kann dem Quell-Footprint des Bauteils über die Schaltfläche für spezielle Zeichenfolgen und die Dropdown-Liste () im Properties -Panel hinzugefügt werden.

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

Eine spezielle Zeichenfolge, die einen Benutzerparameter darstellt, kann dem Bauteil-Footprint hinzugefügt werden.

Wenn dieser benutzerdefinierte Parameter auch Schaltplanbauteilen zugewiesen wurde und die Parameterdaten auf die Leiterplatte übertragen wurden, erscheinen die ausgewerteten Footprint-Zeichenfolgen sowohl in der Leiterplattenansicht als auch in den erzeugten Ausgabedateien. In diesem Fall enthält die spezielle Parameterzeichenfolge eine benutzerdefinierte Bauteilkennung zur Unterstützung der Bestückung.

Die Verwendung von Benutzerparametern als spezielle Zeichenfolgen in Bauteil-Footprints kann eine Reihe weiterer benutzerdefinierter PCB-Anforderungen erfüllen. Dazu gehören Funktionsbeschriftungen für Schalter und Steckverbinder, bei denen eine Parameterzeichenfolge für die Funktion auf der Lage Top Overlay in den Footprints dieser Bauteiltypen platziert werden kann.

Parameterabfragen

Parameterzeichenfolgen im PCB-Bereich sind auch über die Abfragesprache von Altium Designer zugänglich und stehen daher für Funktionen zur Objektfilterung zur Verfügung, einschließlich der Funktion „Ähnliche Objekte suchen“.

Um ähnliche Objekte auszuwählen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf ein Bauteil und wählen Sie dann Find Similar Objects aus dem Kontextmenü, um den Dialog Find Similar Objects zu öffnen.

Der Dialog „Ähnliche Objekte suchen“ enthält eine Parameters Bereich, in dem die Filteroptionen nach Bedarf ausgewählt werden können.

Das PCB Filter Panel kann parameterspezifische Abfragebegriffe als Filterkriterien anwenden und zum Erstellen von Designregeln auf Basis von Leiterplattenparametern verwendet werden.

Für die Arbeit mit Leiterplatten-Footprint-Parametern stehen mehrere Abfragebegriffe zur Verfügung, darunter spezielle Funktionen zum Umwandeln von Zeichenfolgenwerten in Zahlen (z. B. StrToNumber). Bei der Umwandlung von Zeichenfolgenwerten werden Einheiten berücksichtigt (V, mA, mV, kOhm usw.), sodass das Abfrageergebnis durch die numerische Verarbeitung eines als Zeichenfolge vorliegenden Parameterwerts bestimmt werden kann.

Die unterstützten Einheitentypen, die in den Abfragen 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 Footprint-Parametern von Leiterplattenbauteilen stehen mehrere Parameter-Abfragebegriffe zur Verfügung.

Das im obigen Dialog Query Helper gezeigte Beispiel verarbeitet den Parameter für die Nennspannung jedes Bauteils (mithilfe der Umwandlung von Zeichenfolgen in Zahlen – StrToNumber(Unit Value, Unit Type)), um festzustellen, ob sein Wert größer als 50 V ist. Bei Anwendung im PCB Filter Panel wird im Beispiel-Leiterplattenlayout ein einzelnes Hochspannungsbauteil hervorgehoben, C1 (dessen Nennspannungswert 3 kV beträgt.

Regeln und Skripte

Abfragen von Leiterplattenparametern können auch in Altium Designer-Skripten und Designregeln verwendet werden. Letztere können Prüfungen zur Layoutvalidierung durchführen, beispielsweise durch das Erkennen von Footprint-Parametern zur Beurteilung der Bauteilplatzierung oder Lagenzuordnung. Beachten Sie, dass die im obigen Dialog Query Helper aufgeführten Funktionen in der Skriptsprache verfügbar sind.

Das folgende Beispiel zeigt die Abfrage der Kondensator-Nennspannung (siehe Filterabfrage oben), die auf eine Bauteilplatzierungsregel angewendet wird. Bei ihrer Ausführung prüft die Regel bestimmte Abstände für Bauteile, die als Hochspannungsbauteile (>50V) erkannt werden.

Designregeln, die durch spezifische, aus dem Schaltplan übertragene Footprint-Parameter definiert werden, können zum Erkennen benutzerdefinierter Layoutbedingungen verwendet werden.

Ebenso können benutzerdefinierte Leiterplattenparameter verwendet werden, um die Eignung von Bauteilen für bestimmte Lagen zu prüfen, beispielsweise wenn ein Bauteil nicht für das Wellenlöten und damit nicht für die Platzierung auf der unteren Lage geeignet ist. Hier könnte eine Abfrage zur Objektauswahl, die einen benutzerdefinierten Parameter „WaveSoldering“ (Yes/No) verarbeitet, auf die Regel für zulässige Lagen angewendet werden.

Die (Batch-)Regel prüft anschließend den Wert dieses Bauteilparameters und erzeugt eine Regelverletzung, wenn ein Bauteil nicht für die Platzierung auf der unteren Lage geeignet ist.

Varianten

Auf die Leiterplatte übertragene Parameter, die in Varianten des Designs (Designvarianten) enthalten sind, werden entsprechend der Variantenauswahl verarbeitet.

In der Praxis wird ein variierter Bauteilparameter im Leiterplatten-Designbereich dynamisch durch eine Abfragezeichenfolge erkannt oder beispielsweise über eine spezielle Zeichenfolge auf einer Leiterplattenlage angezeigt. 

Benutzerdefinierte Footprint-Parameter

Benutzerdefinierte Parameter für Footprints werden in Altium Designer unterstützt. Im Bereich Parameters auf der Registerkarte Footprint des Properties Panels im Library Options Modus können Footprint-Parameter angezeigt und bearbeitet werden, wenn im Designbereich des Leiterplatten-Footprint-Editors kein Objekt ausgewählt ist.

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

Bezeichner- und Kommentarzeichenfolgen

Standardmäßige Bezeichner- und Kommentarzeichenfolgen

Wenn ein Footprint auf einer Leiterplatte platziert wird, erhält er einen Bezeichner und einen Kommentar auf Basis der Informationen aus der Schaltplanansicht des Designs. Platzhalter für die Bezeichner- und Kommentarzeichenfolgen müssen nicht manuell definiert werden, da sie beim Platzieren des Footprints auf einer Leiterplatte automatisch hinzugefügt werden. Die Positionen dieser Zeichenfolgen werden durch die Autoposition Option für Bezeichner- und Kommentarzeichenfolgen im Properties Panel im Parameter Modus bestimmt, wenn die Bezeichner- oder Kommentarzeichenfolge im Designbereich ausgewählt ist. Die Standardposition und -größe der Bezeichner- und Kommentarzeichenfolgen werden im jeweiligen Grundelement auf der Seite Leiterplatteneditor – Standardwerte des Dialogs Preferences konfiguriert.

Zusätzliche Bezeichner- und Kommentarzeichenfolgen

Es kann Situationen geben, in denen Sie zusätzliche Kopien der Bezeichner- oder Kommentarzeichenfolgen benötigen. Beispielsweise verlangt Ihr Bestückungsdienstleister eine detaillierte Bestückungszeichnung, in der der Bezeichner innerhalb jedes Bauteilumrisses dargestellt wird, während Ihr Unternehmen fordert, dass sich der Bezeichner auf der fertigen Leiterplatte im Bestückungsdruck direkt oberhalb des Bauteils befindet. Diese Anforderung an einen zusätzlichen Bezeichner lässt sich erfüllen, indem die spezielle Zeichenfolge .Designator in den Footprint aufgenommen wird. Eine spezielle Zeichenfolge .Comment ist ebenfalls verfügbar, um die Position der Kommentarzeichenfolge auf anderen Lagen oder an anderen Stellen festzulegen.

Um die Anforderungen des Bestückungsdienstleisters zu erfüllen, wird die Zeichenfolge .Designator im Leiterplatten-Footprint-Editor auf einer mechanischen Lage platziert. Anschließend können Ausdrucke, die diese Lage enthalten, als Teil der Bestückungsanweisungen für das Design erstellt werden.

Umgang mit speziellen lagenspezifischen Anforderungen

Für ein Leiterplattenbauteil können verschiedene besondere Anforderungen gelten, beispielsweise ein Klebepunkt oder eine abziehbare Lötstoppmaske. Viele dieser Anforderungen sind an die Leiterplattenseite gebunden, auf der das Bauteil montiert ist, und müssen beim Wenden des Bauteils auf die andere Leiterplattenseite wechseln.

Anstatt zahlreiche Speziallagen bereitzustellen, die möglicherweise nur selten verwendet werden, unterstützt der PCB-Editor von Altium Designer diese Anforderungen durch sogenannte Lagenpaare. Ein Lagenpaar besteht aus zwei mechanischen Lagen, die als Paar definiert wurden. Wenn ein Bauteil von einer Leiterplattenseite auf die andere gewendet wird, werden alle Objekte auf einer gepaarten mechanischen Lage auf die jeweils andere mechanische Lage dieses Paares übertragen. Bei diesem Ansatz wählen Sie eine geeignete mechanische Lage für den Klebepunkt (oder andere besondere Anforderungen) aus und definieren dessen Form mit den verfügbaren Objekten. Wenn Sie diesen Footprint auf einer Leiterplatte platzieren, müssen Sie die Lagenpaarung einrichten. Dadurch weiß die Software, auf welche Lage sie die Objekte übertragen muss, wenn das Bauteil auf die andere Leiterplattenseite gewendet wird. Lagenpaare können nicht im PCB-Footprint-Editor definiert werden; dies erfolgt im PCB-Editor.

Die Namen mechanischer Lagen können direkt im Panel View Configurations bearbeitet werden. Klicken Sie dazu mit der rechten Maustaste und wählen Sie Edit Layer.

Ein gängiger Ansatz zur Verwaltung mechanischer Lagen besteht darin, jeder benötigten Funktion einer mechanischen Lage eine feste Lagennummer zuzuweisen. Dieser Ansatz erfordert, dass alle Entwickler dasselbe Schema für die Lagenzuordnung und -nummerierung einhalten. Außerdem können Schwierigkeiten auftreten, wenn Bauteile aus anderen Quellen bezogen werden, die nicht demselben Zuordnungs- und Nummerierungsschema folgen. Wurde ein anderes Schema verwendet, müssen die Designobjekte von ihrer aktuellen mechanischen Lage auf die für diese Funktion vorgesehene mechanische Lage verschoben werden.

Dieses Problem wird durch die Einführung der Eigenschaft Layer Type gelöst. Wenn ein Bauteil aus einer Bibliothek im PCB-Editor platziert, von einer Bibliothek in eine andere kopiert oder durch IPC Footprint Wizard erstellt wird, werden vorhandene Lagentypzuweisungen automatisch abgeglichen – unabhängig davon, welche Nummern den mechanischen Lagen dieser Lagentypen zugewiesen sind. Die Objekte werden entsprechend ihrem Lagentyp auf die richtige Lage bzw. die richtigen Lagen verschoben. Kann die Software keine Übereinstimmung anhand des Lagentyps finden, erfolgt der Abgleich anhand der Lagennummer.

Sowohl für einzelne mechanische Lagen als auch für Bauteil-Lagenpaare können Sie einen Lagentyp aus einer vordefinierten Liste auswählen. Die unten gezeigten Dialoge öffnen Sie, indem Sie mit der rechten Maustaste auf eine einzelne Lage klicken und anschließend den Befehl Edit Layer oder Add Component Layer aus dem Menü auswählen.

Höhenangaben zu einem PCB-Footprint hinzufügen

Die einfachste Form der 3D-Darstellung besteht darin, einem PCB-Footprint Höheninformationen hinzuzufügen. Öffnen Sie dazu das Panel Properties im Modus Library Options (aktiv, wenn im Designbereich kein Objekt ausgewählt ist) und geben Sie die empfohlene Höhe des Bauteils in das Feld Height auf der Registerkarte Footprint des Panels ein.

Während des Leiterplattenentwurfs können Designregeln für die Höhe definiert werden (klicken Sie im PCB-Editor auf Design » Rules). Diese prüfen üblicherweise die maximale Bauteilhöhe innerhalb einer Bauteilklasse oder eines definierten Raums.

Eine bessere Möglichkeit zur Definition von Höheninformationen besteht darin, 3D-Körper zum PCB-Footprint hinzuzufügen.

Bauteile mit Routing-Primitiven verwalten

Wenn ein Design übertragen wird, wird der für jedes Bauteil angegebene Footprint aus den verfügbaren Bibliotheken abgerufen und auf der Leiterplatte platziert. Anschließend wird die Netzeigenschaft jedes Pads im Footprint auf den Namen des Netzes gesetzt, das im Schaltplan mit dem entsprechenden Bauteil-Pin verbunden ist. Alle Objekte, die ein Pad berühren, werden demselben Netz wie das Pad zugeordnet.

Der PCB-Editor enthält ein umfassendes Werkzeug zur Netzverwaltung. Wählen Sie zum Starten Design » Netlist » Configure Physical Nets in den Hauptmenüs, um den Dialog Physische Netze konfigurieren zu öffnen. Klicken Sie auf die Schaltfläche Menu, um ein Menü mit Optionen anzuzeigen. Wählen Sie über die Dropdown-Liste in der Kopfzeile New Net Name das Netz aus, das den noch nicht zugeordneten Primitiven zugewiesen werden soll.

Footprints mit mehreren Pads, die mit demselben Pin verbunden sind

Der unten gezeigte Footprint eines SOT223-Transistors verfügt über mehrere Pads, die mit demselben logischen Bauteil-Pin im Schaltplan verbunden sind – Pin 2. Um diese Verbindung herzustellen, wurden zwei Pads mit derselben Bezeichnung „2“ hinzugefügt. Wenn im Schaltplaneditor der Befehl Design » Update PCB verwendet wird, um Designinformationen auf die Leiterplatte zu übertragen, werden nach der Synchronisierung im PCB-Editor Verbindungslinien zu beiden Pads angezeigt, d. h., sie gehören demselben Netz an. Beide Pads können geroutet werden.

SOT223-Footprint mit zwei Pads mit der Bezeichnung 2.

Bestückungsdruck vorbereiten

Um typische Probleme bei der fertigungsgerechten Gestaltung (Design for Manufacture, DFM) durch Überlappungen des Bestückungsdrucks mit freiliegendem Kupfer und Bohrungen zu beheben, enthält der PCB-Footprint-Editor eine spezielle Funktion zur Vorbereitung des Bestückungsdrucks Ihrer Footprints. Diese Probleme lassen sich durch folgende Maßnahmen effektiv beheben:

• automatisches Kürzen von Linien und Bögen des Bestückungsdrucks;
• automatisches Beschneiden oder Verschieben von Füllflächen und Regionen;
• automatisches Verschieben von Texten des Bestückungsdrucks.

Um das Werkzeug zur Vorbereitung des Bestückungsdrucks im PCB-Footprint-Editor aufzurufen, wählen Sie den Befehl Tools » Silkscreen Preparation in den Hauptmenüs. Der Dialog Silkscreen Preparation wird geöffnet.

Konfigurieren Sie in diesem Dialog die Einstellungen zum Beschneiden bzw. Verschieben der Bestückungsdruckobjekte. Die folgenden Optionen stehen zur Verfügung:

• Clip to Exposed Copper – Aktivieren Sie diese Option, um Objekte im Bereich von freiliegendem Kupfer automatisch zu beschneiden.
• Clip to Solder Mask Openings – Aktivieren Sie diese Option, um Objekte im Bereich von Lötstoppmaskenöffnungen automatisch zu beschneiden.
• Silkscreen Clearance – Definieren Sie den zulässigen Mindestabstand zwischen Bestückungsdruckobjekten und freiliegendem Kupfer / Lötstoppmaskenöffnungen sowie Bohrungen.
• Min Remaining Length – Wenn die Länge einer Linie oder eines Bogens nach dem Kürzen kleiner als der definierte Wert ist, werden diese Objekte aus dem Footprint entfernt. Beachten Sie, dass diese Länge zwischen den Endpunkten und nicht zwischen den Außenkanten gemessen wird – Bild anzeigen.
• Move Text – Aktivieren Sie diese Option, um Texte des Bestückungsdrucks von freiliegendem Kupfer / Lötstoppmaskenöffnungen und Bohrungen wegzubewegen, wenn der Abstand kleiner als Silkscreen Clearance ist. Die Verschiebung wird durch den Wert Max Distance begrenzt.
• Fill & Region – Wählen Sie eine Aktion für Füllflächen und Regionen aus, wenn ihr Abstand zu freiliegendem Kupfer / Lötstoppmaskenöffnungen und Bohrungen kleiner als Silkscreen Clearance ist:
  • None – Füllflächen und Regionen bleiben unverändert.
  • Clip – Füllflächen und Regionen werden beschnitten, um Silkscreen Clearance einzuhalten. Füllflächen werden gegebenenfalls in Regionen umgewandelt.
  • Move – Füllflächen und Regionen werden von freiliegendem Kupfer, Lötstoppmaskenöffnungen und Bohrungen weg verschoben. Die Verschiebung wird durch den Wert Max Distance begrenzt.
• Max Distance – definieren Sie die maximale Entfernung, um die Textzeichenfolgen, Bauteilbezeichner, Füllflächen und Regionen verschoben werden dürfen, um Silkscreen Clearance einzuhalten.

Klicken Sie auf OK, um Objekte des Bestückungsdrucks gemäß den Einstellungen im Dialog zu beschneiden und/oder zu verschieben.

Nachfolgend sehen Sie ein Beispiel für die Funktionsweise des Werkzeugs zur Vorbereitung des Bestückungsdrucks.

❯ ❮

Javascript

Erstellen eines Footprints mit dem IPC-konformen Footprint-Assistenten

Der IPC Compliant Footprint Wizard erzeugt einen Leiterplatten-Footprint, der vollständig der Revision B des IPC-Standards 7351 – Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard entspricht. Anstatt direkt mit den Footprint-Abmessungen zu arbeiten (wie es der Footprint-Assistent tut), verwendet der IPC Compliant Footprint Wizard die Maßangaben des Bauteils selbst und berechnet anschließend geeignete Pad- und andere Footprint-Eigenschaften anhand der vom IPC veröffentlichten Algorithmen.

Anstatt die Eigenschaften der Pads und Leiterbahnen eingeben zu müssen, die zur Definition des Footprints verwendet werden, geben Sie im Wizard die tatsächlichen Bauteilabmessungen ein. Auf Grundlage der für den Standard IPC-7351 entwickelten Formeln erzeugt der Wizard anschließend den Footprint mit Standardobjekten von Altium Designer, wie Pads und Leiterbahnen.

Um den IPC Compliant Footprint Wizard zu starten, wählen Sie in einem PCB-Bibliotheksdokument Tools » IPC Compliant Footprint Wizard aus den Hauptmenüs.

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 Assistenten passt sich dynamisch an und zeigt das aktuell ausgewählte Bauteil sowie die Gehäusetypen an, die erzeugt werden können. In der folgenden Tabelle sind die vom Assistenten unterstützten Bauteiltypen und Gehäuse aufgeführt.

Die nachfolgenden Seiten des Assistenten ändern sich je nach ausgewähltem Bauteiltyp. Folgen Sie den intuitiven Seiten des Assistenten, um den jeweiligen Bauteil-Footprint wie gewünscht einzurichten. Einige Hinweise zur Arbeit mit dem IPC Compliant Footprint Wizard:

• Alle Abmessungen werden im Assistenten in metrischen Einheiten (mm) eingegeben.

• Gesamtabmessungen des Gehäuses, Anschlussinformationen, Abstände zwischen den Anschlussfersen, Lötkehlen und Toleranzen können eingegeben und sofort angezeigt werden.

  Änderungen an den IPC-Toleranzen können zu Leiterplatten-Footprints führen, die nicht IPC-konform sind.

• Mechanische Abmessungen, beispielsweise für den Courtyard, die Bestückungszeichnung und den Bauteilkörper (3D), können eingegeben werden.

• Der Wizard lässt sich erneut aufrufen und ermöglicht so eine einfache Überprüfung und Anpassung.

• In jeder Phase wird eine Vorschau des Footprints angezeigt. Für jeden Bauteiltyp wird der Bereich Preview bei verschiedenen Einstellungen dynamisch aktualisiert, um neue Positionen, Größen usw. anzuzeigen. Im Bereich Preview können Sie auf  oder  klicken, um zwischen der 2D- und der 3D-Vorschau umzuschalten.

• Bei Bedarf können Sie vor dem Erzeugen des Modells eine Vorschau des 3D-STEP-Modells anzeigen. Klicken Sie auf Generate STEP Model Preview auf einer beliebigen Seite im Wizard, nachdem Sie den Bauteiltyp ausgewählt haben, um eine Vorschau des 3D-STEP-Modells im Bereich Preview anzuzeigen.

• Bei Gehäusen mit einem großen Wärmeleitpad (2,1 mm x 1,6 mm oder größer) werden die Pastenmasken in kleine Füllflächen unterteilt.

• Bei Gehäusen mit Gullwing-Anschlüssen werden die Pads gekürzt, damit sie nicht unter den Gehäusekörper reichen.

• Bei kleinen Gehäusen mit einem großen zentralen Wärmeleitpad werden die umliegenden Pads gekürzt, um den gemäß IPC-Norm erforderlichen Abstand zwischen den Pads sicherzustellen.

• Wenn Pads gekürzt werden, wird im Dialog eine Warnung angezeigt.

• Name und Beschreibung des Footprints werden anhand der im Wizard  eingegebenen Informationen automatisch vorgeschlagen, können jedoch an die Anforderungen Ihres Unternehmens angepasst werden.

• Gemäß der IPC-Norm unterstützt der Assistent drei Footprint-Varianten (_L, _N, _M), die jeweils auf eine andere Bestückungsdichte der Leiterplatte zugeschnitten sind.

• Die Schaltfläche Finish kann jederzeit angeklickt werden, um den aktuell in der Vorschau angezeigten Footprint zu erzeugen. Wenn Sie auf Finish klicken, bevor Sie den gesamten Wizard durchlaufen haben, wird der Footprint mit den Systemstandardwerten für den ausgewählten Bauteiltyp erstellt.

• Wenn Sie mit einer dateibasierten PCB-Footprint-Bibliothek arbeiten, verwenden Sie den Stapelgenerator für IPC-konforme Footprints, um schnell mehrere Footprints mit unterschiedlichen Bestückungsdichten zu erzeugen.

Erstellen eines Footprints mit dem Footprint-Assistenten

Der PCB-Footprint-Editor enthält einen Footprint Wizard. Mit diesem Wizard können Sie aus verschiedenen Gehäusetypen wählen und die entsprechenden Angaben eingeben. Anschließend erstellt er den Bauteil-Footprint für Sie. Beachten Sie, dass Sie im Footprint Wizard die erforderlichen Abmessungen für die Pads und den Bestückungsdruck des Bauteils 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.

Auf der Seite Component patterns legen Sie die Bauform des zu erstellenden Bauteils fest. Wählen Sie die gewünschte Bauform aus der Liste und anschließend über die Dropdown-Liste die Einheit für das Bauteil (Imperial (mil) oder Metric (mm)). Folgende Bauformen stehen zur Verfügung:

• 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 Assistenten ändern sich je nach ausgewählter Bauteilbauform. Folgen Sie den intuitiven Seiten des Assistenten, um den jeweiligen Bauteil-Footprint wie gewünscht einzurichten.

Wenn Sie das Pad-Benennungsschema für einen Footprint der Bauform Edge Connectors, Leadless Chip Carriers (LCC) oder Quad Packs (QUAD) einrichten, klicken Sie auf den grünen Pfeil, um die Reihenfolge bzw. Richtung der Benennung zu ändern – Bild anzeigen.

Erstellen eines Bauteilberichts

Um einen Bericht für den aktiven PCB-Footprint zu erstellen, wählen Sie den Befehl Reports » Component aus den Hauptmenüs. Nach dem Aufrufen des Befehls wird der Bericht (<PCBLibraryDocumentName>.CMP) im selben Ordner wie das zugrunde liegende PCB-Bibliotheksdokument erstellt und automatisch als aktives Dokument im Haupt-Designfenster geöffnet. Der Bericht enthält unter anderem die Abmessungen des Footprints sowie eine Aufschlüsselung der Grundobjekte, aus denen der Footprint besteht, und der Lagen, auf denen sie sich befinden.

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