PCBフットプリントの作成

部品が製造された基板上で占める領域は、部品のフットプリントによって定義されます。典型的なフットプリントにはパッドと部品のオーバーレイが含まれ、必要に応じてその他の機械的詳細も含まれることがあります。下の例のフットプリントでは、この部品が基板の切り欠き部分にまたがって取り付けられるため、部品のアウトラインのほとんどが（黄色の）オーバーレイではなく、機械層（緑色の線）上に定義されています。

 
フットプリントは、部品が占める空間を定義し、部品のピン/パッドから基板上の配線への接続点を提供します。

そのフットプリント上に取り付けられる部品は、3D Bodyオブジェクトを使用してモデル化することができます。3D Bodyオブジェクトは、下の画像に示されているように、汎用MCAD形式モデルをインポートするためのコンテナとして使用されます。

適切なMCADモデルを3D Bodyオブジェクトにインポートできます。

既製のPCB部品を提供する豊富なリソース（例えばManufacturer Part Search panelなど）があるにも関わらず、キャリアのある時点でカスタムPCB部品を作成する必要が生じる可能性が高いです。PCB部品のフットプリントは、PCBエディタで利用可能な同じプリミティブオブジェクトセットを使用してPCBフットプリントエディタで作成されます。フットプリントに加えて、会社のロゴ、製造定義、および基板設計中に必要とされるその他のオブジェクトもPCB部品として保存できます。

新しいPCBフットプリントの作成

フットプリントは、接続されたWorkspace内で直接作成できます。これを行うには：

1. メインメニューからFile » New » Libraryを選択し、開いたNew Libraryダイアログで、ダイアログのWorkspace 領域からCreate Library Content » Footprintを選択します。

   
   New Libraryダイアログを使用して新しいWorkspaceフットプリントを作成します。

2. 開いた新規アイテムの作成 ダイアログで、必要な情報を入力し、Open for editing after creationオプションが有効になっていることを確認してOK をクリックします。Workspaceフットプリントが作成され、一時的なPCBフットプリントエディタが開き、アクティブなドキュメントとして.PcbLib ドキュメントが表示されます。このドキュメントはアイテム-リビジョンに従って命名され、形式は <Item><Revision>.PcbLib （例： PCC-001-0001-1.PcbLib）となります。以下に説明するようにフットプリントを定義します。

   
   Workspaceフットプリントの初期リビジョンを編集する例 – 一時的なPCBフットプリントエディタは、フットプリントを定義するためのドキュメントを提供します。

3. フットプリントが必要に応じて定義されたら、Save to Serverコントロールを使用してWorkspaceに保存します。これは、Projectsパネル内のフットプリントのエントリの右側にあります。Edit Revisionダイアログが表示され、必要に応じて名前、説明を変更し、リリースノートを追加できます。ドキュメントとエディタは保存後に閉じます。

保存されたWorkspaceフットプリントは、コンポーネントエディタを使用してコンポーネントを定義する際に、Single Component Editingモード またはBatch Component Editingモードで使用できます。

WorkspaceフットプリントはComponentsパネルを使用して閲覧できます。パネルの上部にある  ボタンをクリックしてモデルの表示を有効にし、Modelsを選択した後、Footprintsカテゴリを選択します。

Workspaceフットプリントを編集するには、コンポーネントパネルでそのエントリを右クリックし、Editコマンドを選択します。再び、一時的なエディタが開き、編集のためにフットプリントが開かれます。必要に応じて変更を加え、次のリビジョンのWorkspaceフットプリントとしてドキュメントを保存します。

ルールとスクリプト

PCBパラメータクエリは、Altium Designerスクリプトやデザインルールにも適用できます。後者は、コンポーネントの配置やレイヤー割り当てを評価するために、フットプリントパラメータを検出するなどのレイアウト検証チェックを実行する場合があります。上記のQuery Helperダイアログにリストされている関数は、スクリプティング言語で利用可能です。

以下の例は、コンポーネント配置ルールに適用されたキャパシタの電圧定格クエリ（上記のフィルタクエリを参照）を示しており、実行時に高電圧（>50V）デバイスとして検出されたコンポーネントの特定のクリアランス値をチェックします。

特定のフットプリントパラメータによって定義されたデザインルールは、回路図空間から転送され、カスタムレイアウト条件を検出するために使用できます。

同様に、カスタムPCBパラメータは、例えば、コンポーネントがウェーブはんだ付けに対応しておらず、そのためにボトムレイヤーへの配置が必要な場合など、コンポーネントのレイヤー互換性をチェックするために使用できます。ここでは、カスタムの「WaveSoldering」パラメータ（Yes/No）を処理するオブジェクトマッチングクエリが許可されたレイヤールールに適用されるかもしれません。

（バッチ）ルールはその後、そのコンポーネントパラメータの値をチェックし、コンポーネントがボトムレイヤーへの配置と互換性がない場合に違反を作成します。

バリアント

PCBに転送されたパラメータは、デザインのバリエーション（デザインバリアント）に含まれ、バリアント選択で処理されます。

実際には、PCB空間の変化したコンポーネントパラメータは、クエリ文字列によって動的に検出されたり、特別な文字列を通じてボードレイヤーに表示されたりします。

ユーザー定義フットプリントパラメータ

Altium Designerでは、フットプリントのユーザー定義パラメータがサポートされています。PCBフットプリントエディタのデザインスペースにオブジェクトが選択されていない場合、Library OptionsモードのPropertiesパネルのFootprintタブのParameters領域で使用して、フットプリントパラメータを表示および編集できます。

PCBにコンポーネントが配置されると、これらのパラメータをのParametersタブのComponentモードのPropertiesパネルで確認できます。

指定子とコメント文字列

デフォルトの指定子とコメント文字列

フットプリントがボード上に配置されると、デザインの回路図ビューから抽出された情報に基づいて指定子とコメントが与えられます。指定子とコメント文字列のプレースホルダーを手動で定義する必要はありません。なぜなら、フットプリントがボード上に配置されると自動的に追加されるからです。これらの文字列の位置は、デザインスペースで指定子またはコメント文字列が選択されたときのParameterモードのPropertiesパネルのAutopositionオプションによって決定されます。指定子とコメント文字列のデフォルトの位置とサイズは、PreferencesダイアログのPCB Editor - Defaultsページの該当するプリミティブで設定されます。

追加の指定子とコメント文字列

指定子またはコメント文字列の追加コピーが必要な場合があります。例えば、組み立て工場が各コンポーネントのアウトライン内に指定子を表示した詳細な組み立て図を求め、会社が最終PCB上のコンポーネントオーバーレイ上でコンポーネントのちょうど上に指定子を配置することを要求する場合です。この追加の指定子の要求は、フットプリントに.Designator特別な文字列を含めることで達成できます。.Comment特別な文字列も、コメント文字列の位置を代替レイヤーや位置に指定するために利用できます。

組み立て工場の要件に対応するために、.Designator文字列はPCBフットプリントエディタで機械レイヤーに配置され、このレイヤーを含むプリントアウトがデザイン組み立て指示の一部として生成されることになります。

特定のレイヤー固有の要件の処理

PCBコンポーネントには、接着ドットが必要であるか、または剥がせるはんだマスクの定義が必要であるなど、多くの特別な要件があります。これらの特別な要件の多くは、コンポーネントが取り付けられるボードの側面に関連しており、コンポーネントが反転されると他の側面に反転しなければなりません。

使用されることが少ない特別目的のレイヤーを大量に含めるのではなく、Altium DesignerのPCBエディタはレイヤーペアと呼ばれる機能を通じてこの要件をサポートしています。レイヤーペアは、ペアとして定義された2つの機械レイヤーです。コンポーネントがボードの一方の側から他方に反転されると、ペアの機械レイヤーの一方にある任意のオブジェクトがそのペアの他の機械レイヤーに反転されます。このアプローチを使用すると、接着ドット（または他の特別な要件）を含めるための適切な機械レイヤーを選択し、利用可能なオブジェクトを使用してその形状を定義します。ボード上にそのフットプリントを配置するときは、レイヤーペアリングを設定する必要があります。これにより、このコンポーネントがボードの他の側に反転されたときに、ソフトウェアがどのレイヤーにオブジェクトを転送する必要があるかを指示します。PCBフットプリントエディタでレイヤーペアを定義することはできません。これはPCBエディタで行われます。

機械レイヤーの名前は、View Configurationsパネルから直接編集でき、右クリックしてEdit Layerを選択します。

機械レイヤーの使用を管理する一般的なアプローチは、必要な機械レイヤー機能ごとに専用のレイヤー番号を割り当てることです。このアプローチは、すべてのデザイナーが同じレイヤー割り当ておよび番号付けスキームに従うことを要求します。また、同じ割り当ておよび番号付けスキームに従わない他のソースからコンポーネントを取得した場合には、デザインオブジェクトを現在の機械レイヤーからその機能に割り当てられた機械レイヤーに移動する必要があり、困難を生じることがあります。

この問題は、Layer Typeプロパティの導入によって解決されます。ライブラリからPCBエディタにコンポーネントが配置された場合、あるいはライブラリ間でコピーされた場合、またはIPC Footprint Wizardによって作成された場合、既存のレイヤータイプの割り当ては、それらのレイヤータイプに割り当てられた機械レイヤー番号に関係なく、自動的に一致します。オブジェクトは、そのレイヤータイプに従って正しいレイヤーに配置されます。ソフトウェアがレイヤータイプによる一致に失敗した場合、レイヤー番号による一致にフォールバックします。

個々の機械レイヤーとコンポーネントレイヤーペアの両方について、事前定義されたタイプのリストからレイヤータイプを選択できます。以下に示すダイアログにアクセスするには、個々のレイヤーを右クリックしてから、メニューからEdit LayerまたはAdd Component Layerコマンドを選択します。

PCBフットプリントに高さを追加する

最も単純なレベルの3D表現では、高さ情報をPCBフットプリントに追加できます。これを行うには、Properties パネルを Library Optionsモード (デザイン空間でオブジェクトが選択されていない場合にアクティブ) で開き、パネルのFootprintタブのHeightフィールドにコンポーネントの推奨高さを入力します。

ボード設計中に高さの設計ルールを定義できます（PCBエディタでDesign » Rulesをクリック）、通常はコンポーネントクラス内またはルーム定義内の最大コンポーネント高さをテストします。

高さ情報を定義するためのより良いオプションは、PCBフットプリントに3Dボディを添付することです。

配線プリミティブを持つコンポーネントの管理

設計が転送されると、各コンポーネントで指定されたフットプリントが利用可能なライブラリから抽出されてボード上に配置されます。次に、フットプリント内の各パッドには、そのコンポーネントピンに接続されたネットの名前がネットプロパティとして設定されます。パッドに触れるすべてのオブジェクトは、パッドと同じネットに接続します。

PCBエディタには包括的なネット管理ツールが含まれています。これを起動するには、メインメニューからDesign » Netlist » Configure Physical Netsを選択してConfigure Physical Netsダイアログを開きます。オプションのメニューにはMenuボタンをクリックします。未割り当てのプリミティブに割り当てるネットを選択するためにNew Net Nameヘッダーのドロップダウンをクリックします。

同じピンに接続された複数のパッドを持つフットプリント

以下に示すフットプリントは、SOT223トランジスタで、複数のパッドが同じ論理的な回路図コンポーネントピン - ピン2に接続されています。この接続を行うために、同じ指定子 - '2'を持つ2つのパッドが追加されました。回路図エディタでDesign » Update PCBコマンドを使用して設計情報をPCBに転送すると、結果としての同期はPCBエディタで両方のパッドに接続線が表示されることを示します、つまり、それらは同じネット上にあります。これらの両方を配線できます。

SOT223フットプリントは、指定子が2の2つのパッドを示しています。

シルクスクリーンの準備

シルクスクリーンが露出した銅や穴と重なることによって発生する一般的な製造設計（DFM）問題を解決するために、PCBフットプリントエディタにはフットプリントのシルクスクリーンを準備するための専用機能が含まれています。これらの問題は、次のように効果的に対処できます：

• シルクスクリーンの線とアークの自動クリッピング；
• 塗りつぶしと領域の自動クリッピングまたは移動；
• シルクスクリーンテキスト文字列の自動移動。

PCBフットプリントエディタでシルクスクリーン準備ツールにアクセスするには、メインメニューからTools » Silkscreen Preparationコマンドを使用します。Silkscreen Preparationダイアログが開きます。

ダイアログを使用して、シルクスクリーンオブジェクトのクリッピング/移動の設定を構成します。利用可能なオプションは次のとおりです：

• Clip to Exposed Copper – オブジェクトを自動的に露出した銅にクリップできるようにします。

• Clip to Solder Mask Openings – オブジェクトをはんだマスク開口部に自動的にクリップできるようにします。

• Silkscreen Clearance – シルクスクリーンオブジェクトと露出した銅/はんだマスクの開口部および穴との間の最小許容値を定義します。

• Min Remaining Length – クリッピング後の線/円弧の長さが定義された値よりも小さい場合、そのオブジェクトはフットプリントから削除されます。この長さは頂点から頂点までの長さであり、エッジからエッジまでの長さではありません – 画像を表示。

• Move Text – シルクスクリーンのテキスト文字列と露出した銅/はんだマスクの開口部および穴との間の距離がSilkscreen Clearanceよりも小さい場合に、テキスト文字列を移動させることを有効にします。移動はMax Distanceの値によって制限されます。

• Fill & Region – 塗りつぶしと領域と露出した銅/はんだマスクの開口部および穴との間の距離がSilkscreen Clearanceよりも小さい場合に実行されるアクションを選択します：

  • None – 塗りつぶしと領域はそのままにします。

  • Clip – Silkscreen Clearanceを維持するために、塗りつぶしと領域はクリップされます。適用可能な場合、塗りつぶしは領域に変換されます。

  • Move – 塗りつぶしと領域は露出した銅/はんだマスクの開口部および穴から離れるように移動されます。移動はMax Distanceの値によって制限されます。

• Max Distance – テキスト文字列、コンポーネント指定子、塗りつぶし、領域がSilkscreen Clearanceを維持するために移動できる最大距離を定義します。

ダイアログの設定に従ってシルクスクリーンオブジェクトのクリッピングおよび/または移動を実行するには、OKをクリックします。

シルクスクリーン準備ツールのパフォーマンスの例を以下に示します。

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IPC Compliant Footprint Wizardを使用したフットプリントの作成

IIPC Compliant Footprint Wizardは、IPC標準7351B版 - 表面実装設計およびランドパターン標準のための一般要件に完全に準拠したPCBフットプリントを生成します。このフットプリントウィザードとは異なり、IPC Compliant Footprint Wizardはコンポーネント自体からの寸法情報を使用し、その後、IPCによってリリースされたアルゴリズムに従って適切なパッドおよびその他のフットプリントプロパティを計算します。

フットプリントを定義するために使用されるパッドやトラックのプロパティを入力する必要がなく、ウィザードは実際のコンポーネント寸法を入力として受け取ります。IPC-7351標準のために開発された公式に基づき、ウィザードは、パッドやトラックなどの標準のAltium Designerオブジェクトを使用してフットプリントを生成します。

IPC Compliant Footprint Wizardを実行するには、メインメニューからTools » IPC Compliant Footprint Wizardを選択します。

Select Component Typeページで、フットプリントを作成したいコンポーネントのファミリーを選択します。Select Component Typeページ。ウィザードの右側にあるプレビューエリアは、現在選択されているコンポーネントを動的に表示し、生成が許可されているパッケージのタイプも示します。以下の表に、ウィザードでサポートされているコンポーネントタイプとパッケージを示します。

ウィザードの後続のページは、選択したコンポーネントタイプに応じて変わります。ウィザードの直感的なページに従って、必要な特定のコンポーネントフットプリントを設定してください。IPC Compliant Footprint Wizardを使用する際のいくつかの注意点：

• すべての寸法は、ウィザードにメートル法（mm）単位で入力されます。

• 全体的なパッケージ寸法、ピン情報、ヒール間隔、はんだフィレット、および許容差を入力して、即座に表示することができます。
  IPC許容差を変更すると、IPC準拠ではないPCBフットプリントが生成される可能性があります。

• コートヤード、アセンブリ、コンポーネント（3D）ボディ情報などの機械的寸法を入力できます。

• ウィザードは再入力可能で、レビューと調整が容易です。

• フットプリントのプレビューは、各ステージで表示されます。各コンポーネントタイプについて、Previewエリアは、新しい位置、サイズなど、複数の設定に対して動的に更新されます。Previewエリアでは、またはをクリックして、2Dおよび3Dプレビュー画像を切り替えることができます。

• 必要に応じて、モデルを生成する前に 3D STEP モデルのプレビューを表示できます。コンポーネントタイプを選択した後、ウィザードの任意のページでGenerate STEP Model Previewをクリックすると、Preview領域に3D STEPモデルのプレビューが表示されます。

• ペーストマスクは、大きなサーマルパッド(サイズ2.1mm x 1.6mm以上)を備えたパッケージ用に小さな充填物に分割されます。

• ガルウィングリード線を含むパッケージの場合、パッドはトリミングされ、パッケージ本体の下に伸びるのを防ぎます。

• 中央の大きな熱パッドを持つ小型パッケージの場合、周辺のパッドはIPC標準に従ってパッド間に必要なクリアランスを確保するためにトリミングされます。

• パッドのトリミングが適用されると、ダイアログ内に警告が表示されます。

• フットプリントの名前と説明は、ウィザードで入力した情報に基づいて自動的に提案されますが、組織の要件に合わせて変更することができます。

• IPC標準に従い、ウィザードは3つのフットプリントバリアント（_L、_N、_M）をサポートしており、それぞれが異なるボード密度に適したものです。

• Finishボタンは、いつでも押して現在プレビューされているフットプリントを生成することができます。もしFinishをウィザードの全てを完了する前にクリックした場合、選択したコンポーネントタイプのシステムデフォルトを使用してフットプリントが作成されます。

• ファイルベースのPCBフットプリントライブラリを使用している場合は、IPC準拠フットプリントバッチジェネレータを使用して、複数の密度レベルで複数のフットプリントを迅速に生成できます。

フットプリントウィザードを使用したフットプリントの作成

PCBフットプリントエディタにはFootprint Wizardが含まれています。このウィザードを使用すると、さまざまなパッケージタイプから選択し、適切な情報を入力すると、それに応じてコンポーネントフットプリントを構築できます。Footprint Wizardでは、パッドとコンポーネントオーバーレイに必要なサイズを入力します。

Footprint Wizardを起動するには、メインメニューからTools » Footprint Wizardを選択するか、設計スペースで右クリックしてコンテキストメニューからTools » Footprint Wizardコマンドを選択します。

Component patternsページを使用して、作成したいコンポーネントのパターンを指定します。リストから希望のパターンを選択し、ドロップダウンを使用してコンポーネントの単位（Imperial (mil)またはMetric (mm)）を選択します。利用可能なパターンは：

• ボールグリッドアレイ（BGA）

• キャパシタ

• ダイオード

• デュアルインラインパッケージ（DIP）

• エッジコネクタ

• リードレスチップキャリア（LCC）

• ピングリッドアレイ（PGA）

• クアッドパック（QUAD）

• 抵抗器

• スモールアウトラインパッケージ（SOP）

• スタッガードボールグリッドアレイ（SBGA）

• スタッガードピングリッドアレイ（SPGA）

ウィザードの後続ページは、選択したコンポーネントパターンに応じて変わります。ウィザードの直感的なページに従って、特定のコンポーネントフットプリントを必要に応じて設定してください。

コンポーネントレポートの生成

アクティブなPCBフットプリントのレポートを生成するには、メインメニューからReports » Componentコマンドを選択します。コマンドを起動すると、レポート（<PCBLibraryDocumentName>.CMP）がソースPCBライブラリドキュメントと同じフォルダに生成され、メインデザインウィンドウのアクティブドキュメントとして自動的に開かれます。レポートには、フットプリントの寸法や、フットプリントを構成するプリミティブオブジェクトの内訳、およびそれらが存在するレイヤーの情報が記載されています。

レポートは、ProjectsパネルのDocumentation\Text Documentsサブフォルダに自由文書として追加されます。