コンポーネントの配置

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Altium Essentials: PCB Component Placement

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概略

この記事では、Altium DesignerでのPCB設計において部品配置が極めて重要な理由を説明し、フットプリントが基板上の部品の実装形態、接続点、外形、および必要に応じた3D占有空間をどのように定義するかを紹介します。また、位置、回転角度、レイヤー、領域、デジグネータ、タイプ、ソース関連情報など、配置後に調整できる主要な部品プロパティを取り上げ、各設定が何を制御し、基板にどのような影響を与えるかを解説します。PCBエディター内で配置済みの部品がどのように定義・管理されるかをより明確に理解したい方にとって、実践的な基礎を身につけられる内容です。ぜひ読み進めてください。

- パッドやシルクスクリーンの要素から、必要に応じて追加する3Dボディまで、PCB部品のフットプリントに含まれる要素を理解できます。
- Altium Designerの部品プロパティのうち、配置、向き、レイヤーの割り当て、識別に関わるものを学べます。
- PCBエディター内で、さまざまな部品タイプや領域の定義がどのように扱われるかを確認できます。
AIでさらに深掘り:

PCB設計は配置が90%、配線が10%と言われています。それぞれの割合には議論の余地がありますが、優れた基板設計には適切な部品配置が不可欠であることは広く認められています。また、配線を進める中で配置の調整が必要になる場合もあることを覚えておいてください。

部品フットプリントは、実際の部品をプリント基板に実装するために必要なスペースと接続点を定義します。パッド、ライン、円弧などの単純なプリミティブオブジェクトや、その他の設計オブジェクトで構成されるグループオブジェクトです。 

部品フットプリントは、PCB上での部品の実装と接続を定義します。 また、実際の部品を定義する3Dボディオブジェクトを含めることもできます。 
部品フットプリントは、PCB上での部品の実装と接続を定義します。 また、実際の部品を定義する3Dボディオブジェクトを含めることもできます。

パッドは、部品のピンを実装して接続するためのポイントとなります。部品オーバーレイ(シルクスクリーン)レイヤー上で部品形状の外形を定義するために、ラインや円弧などの設計プリミティブを追加することもよくあります。

部品フットプリントには、オプションで3Dボディオブジェクトを含めることもできます。これは、基板に実装される実際の部品が占める物理的な空間や外形を定義します。実際の部品が3DボディオブジェクトまたはインポートしたSTEPモデルで定義されている場合は、3次元での部品クリアランスチェックを実行できます。

部品フットプリントは、PCBフットプリントエディターで適切な設計オブジェクトを配置し、部品の実装と接続に必要な形状を作成することで作成します。部品の基準点はPCBフットプリントエディターの設計スペースの原点です。エディターでは、この基準点をピン1、幾何学的中心、または部品上の任意の位置に設定できます。フットプリントの作成について詳しくは、 PCBフットプリントの作成 ページを参照してください。

PCB上でのコンポーネントの利用

設計を回路図エディターからPCBエディターに転送すると、使用可能なライブラリからPCBコンポーネントのフットプリントが自動的に配置されます。これは 設計の同期と呼ばれ、回路図とPCBの差異を検出して解消するプロセスです。

Altium Designerには、必要なコンポーネントのフットプリントをPCB設計スペースに配置しやすくする一連のツールが用意されています。これらのツールについては、次のページを参照してください。

配置済みコンポーネントの参照

PCBパネルの Componentsモードでは、パネルの3つの主要領域が、現在のPCB設計のコンポーネント階層を反映した表示に切り替わります(上から順に)。

  • Component Classes
  • Components クラス内
  • Component Primitives

PCBパネルの各領域では、コンポーネントクラスから個々のコンポーネント、さらにコンポーネントのプリミティブへと、フィルターの選択を段階的に絞り込むことができます。
PCBパネルの各領域では、コンポーネントクラスから個々のコンポーネント、さらにコンポーネントのプリミティブへと、フィルターの選択を段階的に絞り込むことができます。

コンポーネントまたはコンポーネントのプリミティブの項目を右クリックし、Propertiesコマンドを選択する(または項目を直接ダブルクリックする)と、Propertiesパネルが開き、必要に応じてコンポーネント/プリミティブのプロパティを確認・変更できます。

コンポーネントクラスの項目を右クリックし、Properties を選択する(または項目を直接ダブルクリックする)と、そのクラスの Edit Component Classダイアログ が開きます。このダイアログでは、クラスに属するコンポーネントの確認・変更、クラス名の変更、クラスの追加ができます。

選択したコンポーネントクラスの編集。
選択したコンポーネントクラスの編集。

クラスの操作の詳細については、 回路図とPCBでのクラスの操作 ページを参照してください。

パネルの Component Primitives領域で各コンポーネントプリミティブタイプが表示対象となるかどうかは、Componentsまたは Component Primitives領域から開く右クリックメニューで、それぞれに対応するオプションが有効になっているかどうかによって決まります。

コンポーネントまたはコンポーネントのプリミティブの項目を右クリックして、含める項目を選択します。
コンポーネントまたはコンポーネントのプリミティブの項目を右クリックして、含める項目を選択します。

参照中は、Components領域の Footprint列の右側にあるボックスをダブルクリックすることで、コンポーネントを簡単にロックまたはロック解除できます。

PCB パネルからロック/ロック解除を行うと、Propertiesパネルで操作する手間を省けます。
PCB パネルからロック/ロック解除を行うと、Propertiesパネルで操作する手間を省けます。

コンポーネント選択のバウンディングボックス

コンポーネントをクリックして選択すると、選択バウンディングボックスが表示されます。バウンディングボックスの定義に使用するレイヤーは、詳細設定ダイアログのPCB.ComponentSelection オプションで制御できます。このオプションには3つのモードがあります(値として0、1、または2を入力します。デフォルトのモードは2です)。

  • 0 - legacy mode - このモードでは、シルクスクリーンのデジグネーター文字列とコメント文字列を除く、すべてのレイヤーの形状を組み合わせます。

  • 1 - by layer mode - 以下の優先順位に従い、オブジェクトが含まれている最初のレイヤーの形状を使用します。

    1. コートヤードレイヤータイプ

    2. 3Dボディレイヤー(STEPモデルは、モデルを収容する最小の直方体サイズの3Dボディオブジェクトに格納されます。コンポーネントの選択には、STEPモデルの形状ではなく、この3Dボディが使用されます)

    3. シルクスクリーンレイヤーと銅箔レイヤー

    4. 銅箔レイヤー

     

  • 2 - by graphic mode - このモードでは、コートヤードレイヤータイプ、シルクスクリーン、3Dボディオブジェクト、および銅箔レイヤーで検出された形状を組み合わせます。文字列は除外されます。

  • ここでいうコートヤードレイヤーとは、Layer Type = Courtyardのコンポーネントレイヤーペアを指します。レイヤーペアの名前は考慮されません。

  • コンポーネントに3Dモデルが含まれている場合、コンポーネントの衝突チェックには実際の3Dモデル形状が使用されます。一方、コンポーネントの選択ボックスの形状は、前述の方法で決定されます。

  • メカニカルレイヤーのオブジェクトは選択バウンディングボックスから除外されますが、3Dボディまたはコートヤードレイヤーのオブジェクトが定義されていない場合は、衝突チェック用のバウンディングボックスに含まれます。ただし、.Designatorおよび.Commentの文字列は例外で、常に除外されます。詳細は、メカニカルレイヤーの操作を参照してください。

  • コンポーネントの選択バウンディングボックスがコートヤードレイヤーのトラックによって定義される場合、これらのトラックの中心線を使用してバウンディングボックスが定義されます(コンポーネントを選択すると確認できます – )。ただし、これはコートヤードレイヤーに定義された形状が閉じた形状であり、トラック端点の頂点が一致している(正確に接している)場合に限られます。それ以外の場合、バウンディングボックスは、コートヤードレイヤー上のすべてのオブジェクトを囲む最小の長方形によって定義されます。

  • コンポーネントの選択バウンディングボックスは、コンポーネントの面積の計算、およびPushとAvoid Obstacles 配置モードでのコンポーネント配置時に使用されます。

コンポーネントへのプリミティブの追加

メインメニューからTools » Convert » Add Selected Primitives to Componentコマンドを選択すると、選択したプリミティブをコンポーネントに追加できます。コマンドを選択した後、選択したプリミティブの追加先となるコンポーネントを選択します。確定すると、新しいプリミティブは単一のコンポーネントオブジェクトの一部として認識され、コンポーネントの既存のプリミティブとともに使用できるようになります。

この操作を実行するには、対象コンポーネントのプリミティブのロックを解除する必要があります。コンポーネントのプロパティにあるPrimitives ロックアイコンを使用して、コンポーネントのプリミティブのロックを解除してください。

コンポーネントをプリミティブに分解

メインメニューのTools » Convert » Explode Component to Free Primitivesコマンドを使用するか、配置済みのコンポーネント上で右クリックし(選択状態は問いません)、コンテキストメニューからComponent Actions » Explode Component To Free Primitives(またはExplode Selected Components To Free Primitives)コマンドを選択すると、コンポーネントを構成するプリミティブオブジェクトに変換できます。分解されたコンポーネントはコンポーネントではなくなるため、デジグネーターとコメントは削除され、元の構成要素である各種プリミティブに戻ります。

分解は、該当するソースライブラリに格納されているフットプリントモデルには影響しません。影響を受けるのは、PCBドキュメント上に配置され、変換されたコンポーネントのインスタンスのみです。

  • 分解は一方向の処理であり、分解したコンポーネントを再グループ化するコマンドはありません。ただし、Undoコマンドを使用することで、同様の結果を得ることができます。

  • コンポーネントのプロパティを変更するために、分解コマンドを使用しないでください。コンポーネントのプリミティブは、ロックを解除し(コンポーネントのプロパティにあるPrimitives ロックアイコンを使用)、必要に応じて編集した後、再度ロックすることで編集できます。

参照情報へのクリック可能なリンクへのアクセス

コンポーネントに名前付きドキュメントリンクが追加されている場合、選択したコンポーネント、またはカーソル下のコンポーネントについて、指定されたドキュメントやページのURLを開くことができます。このURLは、基になるURLリンクパラメーターで定義されます。この機能により、回路図コンポーネントから転送された名前付きドキュメントリンクを、PDF、テキストファイル、HTMLページへの名前付きPCBコンポーネントリンクとして表示できます。これは、コンポーネントの名前付きドキュメントリンクが回路図からPCBへ更新されたときに行われます(Design » Update PCB Document)。この更新処理(ECO経由)では、回路図の名前付きドキュメントリンクが、対応するPCBコンポーネントのComponentLinkパラメーターペア(ComponentLinknDescription/ComponentLinknURL)に変換されます。例:

回路図コンポーネントのパラメーター   PCBコンポーネントのパラメーター
Name Url

 

⇒

Name Value
STM32 Family Web Page http://www.st.com/stm32 ComponentLink1Description STM32 Family Web Page
ComponentLink1URL http://www.st.com/stm32

コンポーネントパラメーターで使用されるリンクインデックス番号(n)によって、Referencesサブメニュー内の対応するPCBコンポーネントリンクの表示順が決まります。PCB上のコンポーネントを選択すると、定義済みのComponentLinkパラメーターペアが、プロパティパネルのParametersセクションに表示されます。

コマンドを実行すると、Web上のリンク先ページ、または指定されたドキュメントが直接開きます(利用可能な場合)。

  • WebのURLは、PreferencesダイアログのSystem - ViewページにあるOpen internet links in external Web browserオプションの設定に従い、外部ブラウザー、またはAltium Designer内のタブ付きドキュメントとして開きます。外部ブラウザーで開くには、リンクパラメーターの値(URL)にhttp://プレフィックスが含まれている必要があることに注意してください。

  • 回路図でのドキュメントリンクパラメーターの設定については、回路図ライブラリのページを参照してください。

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