Trabalhando com Keepouts Específicos de Objeto em uma Placa

Num relance

Este artigo explica como as áreas de exclusão específicas por objeto funcionam no Altium Designer, o que elas impedem em uma PCB e como seu comportamento varia conforme sejam posicionadas na camada Keep-Out ou em uma camada de sinal. Também mostra como as áreas de exclusão utilizam regras de distância de isolamento, onde são mais úteis em uma placa e como configurá-las para restringir tipos específicos de objetos, como vias, trilhas, cobre e pads. Ao longo da leitura, você também encontrará detalhes práticos sobre como posicionar e editar objetos de exclusão, como trilhas e arcos de exclusão, tanto no editor de PCB quanto no editor de bibliotecas de PCB. Continue lendo para ter mais controle e precisão nos layouts das suas placas.

- Entenda o que são áreas de exclusão específicas por objeto, como elas se comportam no Altium Designer e onde devem ser usadas no layout de PCB.
- Aprenda a configurar áreas de exclusão para restringir apenas determinados tipos de objetos, obtendo um controle mais flexível sobre o roteamento, o posicionamento de cobre e o comportamento das vias.
- Conheça os fundamentos de posicionamento e edição de objetos de exclusão, incluindo trilhas e arcos de exclusão, nos editores de PCB e de bibliotecas de PCB.
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Um Keepout no projeto de PCB é uma área ou um perímetro definido pelo usuário no layout que os objetos de cobre não podem intersectar. Normalmente incluído para controlar a área utilizada por ações automatizadas de posicionamento de cobre, como preenchimentos de polígonos e roteamento interativo, um Keepout também representa um local inválido para o posicionamento manual de objetos de cobre.

Como áreas de exclusão especificadas durante a elaboração do layout, os objetos Keepout utilizam as Regras de Restrição de Folga existentes para controlar o roteamento e detectar violações de posicionamento, mas, ao contrário de outros objetos posicionados, não podem ser atribuídos a uma rede e não são exibidos nas saídas geradas nem nas impressões. Em sua forma mais simples, um Keepout atua como um objeto de “interferência” que impede que outros objetos de cobre intersectem sua área, conforme especificado pela Regra de Folga global. Os objetos Keepout podem ser posicionados na camada Keep-out (onde se aplicam a todas as camadas de sinal) ou em uma camada de sinal (onde se aplicam apenas aos objetos dessa camada). 

O Altium Designer permite a criação e a aplicação de Keepouts com seu suporte a Object Specific Keepouts. Os objetos Keepout posicionados podem ser configurados para especificar a quais tipos de objetos se aplicam, como trilhas, áreas de cobre, vias e pads, o que aumenta significativamente a flexibilidade e a eficácia dos Keepouts.

Objetos Keepout de diferentes tipos posicionados em um projeto de PCB.
Objetos Keepout de diferentes tipos posicionados em um projeto de PCB.

No Editor de PCB e no Editor de Bibliotecas de PCB, os objetos Keepout são exibidos com hachuras cruzadas. Os objetos Keepout posicionados na camada Keep-Out (ou seja, que se aplicam a todas as camadas de sinal) são exibidos na cor da camada Keep-Out, enquanto os Keepouts posicionados em uma camada de sinal específica (ou seja, que se aplicam apenas a essa camada de sinal) aparecem na cor dessa camada.

Os Keepouts são ideais para definir regiões da placa onde o roteamento não é permitido (como áreas eletricamente sensíveis ou de alta tensão), locais específicos com cobre exposto, como em fiduciais e pontos de teste, ou áreas mecanicamente incompatíveis (como furos de montagem ou os cantos de uma PCB). A natureza configurável dos Keepouts específicos por objeto também permite posicioná-los sobre outros objetos quando Keepout Restrictions específicos tiverem sido atribuídos. Quando configurado para restringir apenas vias, por exemplo, um Keepout pode ser posicionado sobre regiões de cobre existentes (como um Preenchimento de Polígono) para controlar a extensão da Costura de Vias automatizada.

Os Keepouts específicos por objeto podem ser posicionados no Editor de PCB e no Editor de Bibliotecas de PCB.

Para obter mais informações sobre o posicionamento e a edição de objetos Keepout de PCB, consulte as seções recolhíveis abaixo:

Posicionamento de áreas de exclusão

Uma área de exclusão é posicionada no espaço de projeto do editor pelo menu Place » Keepout, e o estilo de área de exclusão escolhido (Trilha, Preenchimento, Região ou Arco) será posicionado na camada atualmente ativa. Selecione as propriedades da área de exclusão para editar suas características físicas, camada ou restrições de tipos de objeto. As propriedades relacionadas de Keepout são:

  • Restricted for Layer – define a camada da área de exclusão e, portanto, a camada da placa na qual os objetos de cobre serão restringidos (excluídos). Para uma área de exclusão em todas as camadas, selecione Keep-Out Layer.
  • Keepout Restrictions – determina quais tipos de objeto serão restringidos pela área de exclusão. Desmarcar um tipo de objeto fará com que a área de exclusão permita a entrada desse tipo de objeto (sem excluí-lo), ao não impor a regra de espaçamento aplicável.
As áreas de exclusão podem ser posicionadas em todas as camadas de sinal (de cobre), exceto nos planos de cobre. Quando a camada da placa atualmente ativa não é compatível com áreas de exclusão, o comando Place » Keepout não fica disponível (aparece esmaecido).

Na imagem abaixo, os dois preenchimentos de exclusão têm diferentes restrições de camada e de objeto aplicadas. Essas restrições permitem que o preenchimento de exclusão da camada superior (à esquerda) aceite um pad de furo passante (TH), restringindo todos os outros tipos de objeto, e que o da camada de exclusão (à direita) aceite apenas trilhas.

Exemplo de dois preenchimentos de exclusão posicionados em diferentes camadas de uma PCB e configurados para restringir o posicionamento de diferentes tipos de objeto.
Exemplo de dois preenchimentos de exclusão posicionados em diferentes camadas de uma PCB e configurados para restringir o posicionamento de diferentes tipos de objeto.

A flexibilidade inerente das áreas de exclusão permite seu uso em uma ampla variedade de tarefas para controlar layouts de PCB. Como as áreas de exclusão podem ser sobrepostas, atribuídas a qualquer camada de sinal (como a superior ou a inferior) e configuradas para rejeitar objetos específicos, elas podem ser usadas para controlar com precisão a costura de vias e os preenchimentos poligonais, por exemplo.

Controle de preenchimentos poligonais

No exemplo de layout de PCB mostrado abaixo, foram adicionados preenchimentos de exclusão ao redor dos pads multicamada em uma região de possível alta tensão, que precisa ter isolamento elétrico suficiente em relação aos preenchimentos poligonais conectados ao terra que serão adicionados. Os preenchimentos de exclusão estão definidos para a camada superior e configurados para restringir apenas objetos de cobre, o que rejeitará preenchimentos poligonais, preenchimentos e regiões, mas aceitará trilhas e pads existentes etc. – em outras palavras, a regra de violação de espaçamento será aplicada apenas a objetos classificados como “cobre”.

Preenchimentos de exclusão posicionados na camada de exclusão e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.
Preenchimentos de exclusão posicionados na camada de exclusão e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.

A disposição de áreas de exclusão acima forçará os preenchimentos poligonais posicionados nas camadas de sinal (neste caso, as camadas superior e inferior) a evitar as três áreas de exclusão. No entanto, o pads da camada superior associado à área em questão não terá um espaçamento adequado em relação ao preenchimento da camada superior.

Nesse caso, podem ser adicionadas outras áreas de exclusão à camada superior para que seu preenchimento poligonal mantenha uma distância adequada de todos os pads relacionados. Na imagem mostrada abaixo, outros dois preenchimentos de exclusão foram adicionados à camada superior, exibida aqui no modo de camada única para maior clareza. Observe que a cobertura de exclusão mostrada poderia ter sido criada com uma única região, em vez de dois preenchimentos sobrepostos.

Preenchimentos de exclusão posicionados na camada superior e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.
Preenchimentos de exclusão posicionados na camada superior e configurados para serem aplicados apenas a objetos de cobre.

Quando os preenchimentos poligonais forem finalmente adicionados ao layout, o conjunto de áreas de exclusão controlará os preenchimentos para produzir um formato de espaçamento diferente para cada camada ao redor da região. Observe que, neste exemplo, o espaçamento associado às áreas de exclusão é maior do que o dos objetos normais devido a uma regra de espaçamento de áreas de exclusão personalizada (veja abaixo).

Os preenchimentos poligonais evitam os objetos de exclusão posicionados.
Os preenchimentos poligonais evitam os objetos de exclusão posicionados.

A influência do conjunto de áreas de exclusão sobre os preenchimentos poligonais pode ser vista claramente quando o layout é visualizado no modo 3D de camada única, conforme mostrado abaixo – camada superior à esquerda e camada inferior à direita.

A camada superior (à esquerda) e a camada inferior (à direita) da PCB mostradas no modo 3D de camada única.
A camada superior (à esquerda) e a camada inferior (à direita) da PCB mostradas no modo 3D de camada única.

Observe que a abordagem de controle das áreas de preenchimento poligonal é usada aqui como exemplo para posicionar e configurar áreas de exclusão específicas de camada. Na prática, a melhor maneira de controlar a área ocupada por um preenchimento poligonal é usar recortes de preenchimento poligonal.

Controle de costura de vias

A aplicação de formas de exclusão, configuradas para restringir objetos de via, em áreas de cobre multicamada pode controlar a extensão da costura automática de vias (Tools » Via Stitching/Shielding). As formas de exclusão podem ser definidas para qualquer camada ou para uma das camadas da área de cobre, de modo que as vias entre essas camadas sejam excluídas (restringidas).

No exemplo mostrado abaixo, formas de exclusão foram adicionadas aos cantos superior e inferior esquerdos do layout. Elas estão configuradas para restringir objetos de via, o que impedirá que a costura automática de vias posicione vias dentro desses perímetros.

Regiões de exclusão configuradas para serem aplicadas apenas a vias.
Regiões de exclusão configuradas para serem aplicadas apenas a vias.

Além de evitar trilhas, pads e vias existentes, como normalmente ocorre, a costura de vias também evita as formas de exclusão, conforme determinado pela regra de espaçamento aplicável.

A PCB após a adição da costura de vias.
A PCB após a adição da costura de vias.

Áreas de exclusão em componentes

As áreas de exclusão são adicionadas aos footprints dos componentes no Editor de Bibliotecas de PCB usando a mesma abordagem aplicada no espaço de projeto do Editor de PCB.

A área de exclusão adicionada ao footprint do componente mostrado abaixo está configurada para restringir todos os objetos, mas permitir trilhas – possibilitando, assim, conexões de redes em um layout no qual o componente é usado, enquanto restringe o posicionamento próximo de outros tipos de objeto.

Objetos de exclusão também podem ser adicionados aos footprints dos componentes no Editor de Bibliotecas de PCB.
Objetos de exclusão também podem ser adicionados aos footprints dos componentes no Editor de Bibliotecas de PCB.

Observe que as regras de projeto não são aplicadas no Editor de Bibliotecas de PCB; portanto, a área de exclusão, neste caso, aceitará os pads de furo passante que estiverem dentro de seus limites.

Trabalhando com áreas de exclusão

A implementação das áreas de exclusão específicas por objeto do Altium Designer se reflete em todas as funções associadas e inclui compatibilidade com as consultas (e, portanto, com as regras de projeto), com o painel PCB List e também com documentos de projeto de PCB importados ou antigos.

Regra de espaçamento de áreas de exclusão

Assim como ocorre com outras primitivas de objeto, a regra de espaçamento elétrico atual determinará as restrições de espaçamento para as áreas de exclusão – veja Design » Rules. Se for necessária uma restrição de espaçamento diferente para as áreas de exclusão, crie uma regra específica aplicando a verificação de atributo IsKeepOut como uma consulta personalizada.

Certifique-se de que a regra personalizada de folga para Keepouts tenha uma prioridade mais alta que a regra de folga existente (global). No exemplo abaixo, foi criada uma regra para Keepouts (Clearance_Keepout) com uma distância de folga duas vezes maior que a da regra de folga base (Clearance). Como mostrado no trecho do layout da placa, a trilha roteada entre os dois pads mantém uma distância maior da região de Keepout (à direita) do que da região na camada superior (à esquerda).

É possível criar uma regra de folga adicional para objetos Keepout.
É possível criar uma regra de folga adicional para objetos Keepout.

Converter objetos primitivos em Keepouts

Objetos primitivos existentes nas camadas de sinal podem ser convertidos em Keepouts, na mesma camada, usando o comando Converter primitivos em Keepouts (Tools » Convert » Convert Selected Primitives to Keepout).

Objetos Keepout podem ser convertidos de volta em seus objetos primitivos equivalentes, sem a função de Keepout, usando o comando Tools » Convert » Convert Selected Keepouts to Primitives.

Um objeto primitivo pode ser convertido em um objeto Keepout equivalente (e vice-versa).
Um objeto primitivo pode ser convertido em um objeto Keepout equivalente (e vice-versa).

Acesso pelos painéis

Keepouts específicos por objeto em um projeto de placa podem ser acessados pelos painéis Lista de PCB e Filtro de PCB.

O painel PCB Filter permite usar a palavra-chave de consulta IsKeepOut para localizar e, opcionalmente, selecionar objetos Keepout no projeto.

O painel PCB Filter pode ser usado para localizar objetos Keepout no projeto.
O painel PCB Filter pode ser usado para localizar objetos Keepout no projeto.

O painel PCB List pode ser usado para listar, selecionar e editar objetos Keepout do tipo selecionado — por exemplo, preenchimentos Keepout, como mostrado na imagem do painel Lista abaixo. Um preenchimento padrão na camada superior (o último da lista) também é mostrado para comparação. Se all os preenchimentos (ou outros tipos de objetos, como regiões) incluídos no projeto forem definidos como Keepouts, o painel PCB List incluirá o conjunto completo de atributos de restrição dos objetos Keepout.

O painel PCB List pode ser usado para listar, selecionar e editar objetos Keepout do tipo selecionado.
O painel PCB List pode ser usado para listar, selecionar e editar objetos Keepout do tipo selecionado.

Observe que o atributo Keepout listado nos painéis PCB List é somente leitura, pois o preenchimento, neste caso, é definido como um objeto Keepout. Da mesma forma, o atributo Net dos objetos Keepout no painel PCB List não pode ser editado porque objetos Keepout, por definição, não podem ser atribuídos a uma rede.

Importação de projetos de PCB

O Altium Designer pode importar arquivos de projeto de uma ampla variedade de outras ferramentas de projeto usando os recursos de conversão automatizada fornecidos pelo Assistente de importação (File » Import Wizard). Objetos do tipo Keepout incluídos em arquivos de projeto de PCB de outras ferramentas, alguns dos quais são específicos por objeto, são convertidos pelo assistente em Keepouts específicos por objeto, quando possível.

O processo de conversão de Keepouts do assistente é compatível com projetos de placa de sistemas ECAD populares, como Mentor® Graphics Pads™ e Cadence® Allegro™. A interpretação correta dos Keepouts também ocorre durante o processo de exportação IDF.

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