Совершенство печатных плат начинается в библиотеке САПР. Часть 1

Altium Designer

Это первая статья из серии, при помощи которой я хочу подвести читателей к созданию качественной библиотеки компонентов. Библиотека компонентов САПР является отправной точкой и затрагивает все процессы создания печатной платы: от проектирования и трассировки печатной платы до ее производства и сборки. Есть множество вещей, требующих внимания при создании библиотеки, но про них часто забывают или даже не рассматривают. А они будут непосредственно влиять на качество размещения компонентов на плате, создания переходных отверстий под корпусами микросхем (via fanout), трассировки проводников, подготовки к производству, изготовления и сборки. Эта статья, описывает ключевые моменты, которые следует учитывать при создании библиотечных элементов и их влияние на процесс создания печатной платы. В последующих статьях эти понятия будут изучены более глубоко.

Качественная библиотека может существенно улучшить качество вашей печатной платы и общий уровень производительности на протяжении всего процесса разработки печатных плат. Также, нужно иметь необходимые инструменты, которые помогут быстро построить новую библиотеку компонентов, использующие общие закономерности. Кроме того, необходимо организовать систему управления библиотекой, чтобы быстро найти правильный образец посадочного места для каждого из компонентов в процессе трассировки платы.

Для начала, все компоненты и связанные с ними посадочные места можно найти в бесплатном LP Viewer по ссылке — www.mentor.com/go/lpwizard

Создание библиотеки
Создание библиотеки требует ответа на следующие вопросы:
  • Почему мы привязываем контактные площадки к сетке 0,1 мм?
  • Почему рисунок для сборочного чертежа отличен от рисунка шелкографии?
  • Почему мы привязываем переходные отверстия под корпусами микросхем к сетке в 1 мм?
  • Почему так важно использовать метрические единицы измерения при создании библиотеки?
  • Что такое стандарт IPC-7351B и почему он так важен?

Я никогда не забуду слова моего друга Вольфганга по поводу ошибки на печатной плате: «Маленькая ошибка на безобразной печатной плате – большое дело, но точно такая же ошибка на хорошей печатной плате – незначительная проблема».

Хороший трассировщик имеет сердце художника и математический ум и каждая его плата – произведение искусства с математической точностью. Он гордится ими и стремится, чтобы следующая платы была лучше предыдущей. После 35 лет работы и создания более 2000 плат я могу сказать безо всяких оговорок, что хорошая печатная плата начинается в библиотеке САПР.

Единицы измерения
Один из секретов заключается в том, что сегодня 90% всех производителей компонентов предоставляют своим компонентом размеры упаковки шаг выводов в метрических единицах. Например, Texas Instruments предоставляет только метрические единицы для всех 982 своих корпусов компонентов. Таким образом, библиотеки САПР также должны быть построены в метрических единицах. Использование метрических единиц для печатных плат это будущее, поэтому вы должны перейти на нее как можно скорее и не тратить свое время на дюймовые единицы измерения в своей рабочей среде. Чем дольше вы будете ждать, тем труднее будет переход. Если вы художник печатной платы и находитесь в поисках совершенства, то это статья покажет вам почему метрические единицы при трассировке платы предпочтительнее дюймовые.

Стандарт IPC-7351B
Давайте кратко рассмотрим стандарт IPC-7351B. Мы будем ссылаться на этот стандарт во всей серии статей. Он использует трехуровневую систему посадочных мест:
  • Общая технологичность конструкции (Density Level A) – для военных и медицинских устройств
  • Средняя технологичность конструкции (Density Level B) – для большинства устройств
  • Высокая технологичность конструкции (Density Level C) – для мобильных телефонов и портативных устройств


Стандарт IPC-7351B фокусируется на следующих ключевых вопросах:
  • Размеры посадочного места и расчет допусков
  • Размещение Courtyard-зоны (габариты компонента)
  • Наименование посадочного места
  • Нулевая ориентация компонента
  • Наименование стека посадочной площадки (padstack)

Выделяют три типа библиотеки компонентов: Through-hole (PTH) – монтаж в отверстия, Surface Mount (SMD) – поверхностный монтаж, и комбинация этих двух технологий. SMD и PTH библиотеки явно различны, но к ним обоим применяются одни и те же основные правила – привязка и скругление формы контактных площадок определяются с шагом в 0,05 мм.
В дополнение к IPC-7351B, приведем другие важные соображения, которые являются основными руководящими принципами и рекомендациями для библиотеки компонентов:
  1. Расстояние между контактными площадками с проверкой правил DRC и необходимая подрезка контактных площадок.
  2. Размер контактной площадки и скругление.
  3. Четыре контура
    • Шелкография;
    • Рисунок для сборочного чертежа;
    • Зона габаритов компонента – регулируется в зависимости от уровня плотности размещения (Levels A, B, C);
    • 3D-модель;
  4. Указание полярности компонента на шелкографии и рисунке для сборочного чертежа.
  5. Два позиционных обозначения с центральным выравниванием по вертикали и горизонтали (Ref Des Origin), расположенные в начале координат высотой в 1,5 мм и шириной линии в 10% от высоты.

От aitras :
Это мой корявый перевод статьи Тома Хаушера из Mentor Graphics. Где-то я может немного отклонился от оригинального текста, но смысл сохранен. Если будет время и если это нужно сообществу, буду пробовать переводить потихоньку его цикл по созданию качественных библиотек.
Вообще, это мой первый опыт перевода статей, поэтому, обо всех неточностях сообщайте, пожалуйста, в личку!

9 комментариев

avatar
Очень интересна тема, жду продолжения.
avatar
Очень интересная тема. Ведь о некоторых вещах приходится только догадываться или додумывать самому. Лично я жду продолжения :)))

P.S. Если необходимо, могу предложить свою помощь по переводу.
avatar
Интересно было бы ознакомиться.

Хотя, формирование библиотек компонентов — дело индивидуальных вкусовых особенностей.

Мне нравится подход как у Robert Feranec.
С оконченным сложным проектом в Аltium (включающим разводку DDR3 и LVDS) можно ознакомиться на
www.imx6rex.com/
avatar
Опасный продукт, автор может рассказать о том, что такое безумие))) Только система отверстий к сожалению у него увеличивает стоимость платы, сказывается жесткое ограничение по размеру платы
avatar
Тут вряд ли можно найти однозначный ответ…
Использование buried vias увеличивает стоимость производства на 30-40%.
Если можно развести плату без них (добавляя не более 4-х слоев и не увеличивая критически полную толщину стека), то лучше их не использовать.

Просто с точки зрения библиотек понравилось:
— наличие полных данных о компоненте, включая ссылку на datasheet и digikey,
— использование 3d моделей,
— нормальное исполнение футпринтов (не противоречащее IPC-7351b), удобное как для ручного, так и для автоматического монтажа.
avatar
Да, но это наверное хорошо только для больших проектов. А если радиолюбительская конструкция из 3-5 микросхем и все видели их воочию, то можно убирать даташиты, 3д модели… А промышленные продукты — да, тут бесспорно лучше делать так, как описано, себе дешевле будет даже
avatar
Отчасти да — дело индивидуальное. Но не зря же существует стандарт — там все рассчитано, подробно описано и охватывает львиную долю всех корпусов элементов. Даже есть соглашение о наименованиях футпринтов. Так что, если хотите делать правильно, соблюдайте стандарт :)
У меня вот такая дурная натура — нашел этот стандарт, теперь он покоя не дает. Все корпуса буду делать в соответствии с ним.
В Альтиуме, кстати, есть мастер создания посадочных мест в соответствии с IPC.
avatar
Хороший трассировщик имеет сердце художника и математический ум и каждая его плата – произведение искусства с математической точностью.
Тоже так считаю.
avatar
Общая технологичность конструкции (Density Level A) – для военных и медицинских устройств
Средняя технологичность конструкции (Density Level B) – для большинства устройств
Высокая технологичность конструкции (Density Level C) – для мобильных телефонов и портативных устройств
Мне кажется, что «плотность» более точный перевод чем «технологичность».
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.