PCBフットプリントの作成
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Altiumは、Vault内はもちろん、AltiumLiveを通じて利用可能ないくつかの統合されたライブラリや個別のライブラリにも、すぐに使えるPCBコンポーネントを大量に提供しています。しかし、これら豊富なリソースがあっても、設計者がキャリアのある時点でカスタムPCBコンポーネントを作成する必要が出てくることは十分にあり得ます。PCBコンポーネント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のセットを使用して、PCBライブラリ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、およびボード設計中に必要とされるその他のオブジェクトもPCBコンポーネントとして保存できます。
実際のボードに取り付けられるコンポーネントは、設計キャプチャ時には回路図シンボルとして、ボード設計用にはPCBフットプリントとして表されます。Altium Designerのコンポーネントは以下の方法で使用できます:
- ローカルライブラリで作成され、配置されるか、または
- Altium Content Vaultから直接配置されます。これは、シンボル、フットプリント、コンポーネントパラメータ、およびサプライヤーへのリンクを含む数千のコンポーネントを含む、全世界でアクセス可能なコンポーネントストレージシステムです。
フットプリントの手動作成
ジョイスティックコンポーネントのフットプリントの2Dおよび3Dビュー。3D画像はコンポーネントのSTEPモデルをインポートしたもので、パッドとコンポーネントのオーバーレイがSTEPモデルの下に見えることに注意してください。
コンポーネントフットプリントを手動で作成する典型的な手順は以下の通りです:
- フットプリントは、PCBLIBエディタの中心にあるワークスペースの基準点を中心に構節するべきです。J, R ショートカットキーを使用して、直接基準点にジャンプします。フットプリントの構築を開始する前に基準点に移動するのを忘れた場合は、Edit » Set Referenceのサブメニューコマンドを使用して、基準パッドをフットプリントに持ってくることができます。
- padsを(Place » Pad)コンポーネントの要件に応じて配置します。パッド配置コマンドを実行した後、最初のパッドを配置する前に、Tabキーを押してpadsダイアログを開き、パッドの指定子、サイズと形状、レイヤ、および穴のサイズ(スルーホールパッドの場合)を含むすべてのパッドプロパティを定義します。指定子は、後続のパッド配置で自動的にインクリメントされます。サーフェスマウントパッドの場合は、レイヤをトップレイヤに設定します。スルーホールパッドの場合は、レイヤをマルチレイヤに設定します。
-
パッドの正確な配置を保証するために、このタスク専用のグリッドを設定することを検討してください。Ctrl+G ショートカットキーを使用してGrid Editorダイアログを開き、Q キーでグリッドを
Imperial
からMetric
に、またはその逆に変更します。 - マウスでパッドを移動させる際に正確に配置するには、キーボードの矢印キーを使用して、現在のグリッド増分でカーソルを移動します。さらに、Shift を押し続けると、グリッドの10倍のステップで移動します。現在の X、Y の位置はステータスバーに表示され、ヘッズアップディスプレイにも表示されます。ヘッズアップディスプレイには、位置と最後のクリック位置から現在のカーソル位置までの差分が含まれます。Shift+H ショートカットを使用してヘッズアップディスプレイをオン/オフ切り替えます。または、配置されたパッドをダブルクリックして編集し、Padダイアログで必要な X と Y の位置を直接入力します。
- ワークスペース内の2点間の距離を確認するには、Reports » Measure Distanceコマンドを使用します。これは Ctrl+M ショートカットキーでも利用可能です。ステータスバーのプロンプトに従ってください。
- パッド固有の属性、例えばはんだマスクやペーストマスクは、パッドの寸法と適用可能なマスク設計ルールに基づいて自動的に計算されます。マスク設定は各パッドに対して手動で定義することができますが、これを行うと、ボード設計プロセス中にこれらの設定を後で変更することが困難になります。通常、パッドを設計ルールでターゲットにすることが不可能な場合にのみこれが行われます。ルールは、ボード設計中にPCBエディタで定義されます。
- シルクスクリーン層にコンポーネントのアウトラインを定義するために、トラック、アーク、その他のプリミティブオブジェクトを使用します。
- 配置庭園などの追加の機械的詳細を定義するために、機械層にトラックやその他のプリミティブオブジェクトを配置します。機械層は汎用層であり、設計者はこれらの層の機能を割り当て、フットプリント全体で一貫して使用する必要があります。
- 3Dボディオブジェクトを配置して、フットプリントに収まるコンポーネントの3次元形状を定義します。複数の3Dボディオブジェクトを配置して形状を構築するか、またはSTEP形式の3Dコンポーネントモデルを3Dボディオブジェクトにインポートできます。
-
指定子とコメント文字列は、メインPCBワークスペースへの配置中に自動的にフットプリントのオーバーレイ層に追加されます。指定子とコメント文字列は、機械層に
.Designator
と.Comment
特別な文字列を配置することで追加することができます。
- 完成したフットプリントの名前を、PCB Libraryパネルのコンポーネントリストで名前をダブルクリックして変更します。コンポーネント名は最大255文字までです。
IPC Compliant Footprint Wizardを使用してコンポーネントを作成する
IPC Compliant Footprint Wizardは、IPC準拠のコンポーネントフットプリントを作成します。Component Wizardがフットプリントの寸法を直接扱うのに対し、IPC Compliant Footprint Wizardはコンポーネント自体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その他のフットプリント特性を計算します。
- Tools » IPC Compliant Footprint Wizardコマンドを選択して、IPC Compliant Footprint Wizardを実行します。
- このウィザードは、以下のフットプリントタイプを作成できます:BGA、BQFP、CAPAE、CFP、CHIP Array、DFN、CHIP、CQFP、DPAK、LCC、LGA、MELF、MOLDED、PLCC、PQFP、PQFP、PSON、QFN、QFN-2ROW、SODFL、SOIC、SON、SOJ、SOP/TSOP、SOT143/343、SOT223、SOT23、SOT89、およびWIRE WOUND。
- IPC Compliant Footprint Wizardは、IPCによってリリースされた標準に従って、コンポーネント自体の寸法情報を使用します。
IPC Compliant Footprint Wizardの特徴の一部を以下に示します:
- 全体のパッキング寸法、ピン情報、ヒール間隔、はんだフィレット、および許容誤差は入力してすぐに表示できます。
- 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、レビューして調整を行うのが簡単です。フットプリントのプレビューは各段階で表示されます。
- いつでもfinishボタンを押して、現在プレビューされているフットプリントを生成できます。
IPCフットプリントバッチジェネレータを使用してコンポーネントを作成する
IPC Footprint Batch Generator は、複数の密度レベルで複数のフットプリントを生成するために使用できます。このジェネレーターは、電子部品の寸法データをExcelスプレッドシートまたはカンマ区切りファイルから読み取り、その後IPC方程式を適用してIPC準拠のフットプリントを構築します。IPC Footprint Batch Generator のサポートには以下が含まれます:
-
パッケージタイプの空白テンプレートファイルがAltium Designerのインストール時に
\Templates
フォルダに含まれています。 - パッケージ入力ファイルには、単一のパッケージタイプの1つ以上のフットプリントの情報を含めることができ、Excelまたはカンマ区切り(CSV)形式のファイルである必要があります。
IPC Footprint Batch Generator には、開いているPCBフットプリントライブラリ内のすべてのフットプリントを作成するオプション、または入力ファイルまたはフットプリント名に基づいて単一のライブラリを生成するオプションがあります。
Component Wizardを使用してコンポーネントを作成する
PCBライブラリエディタには、Component 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、コンポーネントフットプリントが作成されます。Component Wizardでは、設計者が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。 Component Wizardを起動するには、PCB Libraryパネルのコンポーネントセクションを右クリックしてComponent Wizardを選択するか、Tools » Component Wizardコマンドを選択します。
コンポーネントの3Dモデルを含む
フットプリントには、コンポーネントの3D表現を含めることができます。形状は、形状を構築するために複数のAltium designer 3D Bodyオブジェクトを配置すること、1つの3D Bodyオブジェクトを配置してSTEPモデルをそれにインポートすること、またはその両方の組み合わせによって作成できます。
- 3Dボディオブジェクト用に機械層を割り当て、配置する際にはこの層が3D Bodyダイアログで選択されていることを確認してください。
- 3Dボディオブジェクトからコンポーネント形状を構築する場合、2Dモードでの表示が一般的に容易です。3Dボディオブジェクトに利用可能な形状には、押し出し、円筒、または球形が含まれます。
- PCBライブラリエディターを2Dと3D表示モードの間で切り替えるには、2 と 3 のホットキーショートカットを押します。
- STEP形式のコンポーネントモデルは、コンポーネントメーカーのウェブサイトやwww.3dContentCentral.comなどの共有リソースサイトからダウンロードできます。
- STEPモデルは3Dモードで表示しているときに配置しやすくなります。STEPモデルを配置するには、まず3Dボディオブジェクトを配置し、3Dボディダイアログが開いたら3D Model TypeをGeneric STEP Modelに設定し、Embeddedオプションを選択してからLoad from FileボタンをクリックしてSTEPファイルを探します。
- STEPモデルをクリックして移動させると、STEPモデルが埋め込まれている3Dボディオブジェクトに属する最も近い頂点、またはSTEPモデルに定義されたスナップポイントによって保持されます。スナップポイントは、3DボディダイアログまたはTools » 3D Body Placement » Add Snap Points from Verticesコマンドを使用して定義できます。このコマンドは対話式で、ステータスバーのプロンプトを確認してください。注目すべきは、コマンドには2つのモードがあり、デフォルトはユーザーが選択した頂点にスナップポイントを追加することです。2番目のモードは、コマンドを起動した後にSpacebarを押すことで有効になり、このモードではデザイナーに2点をクリックするように促され、ソフトウェアはその2クリックの中点にスナップポイントを計算して配置します。
- PCBライブラリエディターが3D表示モードの場合、標準のWindowsショートカットを使用してズームやパンを行います。2Dモードと同様に、右マウスボタンをクリックして保持するとドキュメントをパンまたはスライドします。ビューを回転させるには、Shiftキーを押しながら右マウスボタンをクリックして保持します。または、Space Navigator™のような3Dマウスを使用します。
- InspectorとListパネルは、次元、回転、色などの3Dボディオブジェクトのプロパティを編集するのに適しています。これらのパネルを使用すると、デザイナーは値を簡単に編集してすぐに影響を確認できます – 例えばSTEPモデルを回転させるようなタスクに理想的です。
- 3D STEPサポートはコンポーネントに限定されません。ブラケットや完成したエンクロージャーなどの他の機械的な詳細をインポートするためにも使用できます。エンクロージャーをPCBエディターに直接インポートすると、リンクされている場合は埋め込まれている場合とは異なり、リンクされたSTEPモデルに変更が加えられるとPCBエディターに警告ダイアログが表示され、STEPモデルの再読み込みを提案します。
同じフットプリントで、左側は3Dボディオブジェクトのセットから物理的なコンポーネントが作成されており、右側はSTEPモデルがインポートされています。 注意:Altium designerの3Dビューモードを使用するには、Microsoft DirectX 9(またはそれ以上)をサポートし、Shader Model 3(またはそれ以上)をサポートするグラフィックスカードが必要です。 不規則な形状のフットプリントの作成
一部のフットプリントには、不規則な形状のパッドが必要です。これは、PCBライブラリエディタで利用可能な設計オブジェクトを使用して行うことができますが、これを行う際には念頭に置くべき重要な要素があります。
Altium Designerは、パッドオブジェクトの形状に基づいて自動的にはんだおよびペーストマスクを追加します。デフォルトの拡張値はデザインルールによってデフォルトで定義されていますが、PreferencesダイアログのPCB Editor » Defaultsページに含まれるPad Primitiveタイプ設定によっても指定できます。これらの設定は、配置中または配置後にPadダイアログを通じて上書きすることができます。
デフォルトのパッドプリミティブ属性を指定する;右側にハイライトされているのはペーストとはんだマスクの拡張設定です。
カスタムパッド形状の作成
パッドオブジェクトのみが使用されて不規則な形状を構築した場合、対応する不規則なマスク形状は正しく生成されます。しかし、その不規則な形状がライン(トラック)、塗りつぶし、領域、パッド、ビア、またはアークなどの他のオブジェクトを使用して構築された場合、はんだおよびペーストマスクは手動で処理する必要があります。
手動でのはんだおよびペーストマスクの拡張は、対応するはんだまたはペーストマスク層にライン(トラック)、塗りつぶし、領域、またはアークプリミティブを配置することで達成できます。設計者は、不規則なパッド形状を作成するために使用されるプリミティブ内のはんだおよびペーストマスク拡張設定を利用できます。
上に示されているトラックダイアログです。はんだおよびペーストマスクの拡張設定が強調表示されています。それらのドロップダウンリストで利用可能なオプションは以下の通りです:
- マスクなし:オブジェクトに拡張マスクは含まれていません。
- ルールからの拡張値:拡張値は、MaskセクションのPCB Rules and Constraints Editorダイアログで定義された対応するはんだまたはペーストマスク拡張ルールから取得されます。
- 拡張値を指定(値):拡張ジオメトリは、プリミティブの周囲からのオフセット(ユーザー指定)として計算されます。
銅の形状の単純な拡張または収縮ではないマスク開口部の要件がある場合、計算されたマスクを使用することはできません。この場合、必要なマスクレイヤに適切な設計オブジェクトを配置する必要があります。
はんだ/ペーストマスクの表示
はんだおよび/またはペーストマスクがPCBライブラリエディタで正しく定義されているかを確認するには、View Configurationsダイアログ(Tools » Layers & ColorsまたはLホットキー)を開き、各マスクレイヤの表示オプションを有効にします。
Footprints with Multiple Pads Connected to the Same Pinセクション以下の画像は、各パッドの端に現れる紫色(トップはんだマスクレイヤの色)の境界線を示しています。これは、パッドの下から拡張量だけ突出しているはんだマスク形状の端を表しています。
レイヤを素早く確認するには、シングルレイヤモード(Shift+S)をCtrl+Shift+ホイールロールと組み合わせて使用します。
ルーティングプリミティブを用いたコンポーネントの管理
設計が転送されると、各コンポーネントに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、基板上に配置されます。その後、フットプリント内の各パッドには、回路図内のそのコンポーネントピンに接続されているネットの名前がネットプロパティとして設定されます。フットプリントにパッドに接触する銅プリミティブが含まれている場合、これらのプリミティブには自動的にネット名が割り当てられず、設計ルール違反を引き起こします。この場合、設計者はネット名を割り当てるための更新プロセスを実行する必要があります。
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、メニューからDesign » Net list » Configure Physical Netsを選択します。オプションのメニューが表示されるMenuボタンをクリックし、割り当てられていない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領域をクリックします。
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
下に示されたフットプリントは、SOT223トランジスタで、同じ論理的な回路図コンポーネントピン - ピン2に接続された複数のパッドがあります。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、PCBエディタで両方のパッドに接続線が表示される結果となります。
2つのパッドがデザインナンバー2で示されているSOT223フットプリント。
特殊なはんだマスク要件の取り扱い
以下に示されたフットプリントは、PCBの表面層の銅直接に実装されたプッシュボタンスイッチの接点セットです。
パッド、ライン、アークを配置して設計されたプリントプッシュボタンのフットプリント。
ゴム製のスイッチパッドオーバーレイがPCBの上に配置され、小さなカーボン製のボタンが押されるとフットプリント内の両方のフィンガーセットに接触して電気的な接続を作り出します。これが起こるためには、両方のフィンガーセットがはんだマスクによって覆われていてはなりません。円形のはんだマスク開口部は、幅が弧の半径に等しいかそれ以上の弧を配置することによって達成され、2組のフィンガーの後ろに示されている実線の円が形成されます。各銅フィンガーセットは、弧、水平線、およびパッドによって定義されています。パッドは接続点を定義するために必要です。手動で配置されたはんだマスクの定義は、コンポーネントがボードの裏側に配置されるときに自動的に下側のはんだマスク層に転送されます。
指示子とコメント文字列
デフォルトの指示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、設計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付けられます。指定子とコメント文字列のプレースホルダーは、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ため、手動で定義する必要はありません。これらの文字列の位置は、コンポーネントのプロパティダイアログ内の指定子とコメント文字列の自動位置決め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位置とサイズは、PCB Editor - Defaultsページの環境設定ダイアログに含まれる設定によって制御されます。
追加の指定子とコメント文字列
設計指示子やコメント文字列の追加コピーが必要な状況があります。たとえば、組立工場では、各コンポーネントのアウトライン内に設計指示子が表示された詳細な組立図が必要な場合があります。一方、社内の要件では、最終的なPCB上のコンポーネントオーバーレイのコンポーネントのすぐ上に設計指示子を配置することが指定されているかもしれません。この追加の設計指示子の要件は、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、コメント文字列の代替レイヤや位置の指定に利用できます。
組立工場の要件に対応するために、.Designator
文字列はライブラリエディタの機械レイヤに配置され、このレイヤを含んだプリントアウトを生成して、設計組立指示の一部とすることができます。
PCBコンポーネントには、接着ドットが必要である、または剥がせるはんだマスクの定義が必要であるなど、特別な要件がいくつかあります。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ているボードの側面に関連しており、コンポーネントが反転したときにはボードの反対側に反転する必要があります。
多くの特別な目的のレイヤを含めるのではなく、Altium DesignerのPCBエディタは「レイヤペア」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。レイヤペアとは、ペアとして定義された2つの機械レイヤのことです。ボードの片側から反対側にコンポーネントが反転されると、ペアになっている機械レイヤ上のオブジェクトはそのペア内の他の機械レイヤに反転されます。
このアプローチを使用すると、任意の機械層がグルードット層(またはその他の特別な要件)として定義され、コンポーネントのグルードットの位置とサイズを定義するために必要な形状がPCBライブラリエディタでこの層に指定されます。
レイヤペアリングは、PCBライブラリエディタ自体では定義できず、PCBエディタ内でのみ定義できます。したがって、コンポーネントがPCB上に配置されたら、その設計のレイヤペアリングはLayer Pairsボタンを介してView Configurationsダイアログ(Design » Board Layers & Colors)から定義する必要があります。
PCBフットプリントに高さを追加する
3D表現の最も単純なレベルでは、PCBコンポーネントに高さ情報を追加することができます。これを行うには、PCB Libraryパネルのコンポーネントリストでフットプリントをダブルクリックし、PCBライブラリコンポーネントダイアログを表示します。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。
高さの設計ルールは、ボード設計時に定義することができます(PCBエディタでDesign » Rulesを選択)、通常はコンポーネントのクラス内、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はるかに良い方法は、3DボディやSTEPモデルをPCBコンポーネントに添付することです。これについての詳細は別のモジュールで議論されます。
他のソースからのフットプリントの追加
PCBコンポーネントは、他のPCBライブラリからコピーして、目的のライブラリ内で名前を変更し、必要な仕様に合わせて修正することができます。このコピーを実行する方法はいくつかあります:
- PCBドキュメント内で配置されたフットプリントを選択し、(Edit » Copy)してから、開いているPCBライブラリにEdit » Paste Componentを使用して貼り付けます。
- コピーするフットプリントがPCBライブラリエディタでアクティブなときにEdit » Copy Componentを選択し、開いているPCB宛先ライブラリに変更してEdit » Paste Componentを選択します。
- パネルのリストで1つ以上のフットプリントを標準のShift+クリックまたはCtrl+クリックを使用して選択し、右クリックしてCopyを選択、目的のライブラリに切り替え、フットプリント名のリストで右クリックしてPasteを選択します。
コンポーネントフットプリントの検証
設計者がフットプリントが正しく作成されたことを確認し、現在のPCBライブラリにどのコンポーネントが含まれているかを特定するために実行できるレポートのシリーズがあります。
コンポーネントルールチェックレポート(Reports » Component Rule Check)は、重複するプリミティブ、欠落しているパッド指定子、浮遊する銅、不適切なコンポーネント参照をテストすることにより、現在のPCBライブラリ内のすべてのコンポーネントを検証するのに役立ちます。
統合ライブラリ内のPCBライブラリの検証
統合ライブラリパッケージの一部としてPCBライブラリを含むことは、追加の検証レイヤを提供します。なぜなら、これによりデザインコンパイラが回路図とPCBモデルを一緒に検査できるからです。もちろん、これにはPCBライブラリに一致する回路図ライブラリが存在することが前提ですが、この場合、追加のチェックが可能になります。
統合ライブラリパッケージの一部としてPCBライブラリを検証することは、エラーチェックの追加レイヤを加えます。
PCBフットプリントの更新
PCBフットプリントの更新は、2つの方法のいずれかで行うことができます。PCBライブラリからプッシュする方法と、PCBエディターからプルする方法です。PCBフットプリントの更新をプッシュする場合、選択されたフットプリントをPCBライブラリから取り出し、そのフットプリントを含むすべての開いているPCBドキュメントを更新するために使用します。この最初の方法は、完全な置き換えが望まれる場合に最適なオプションです。二番目のオプションであるプルでは、デザイナーは更新が実行される前に、既存のフットプリントとライブラリ内のフットプリントの間のすべての違いを確認することができます。また、デザイナーはライブラリから更新されるべきオブジェクトを選択することができます。この二番目の方法は、ボード上のフットプリントとライブラリ内のフットプリントの間に何が変更されたのかを正確に把握する必要がある場合に最適なオプションです。
PCBライブラリからフットプリント更新をプッシュする
PCBLIBエディターから、Tools » Update PCB with Current FootprintまたはTools » Update PCB With All Footprintsコマンドを使用します。PCB Libraryパネルから、PCB Libraryパネルのコンポーネント領域で右クリックし、Update PCB with [Component]またはUpdate PCB with Allを選択します。これらのコマンドを実行すると、更新するプリミティブ/属性を選択できるComponent(s) Update Optionsダイアログが開きます。
PCBエディターからのフットプリント更新の取り込み
PCBエディターから、Tools » Update From PCB Librariesコマンドを使用します。これにより、Update from PCB Libraries - Options およびUpdate from PCB Librariesダイアログが開きます。
完成したPCBフットプリントをボールトにリリースする
全記事:Altium VaultへのPCB 2D-3Dモデルのリリース
PCBフットプリントの作成を完了した後、そのフットプリントと追加の3Dモデル/ボディ情報(これら全てがコンポーネントモデルを作成するために組み合わされる)は、Altium Vaultにリリースされて保存されることができます。Vaultベースのコンポーネントは、単一のエンティティ内で、すべての設計ドメインを通じてそのコンポーネントを表すために必要な情報を集めます。したがって、この点において、それはコンテナと考えることができます。すべてのドメインモデルとパラメトリック情報が保存される「バケット」として。
様々なドメインでの表現において、Vaultベースのコンポーネントはドメインモデル自体を含んでいるわけではなく、むしろこれらのモデルへのリンクを含んでいます。これらのリンクは、リリースされたコンポーネントアイテムが生成される元となるソースコンポーネント定義の一部として、設計側で指定されます。したがって、Vaultベースのコンポーネントを定義してリリースするプロセスに入る前に、まず、すべてのドメインモデル自体が作成されリリースされていることを確認する必要があります。