Материалы к лабораторным работам / Методические указания к Лабораторным работам ALTIUM DESIGNER

Так выглядели цепи до оптимизации (рис.8.1), а так после (рис.8.2).

Рис.8.2.

Если необходимо изменить такие параметры группы цепей, как ширину проводника и зазоры между ними, то это делается следующим образом: сначала изменяются правила проектирования, затем выделяются нужные цепи и к ним применяется команда Route\Retrace selected. Цепи перетрассируются с новыми параметрами и ограничениями, но конфигурация их не оптимизируется. Для оптимизации необходимо будет применить к ним процедуру сглаживания.

Для формирования каплевидных контактов вызовите команду Tools\Teadrops и в открывшемся окне настройте параметры применения данной операции (рис.8.3).

Рис.8.3.

81

3. Установите реперные знаки на плате. Они необходимы для юстировки автоматического монтажа элементов на плату. Знаки устанавливаются максимально удалённо друг от друга по диагонали печатной платы. Как правило, устанавливается

по два знака на тех сторонах платы, где устанавливаются элементы. В

непосредственной близости со знаками не должно быть элементов схожих по изображению с ними. Международные стандарты IPC устанавливают их форму и размер. Как правило, разработчики плат создают библиотечный элемент реперного знака и устанавливают его на плате как готовый элемент, но можно их просто нарисовать, как отдельные фигуры. Простейший стандартный знак – залитая металлом круглая контактная площадка без отверстия диаметром 1 мм и круглое вскрытие маски над ней диаметром 3 мм.

Создайте реперные знаки и установите два таких знака на плату со стороны установки планарных элементов. Такие знаки рекомендуется также устанавливать около микросхем требующих высокой точности монтажа, например, БГА микросхем,

но обычно реперные знаки уже входят в состав посадочного места,

и создавать их специально не требуется (рис.8.4).

82

затрудняет работу с топологией. Обычно полигонами заливают цепи питания

и земляные цепи, однако иногда заливке подвергаются и другие цепи. Каждый полигон должен иметь в САПР Altium Designer 19 своё уникальное имя, и эту особенность проектирования необходимо учитывать при работе. Заливка осуществляется следующим образом: с помощью команды Place\Polygon Pour

нарисуйте контур полигона, выбрав предварительно слой, в котором он будет располагаться. Откройте окно параметров полигона и произведите следующие настройки (табл.8.1):

В последнем окне раздела Fill Mode указывается, как поступать с цепями и объектами, имеющими одно имя с полигоном. Их можно заливать полностью или обтекать и контактировать их через термобарьеры. Метод подключения контактов к полигону и зазоры обтекания полигоном других цепей задаются в правилах проектирования и могут различаться для разных цепей и контактных площадок.

Самостоятельно изучите, как те или иные параметры настройки влияют на внешний вид полигона.

83

5. Для того чтобы сделать вырез в существующем полигоне, используйте команду Place\Polygon Pour Cutout. Задайте необходимый контур, затем выделите сам полигон и выполните команду Tools\Poligon Pours\Repour selected. После того как полигон или вырез в нём созданы, их рекомендуется сразу зафиксировать от случайного перемещения. Для удобства работы с полигонами создана специальная подпрограмма, вызываемая командой Tools\Polygon Pours\Polygon Manager.

нашем случае это слои Top Overlay и Bottom Overlay. Убедитесь, что позиционные

ине выходят за пределы печатной платы. Добавьте свои дополнительные надписи,

например, наименование платы, или децимальный номер, или номер изменения.

Добавьте логотип компании, для этого необходимо иметь отдельный файл с чёрно-

белым изображением того, что вы хотите добавить. Самый простой способ вставки изображения выглядит так:

вставьте копированием или командой Вставить чёрно-белое изображение в редактор Word. Сожмите или растяните его до необходимого размера, выделите

ископируйте в буфер;

сделайте в Altium Designer 19 активным тот слой, на который вы желаете вставить изображение, например, слой Top Layer. Комбинацией клавиш Ctrl+V

вставьте изображение. Чёрные участки на изображении зальются, а белые будут нетронуты.

6. Проведите окончательную проверку топологии платы. Убедитесь, что все онлайн-проверки правил проектирования включены, просмотрите топологию, при обнаружении мест, помеченных специальными значками ошибок, нажмите комбинацию клавиш Sift+V, находясь над указанным местом, и узнайте причину возникновения этого сигнала.

Автоматическая проверка целостности проекта осуществляется запуском команды Tools\Design Rule Check с настроенным в ней списком проверок. Отчёт об

84

обнаруженных нарушениях выводится на экран и сохраняется в отдельном файле.

Сохраните файл, покажите преподавателю и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные цели оптимизации топологии печатной платы.

2.Что такое DFM проектирование?

3.Как выполняются реперные знаки, и зачем они нужны?

4.Перечислите основные приёмы оптимизации топологии.

5.Что означает команда Polygon Pour, какие параметры она имеет, на что влияют эти параметры?

6.Зачем нужна процедура Gloss, и как она работает?

7.Чем отличаются процедуры Gloss и Retrace?

8.Какая оптимизация слоёв Top и Bottom Overlay должна производиться?

9.Как проверить соответствие топологии печатной платы и её электрической схемы?

10.Как отмечаются на плате ошибки топологии, как узнать причину

возникновения сигнала об ошибке?

85

Лабораторная работа № 9 Подготовка файлов для производства

Цель работы: изучение процесса подготовки информации для изготовления печатной платы и автоматизированного монтажа элементов на плату.

Продолжительность работы: 4 часа.

Задание: создать пакет управляющих программ для изготовления печатной

платы.

Ожидаемый результат: послойные изображения платы в формате Gerber,

программы управления сверлильным станком, файлы с координатами элементов для станка установщика элементов.

Защита работы: предъявить на экране компьютера полученные файлы, ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Ещё несколько десятков лет назад для изготовления печатной платы было достаточно передать на заводе-производитель комплект чертежей на бумажном носителе. Топологии были простые и могли быть считаны с послойных чертежей,

имевших координатную сетку. Времена изменились, топологии стали сложнее,

оборудование умнее и точнее, чертежи уже почти не нужны, всю работу выполняют компьютеры.

Для того чтобы изготовить печатную плату, необходимо в первую очередь передать на завод информацию о рисунке топологии каждого слоя печатной платы:

проводящего слоя, паяльной маски, шелкографии. По этой информации изготавливаются фотошаблоны для переноса изображения на плату. Однако в настоящее время они тоже используются гораздо реже. Экспонирование через фотошаблоны стало вытесняться прямым экспонированием, когда лазер напрямую засвечивает фоторезист нанесенный на плату с огромной скоростью и высокой точностью. Ранее фотонаборные установки, изготавливавшие фотошаблоны, имели определенный набор апертур – примитивных фигур – кругов, квадратов и

86

многоугольников. Механизм работы был такой: включался источник света, через апертуру свет попадал на фотоплёнку, и эта апертура могла перемещаться по пленке,

засвечивая её, т.е. оставляя за собой след. Так получалось изображение проводника.

Для управления фотонаборными установками был разработан специальный язык описания топологии – Gerber. Несмотря на свою примитивность (в нем всего несколько команд: выбрать апертуру, переместиться в заданную точку, включить или выключить источник света), он стал международным стандартом. И сейчас любое,

даже самое суперсовременное оборудование, может «считывать» данные,

представленные в Gerber формате. Координаты точек записываются без запятой в

целях экономии длины записи, просто восемь цифр подряд. Понять, что это за

координата, можно только зная, в какой системе измерения записано число

(в метрической или дюймовой), и сколько знаков в числе стоит до запятой, а сколько

после. Эта информация в некоторых вариациях Gerber формата записывается в

заголовке файла вместе с описанием апертур, а в некоторых вообще не сохраняется, и

её надо передавать отдельно от файлов с информацией.

В процессе изготовления печатной платы также необходимо просверлить различные отверстия, металлизированные и неметаллизированные, сквозные и несквозные. Мировым стандартом для управления сверлильными станками считается формат Excellon. Количество программ сверловки зависит от конструкции платы и технологии её изготовления. Поскольку станки старого поколения управлялись программой с перфоленты, а перфолента – крайне ненадёжное устройство хранения информации, то каждый байт программы имел семь полезных бит информации и восьмой – проверочный «бит чётности» для контроля правильности данных. Для современного оборудования такой контроль не требуется, но стандарт записи остается прежним.

Для изготовления печатной платы также требуется программа обработки контура фрезерованием или скрайбированием; времена, когда платы были только прямоугольными, и их разрезали вручную на гильотине тоже давно прошли.

В процессе изготовления печатных плат также используются «программы прозвонки» – программы, управляющие станком, проверяющим обрывы цепей и короткие замыкания на платах.

87

Для автоматического установщика микросхем на печатную плату требуется информация о координатах установки элементов и угле их поворота относительно начального положения, так называемый Pick and Place файл. Для автоматизированной сборки также требуется информация о контактных площадках для нанесения на них паяльной пасты прямой печатью или изготовления трафарета для этой же цели. В редких случаях требуется ещё информация о точках приклеивания элементов. Но на самом деле элементы приклеиваются на автоматические установщики крайне редко и большинство компаний, занимающихся монтажом элементов на платы, даже не имеют необходимых для этого клеевых дозаторов.

При крупносерийном производстве, когда монтаж элементов на платы производится автоматизированным способом, платы небольшого размера должны быть скомпонованы по несколько штук в единые панели с размерами, определяемыми возможностями технологического оборудования.

САПР Altium Designer 19 позволяет осуществлять и панелизацию плат и получение тех или иных управляющих программ для технологического оборудования. Уважающий себя разработчик плат должен понимать технологию их изготовления и уметь получать при необходимости эти программы. Но в реальной жизни получение этих программ – практически бесполезная работа, поскольку все серьёзные производители печатных плат совершают этот процесс самостоятельно.

Проделывают его в специализированных программных пакетах, например,

вСАМ-350 или CAMtastic, и обязательно модифицируют вашу топологию с учётом технологических особенностей своего производства. Так если вы заложили

впроекте отверстие диаметром 1 мм, то сверлить его будут сверлом несколько большего диаметра, чтобы только после металлизации оно стало бы требуемого диаметра, та же ситуация с шириной проводников. Единственная весомая причина генерировать производственные файлы самому – это нежелание отдавать производителю исходный файл, защищая свои авторские права. Но при этом надо понимать, что в любом случае вы передаете информацию, достаточную для изготовления платы, с этой информацией можно изготовить неограниченное количество плат без вашего участия. Если вы передали Gerber формат, а не исходный файл, то внести коррекцию в законченную топологию будет значительно сложнее,

88

чем в исходный файл, но всё же возможно. В настоящее время появившийся новый формат передачи данных о печатной плате на производство (IPC-2581) активно вытесняет все старые форматы передачи данных, поскольку он адаптирован к новым возможностям производства. Все современные САПР, в том числе и Altium Designer

19, имеют в своём составе конвертер для передачи данных в формате IPC-2581, он довольно прост и изучить его можно самостоятельно.

Лабораторное задание

1. Откройте ваш проект печатной платы. Командой File\Fabrication Outputs\Gerber X2 Files откройте «окно» настройки генерации файлов (рис.9.1). В

«окне» Units выберите миллиметры, а в Format – 4.4. Во вкладке File Subject оставьте

Autodetect. В правом «окне» в закладке Layers to Plot выберите те слои, которые вы собираетесь передать на производство, в закладке Drills укажите, для каких отверстий вам нужны программы сверловки. Нажмите кнопку «ОК», файлы сгенерируются,

добавятся в ваш проект и откроются в новом «окне» Altium Designer в режиме САМ редактора. Самостоятельно научитесь выбирать для просмотра различные слои.

Найдите в этом редакторе режим панелизации и мультиплицируйте вашу плату на заготовке.

2. Командой File\Assembly Outputs сгенерируйте чертёж для сборки и файл Pick and Place. Настройте вывод информации в этот файл таким образом, чтобы в нём указывались только следующие данные: позиционное обозначение, сторона платы,

тип посадочного места, координаты и угол поворота. Сохраните результаты работы на диске.

89

Рис.9.1.

3. Откройте файл MiniPC.PcbDoc из примеров фирмы Altium Designer,

поставляемых вместе с программой. Изучите файл, определите: сколько слоёв топологии платы необходимо передать на производство для изготовления; какие типы отверстий присутствуют в плате; сколько программ сверловки требуется создать.

Сгенерируйте все выходные Gerber файлы и файлы программ сверловки. Изучите их и найдите слои паяльной маски верхнего слоя проводников. Найдите посадочное место BGA микросхемы, найдите на нём контактные площадки, переходные отверстия и проводники. Измерьте их и занесите в отчет о лабораторной работе

(инструмент измерения вызывается командой Analysis\Measure).

4. Сохраните файл, предъявите преподавателю сформированные для изготовления платы файлы, результаты измерений топологии и посадочного места

BGA микросхемы и ответьте на контрольные вопросы.

90