Р-CAD 2000 методичка по лабам / 2000 5 СОЗДАНИЕ ШАБЛОНА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

5. СОЗДАНИЕ ШАБЛОНА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Прежде чем приступить к проектированию печатной платы, необходимо произвести определенную подготовку. В частности, следует создать шаблоны в программах Pattern Editor и РСВ, конструкции металлизированных отверстий и контактных площадок, посадочные места (ПМ) для различных элементов и библиотеки компонентов.

Воспользовавшись этими материалами, можно также разработать типовые компонентные модули (ТКМ), содержащие полный объем конструкторской и технологической информации о конкретных элементах.

5.1. Разработка посадочного места

Посадочное место (ПМ) - это комплект конструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельного элемента (компонента). В него входят в различных сочетаниях контактные площадки (КП), металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкие крепежные отверстия. Кроме того, ПМ может включать в себя параметры защитной и паяльной масок, а также элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа. Проектирование посадочных мест осуществляется средствами программы Pattern Editor, хотя для несложных элементов эту работу можно выполнить в программе P-CAD РСВ.

5.1.1. Разработка шаблона для посадочного места. Щелкните в строке меню по команде Options. В диалоговом окне Block Selection (Выбор блока) не следует делать никаких назначений, но необходимо убедиться, что в зоне Items (Вилы) установлены флажки. Диалоговое окно Configure (Конфигурация), состоит только из одной вкладки General (Основные). В зоне Units (Единицы) поставьте флажок mm. В зоне Workspace Size (Размер рабочего поля) задаются необходимые размеры рабочего поля. В зоне Orthogonal Modes должны быть поставлены все флажки. В окнах Autopan (Автосмещение) и Zoom factor (Коэффициент изменения видимого размера) по умолчанию назначены параметры управления изображением, и без особой необходимости менять их не следует. В окне Rotation Increment (Угол поворота объекта) задается угол поворота выбранного объекта при одновременном нажатии клавиш R и Shift. Обычно значение по умолчанию (45°) изменять не стоит. В окне Solder Mask Swell (Увеличение размера защитной маски) указывается величина, на которую окна в защитной маске должны быть больше, чем соответствующие контактные площадки. Если у вас возникают сомнения по поводу этого значения, то введите 0,1 мм - оптимальный вариант для большинства случаев. Установка Paste Mask Shrink (Уменьшение размера паяльной маски) позволяет получить технологическую маску, окна которой меньше, чем контактные площадки. Эта маска может служить не только в качестве паяльной, но и технологической (защитной) при нанесении локальных гальванических покрытий.

В окне Plane Swell (Зазор) можно установить величину зазора между экранным слоем и элементами проводящего рисунка остальных цепей (проводниками, контактными площадками и т.д.). Данное числовое значение зависит от класса точности разрабатываемой платы и от напряжения, приложенного к экранному слою. Например, для плат 1-го класса точности при напряжении не более 50 В эта величина составляет 0,2 мм. В окне File Viewer (Просмотр файла) может быть указан редактор, предназначенный для просмотра создаваемых программой специальных текстовых файлов. если эта установка вызывает сомнения, то сохраните предлагаемый программой текстовый редактор Notepad, встроенный в операционную систему Windows. Следующая строчка выпадающего меню - Grids (Сетки). Величина устанавливаемой сетки проектирования зависит от конструктивных размеров корпуса элемента и (в основном) от шага расположения выводов. Отечественные микросхемы низкой и средней степени интеграции имеют выводы : шагом 2,5 и 1,25 мм, а при высокой степени интеграции изготавливаются в корпусах с шагом выводов 1,0; 0,625 и 0,5 мм. В импортных микросхемах шаг выводов обычно составляет 2,54 и 1,27 мм, а в микросхемах высокой степени интеграции - 0,65; 0,5 мм и др.

Формовка выводов дискретных элементов выполняется по чертежу в соответствии с ОСТ 4.010.030-81 или ГОСТ 29137-91. Согласно указанным документам выводы рекомендуется формовать на расстояниях, кратных 2,5 мм. Кроме того, в посадочное место может быть включена различная графическая и текстовая информация, воспроизводимая на сборочном чертеже и (или) в качестве маркировки на наружных слоях готовой ПП. Для графических работ надо иметь более мелкую сетку, например с шагом 0,5 мм. Таким образом, в шаблоне изначально будут присутствовать две сетки - 2,5 и 0,5 мм.

Display (Экран). Здесь сосредоточены сведения относительно цвета всех слоев проектирования (их 99) и некоторых элементов оформления экрана (рабочего поля, сетки и т.д.)- Большинство установленных по умолчанию цветов можно сохранить и менять только в конкретных ситуациях. На этапе разработки шаблона целесообразно изменить лишь три цвета: ixGrid (Основная сетка), lOXGrid (10-кратная сетка) и Selection (Выбор), назначив соответственно белый, малиновый и синий. Задав все параметры, щелкните по кнопке ОК. Следует помнить, что установки в диалоговом окне Display не имеют от ношения к шаблону. Они распространяются на все проекты.

Layers (слои). В данном диалоговом окне сосредоточена разнообразная информация о графических слоях проекта. При выпуске шаблона можно оставить все без изменений.

Current Line (используемые линии). Здесь установите конструкционные линии для выполнения графической части проекта, как и при рисовании электрических схем, равными 0,6; 0,4 и 0,2 мм по ширине.

Pad Style (параметры монтажного отверстия) и Via Style (Параметры переходного отверстия). Здесь задаются параметры всех печатных отверстий и любых контактных площадок.

Text Style (текстовый стиль). В этом диалоговом окне установки такие же, как при разработке Шаблона-1 в программе Symbol Editor.

Завершив все назначения, сохраните шаблон в виде самостоятельного файла, для чего выполните команды Pattern (Контактная площадка) => Save to File (Сохранить как файл). Откроется стандартное диалоговое окно, в котором надо найти папку для хранения шаблонов и записать в нее созданный файл с именем Шаблон-3.

5.2. Обозначения отверстий и контактных площадок.

Ниже предлагается вариант системы имен для любых монтажных, переходных и крепежных отверстий с контактными площадками, а также для контактных площадок элементов, монтируемых на поверхность.

Имя состоит из нескольких составных частей, записываемых без пробелов:

Форма контактной площадки, которая обозначается двумя или тремя буквами:

• Кр - круглая;

• Кв - квадратная;

• Мн - многоугольная (восьмиугольная);

• Пр - прямоугольная;

• Ов - овальная;

• Пс - прямоугольная со скругленными углами;

• КПМ - прямоугольная для поверхностного монтажа;

• Отв - крепежное отверстие;

Конструктивные параметры для монтажных и переходных отверстий - диаметр отверстия и размер (диаметр) контактной площадки; для контактных площадок при монтаже на поверхность - размеры площадки. Размеры в обозначении разделяются наклонной линией или знаком х для КПМ. В цифрах десятичная часть отделяется от целой точкой или запятой. Размеры меньше единицы записываются без запятой (точки) после нуля. Например: 06/1.3 или 08/2,5. Для крепежных (без металлизации) отверстий записывается диаметр отверстия и после наклонной линии - диаметр зоны запрета для трассировки. Дополнительные данные фиксируются при необходимости сокращенным текстом и содержат дополнительную информацию.

Примеры записи:

• Кр08/1,2 - круглая контактная площадка диаметром 1,2 мм; отверстие диаметром 0,8 мм;

• ПрОЗ/08х1,5 - прямоугольная контактная площадка с размерами 0,8x1,5 мм и отверстием диаметром 0,3 мм;

• КПМ08х2,5 - площадка для поверхностного монтажа с размерами 0,8 и 2,5 мм;

• Отв2,7/4,5 - крепежные отверстия (без металлизации) диаметром 2,7 мм с зоной запрета для трассировки диаметром 4,5 мм. Если зоны запрета на разных слоях отличаются, то это отражается в обозначении как дополнительные данные. Например: Отв2,7/4,5 и 3,2.

5.2.1. Отверстия для двухслойных плат. Разработка металлизированных отверстий возможна в любой из программ, имеющих пункты Pad Style и Via Style в группе Options. Это диалоговые окна, настройка которых определяет параметры всех металлизированных отверстий и любых контактных площадок. Щелкните по команде Pad Style. Откроется диалоговое окно. При начальной загрузке программы в окне Current Style (Используемый стиль) показан только один стиль [Default] (По умолчанию). Этот стиль, а точнее - монтажное отверстие диаметром 0,97 и с контактной площадкой 1,52 мм, постоянно здесь присутствует и не может быть удален или видоизменен. Выберите указателем мыши в окне Current Style стиль прототипа и щелчком по кнопке Сору (копировать) вызовите диалоговое окно Copy Pad Style (Копирование монтажного отверстия). Введите в окне Pad Name имя первого металлизированного отверстия (в данном случае - КрОб/1,0 и щелкните по ОК. Вы вернетесь к предыдущему диалоговому окну и в области с именами контактных площадок увидите новое имя. Дальнейшие ваши действия зависят от решаемой задачи и ее сложности. Для этого служат две кнопки - Modify (Simple) и Modify (Complex):

• Modify (Simple) - простая модификация, которая используется при разработке монтажных отверстий для двухслойных и многослойных ПП, но при условии, что на всех слоях размеры и конструкция КП будут одинаковыми. Эта же команда (и диалоговое окно) позволяет создавать КПМ для элементов поверхностного монтажа;

• Modify (Complex) - сложная модификация, предназначенная для формирования монтажных отверстий многослойных плат с КП разных типов и размеров по слоям.

Выделите цветом имя создаваемого металлизированного отверстия и щелкните по кнопке Modify (Simple). Откроется диалоговое окно Мodify Pad Style (Simple), где в зоне Туре (Тип) можно выбрать из трех вариантов КП:

• Тор (Верхний) и Bottom (Нижний) - относятся к КПМ на соответствующих слоях;

• Thru (Сквозное) - относится к сквозным отверстиям.

В данном случае должен быть установлен флажок Thru (Сквозное). В окне Shape (Форма) выбирается форма КП:

Ellipse (Эллипс) - позволяет создавать круглые и эллиптические КП. Разновидности зависят от размеров, устанавливаемых в окнах Width (Ширина) и Height (Высота); Oval (Овал) - контактная площадка со скругленными углами. Значения Width и Height должны быть разными, иначе КП превращается в круг; Rectangle (Прямоугольник) - прямоугольная КП с размерами, задаваемыми в окнах Width и Height; Rounder Rectangle (Прямоугольник со скругленными углами) - прямоугольная КП с параметрами, назначенными в окнах Width и Height, у которой углы скруглены радиусом, равным 1/4 меньшего размера;

• Target (Прицел) - технологический знак, который выполняется на фотошаблонах и используется для совмещения рабочих фотошаблонов друг с другом и с заготовкой платы;

• Mounting Hole (Крепежное отверстие) - гладкое отверстие без контактных площадок. Параметры в окнах Width и Height задают размеры зоны, отводимой под крепежные элементы (головки винтов, шайбы и т.д.). На этом участке запрещается трассировка печатных проводников.

Чтобы создать обычное металлизированное отверстие, выберите вариант Ellipse (Эллипс) и установите в окнах Width и Height два одинаковых размера (1,0).

В зоне Hole (Отверстие) укажите диаметр отверстия - в данном случае 0.6 Флажок Plated показывает, что оно имеет металлизацию.

В зоне Plane Connection (Соединение с экраном) выберите один из двух вариантов подключения к экрану (земляному слою, шине или широкому проводнику)

• Thermal (Температурный барьер). В этом случае подключение осуществляется через специализированную контактную площадку с узкими температурными затворами (перемычками);

• Direct (Непосредственно). Здесь подключение к широким проводникам производится «напрямую», без температурных барьеров. В нашем примере установите флажок Thermal.

В зоне Plane Swell (Зазор между экраном и проводниками) определите индивидуальное значение данного зазора. Если поставить флажок Use Global Swell (Использовать единый зазор), то зазор будет типовым, как он задан в диалоговом окне Options Configure (Установка конфигурации). Это назначение мы произвели при создании Шаблона-3.

Когда флажок Use Global Swell снят, в окне Local Swell (Частный зазор) можно ввести новое (частное) значение, которое будет распространяться только на конкретное металлизированное отверстие. Сохраните этот флажок.

Закончив со всеми установки, щелкните по кнопке ОК. Отверстие будет создано и записано в память программы, а вы вернетесь к диалоговому окну Options Pad Style, в котором сможете продолжить работу и сформировать очередное металлизированное отверстие.

Завершающим должен быть щелчок по кнопке Close (Закрыть). При работе с диалоговым окном Options Pad Style могут оказаться полезными другие команды:

Delete (Удалить) - позволяет убрать выделенный цветом вариант отверстия или КП. При этом программа вас предупредит, что эта операция необратима; Pure Unused Styles (Очистить от установленных стилей) - все установленные ранее стили КП, кроме [Default], удаляются одновременно; Rename (Переименовать) - предоставляет возможность изменить название КП; Modify Hole Rang (Изменить порядок чередования слоев) - относится к отверстиям МПП, о чем говорится ниже.

5.2.2. Плоские контактные площадки. Плоские контактные площадки - это все площадки, не имеющие монтажных отверстий. Плоские контактные площадки могут иметь металлизированные переходные отверстия. При обозначении контактных площадок поверхностного монтажа используется сокращение КПМ.

Чтобы ввести в библиотеку новую КПМ, откройте диалоговое окно Modify Pad Style (Simple), поставьте флажок Тор (Верхний слой) или Bottom (Нижний слой), затем введите размеры контактной площадки. Варианты и способы установки параметров контактных площадок такие же, как и для отверстий, но в данном случае назначения будут касаться только формы и размеров КПМ, а окна, связанные с отверстием, останутся неактивными.

Создадим контактную площадку для микросхем. Выполните команды Options => Pad Style (Установки => Стиль КП). В открывшемся диалоговом окне щелкните по кнопке Сору (Копировать), а в окне Pad Name (Имя КП) следующего диалогового окна введите имя КПМ08Х2.1, затем щелкните по кнопке ОК. После щелчка по, кнопке ОК вы вновь окажетесь в предыдущем диалоговом окне, где надо выделить цветом только что набранное имя КПМ08х2,1 и щелкнуть по кнопке Modify (Simple). В окне Тор (Верхний слой) появившегося диалогового окна Modify Pad Style (Simple) установите флажок. Затем в окне Shape (Форма) выберите форму Rectangle (Прямоугольник) и введите в окна Width (Ширина) и Height (Высота) значения 2,1 и 0,8 мм соответственно. Щелкните по кнопке ОК.

5.2.3. Отверстия многослойных плат. Конструирование металлизированных отверстий для многослойных печатных плат осуществляется в диалоговом окне Modify Pad Style (Complex). Заранее составлять такую библиотеку нецелесообразно, так как иногда приходится конструировать металлизированные отверстия непосредственно в процессе работы над конкретным проектом. На многослойной плате первый и восьмой слои - наружные, четвертый и пятый - экранные («земля» и «питание»), а две пары слоев (второй - третий и шестой - седьмой), имеющие внутренние межслойные переходы, - функциональные. Прежде чем конструировать металлизированное отверстие для МПП, необходимо установить структуру многослойной платы.

5.2.4. Установка структуры многослойных печатных плат. Структура МПП в зависимости от решаемой задачи (разработка посадочного места или печатной платы) реализуется в программе Pattern Editor или P-CAD PCB. В обеих программах с помощью команд Options => Layers (Установки =» Слои) выводится диалоговое окно. В нем к существующим. 11 стандартным слоям (установленным по умолчанию), из которых только два слоя логические, (Тор и Bottom), необходимо добавить как минимум шесть слоев (внутренних).

В окне Layer Name (Имя слоя) выделите цветом надпись. После этого наберите новое имя слоя (в данном случае - 21). Это будет второй сигнальный слой. Для обозначения внутренних слоев многослойной платы предлагается использовать парные цифровые имена. Например, одна пара слоев - 21-22, другая - 31-32 и т.д. (предполагается, что слои 11-12 относятся к наружным, но они входят в стандартный набор слоев с именами Тор и Bottom).

Назначив имя слоя, введите в окне Layer Number (Номер слоя) цифру 12. Это не номер слоя в структуре печатной платы, а номер слоя в проекте. Таким способом мы задействовали очередной неиспользованный слой, хотя допускается указать любое число от 12 до 99. Кстати, в программе P-CAD 2000, если вы не зададите номер очередного слоя, то она сама определит следующий свободный слой, в данном случае - тот же 12-й.

В зоне Туре (Тип) в зависимости от функции слоя установите один из флажков -Signal (Сигнальный или логический), Plane (Экранный) или Non Signal (Несигнальный).

В зоне Routing Bias (Направление трассировки) поставьте один из следующих (флажков: Auto (Произвольная), Horizontal (Горизонтальная) или Vertical (Bepтикальная). Эти параметры относятся к автоматизированной и полуавтоматизиванной (интерактивной) трассировкам.

В нашем примере для слоя 21 установите Signal и Auto. После всех назначений щелкните по кнопке Add (Добавить). Новый слой появится в окне Layers (Слои). Повторите действия для установки всех слоев, пары которых приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

№ слоя на плате	Layer Name (Имя) слоя)	Layer Number (Номер) слоя)	Установки
1	Тор	1	Signal, Auto
2	21	12	Signal, Auto
3	22	13	Signal, Auto
4	+5 В*	14	Plane
5	Земля**	15	Plane
6	31	16	Signal, Auto
7	32	17	Signal, Auto
8	Bottom*	2	Signal, Auto

Примечание:

* Ввести Net Name (Имя цепи) - +5 В.

** Ввести Net Name - GND.

Когда все слои будут установлены, щелкните по кнопке Close (Закрыть).

Теперь можно приступить к созданию металлизированного монтажного отверстия для МПП. Начальные действия будут теми же, что и при разработке обычных металлизированных отверстий. Выполните команды Options => Pad Style (Установки => Стиль КП). В открывшемся диалоговом окне Options Pad Style (Установка параметров монтажного отверстия) щелкните по кнопке Сору (Копировать). В следующем окне задайте имя для создаваемого отверстия, например Пр08/1,2-МПП-8, и щелкните по кнопке ОК. Вы вернетесь к диалоговому окну Options Pad Style, в котором надо выделить цветом введенное название и щелкнуть по кнопке Modify (Complex). Появится диалоговое окно, где устанавливаются все размеры металлизированного отверстия, при чем допускается, чтобы параметры контактных площадок для разных слоев были различными.

Чтобы задать многоугольную равностороннюю площадку, отметьте в окне Shape вариант Polygon и щелкните по кнопке Modify (Изменение). Откроется диалоговое окно Polygonal Pad Shape (Многогранная форма КП). Для разработки новой многогранной КП поставьте флажок Regular Polygon (Равносторонний многоугольник) и введите параметры фигуры:

• Sides (Количество сторон);

• Diameter (Диаметр вписанной окружности). Для шестигранника и восьмигранника это размер «под ключ», а в целом это диаметр окружности, вписанной в многоугольник;

• Rotation (Вращение). Если в данном окне установлено нулевое значение (то есть нулевое вращение), то независимо от числа граней многоугольника нижняя расположится параллельно горизонтальной оси. Если же требуется другая ориентация, укажите угол поворота. Задавать можно только положительные значения, при этом многогранник будет поворачиваться против часовой стрелки.

Выполнив все установки, щелкните по кнопке Update (Запись данных) - в окне Polygonal Shape (Форма многогранника) появится нужная фигура. В завершение щелкните по кнопке ОК.

В диалоговом окне Modify Pad Style (Complex) в окне Shape можно выбрать четыре разновидности КП для подключения к экранным слоям или широким проводникам. Их параметры

Outer Dia (Внешний диаметр);

Inner Dia (Внутренний диаметр);

Spoke width (Ширина перемычки).

КП - Direct Connect (Непосредственное подключение). Это условная КП, представляющая собой монтажное (металлизированное) отверстие, выполняемое в экранном слое без тепловых барьеров. Для данной КП назначается только диаметр отверстия.

КП No Connect (Без подключения) - такая же, как и предыдущая, но без электрического соединения. Подобная КП может применяться на печатной плате в качестве конструктивного элемента, не связанного с электрической схемой.

В нашем примере на наружном слое необходимо поместить квадратную контактную площадку 1,2x1,2 мм, на внутренних слоях - круглые КП диаметром 1,1 мм и на экранном слое - КП с температурным барьером. Последовательность установок не имеет значения. Мы начнем с верхнего слоя (Тор).

Произведите следующие установки в зоне Pad Definition (Параметры КП):

в окне Layer (Слой) - Тор;

в окне Width (Ширина) - 1.2;

в окне Height (Высота) - 1.2.

В окне Shape выберите вариант Rectangle (Прямоугольник).

В этом же диалоговом окне программы P-CAD 2000 есть флажок Prohibit Copper Pour Connections (Запрет на заливку). Если его снять, то контактная площадка будет иметь сплошную заливку (без освобождения для отверстия).

Закончив с установками для первой контактной площадки, щелкните по кнопке Modify и повторите все действия для слоя Bottom, сохранив параметры таки ми же, как и для слоя Тор.

Затем произведите установки для внутренних слоев. В этом случае в зоне Pad Definition (Параметры КП) должно быть:

• Layer (Слой) – 21;

• Width (Ширина) - 1.1;

• Height (Высота) - 1.1;

• Shape (Площадка) - Ellipse.

Далее щелкните по кнопке Add. В окне Layer появится название указанного слоя, а в соответствующих окнах - введенные параметры данной КП.

Повторите аналогичные действия для слоев 22, 31 и 32. При этом достаточно только менять имя в окне Layer и щелкать по кнопке Add. Затем установите в окне Layer слой +5 В. В окне Shape отметьте Termal i Spoke/45 (в программе P-CAD 2000 - Thermal 4 Spoke/45). Потом в соответствующие окна введите параметры КП с тепловым барьером:

Outer Dia (Внешний диаметр) - 1,5 мм; Inner Dia (Внутренний диаметр) - 1,1 мм; Spoke Width (Ширина перемычки) - 0,2 мм. Завершите установки щелчком по кнопке Add. После этого повторите все действия для слоя «земля».

Теперь произведите установки в зоне Hole (Отверстие). В окне Diameter введите соответствующий размер конструируемого отверстия (в данном случае - 0,8 мм). Сохраните флажок Plated (Покрытие), в окнах X Offset и Y Offset оставьте нули, поскольку смещать отверстие относительно контактных площадок не требуется. В зоне Plane Swell (Зазор между экраном и остальными элементами проводящего рисунка) не снимайте флажок Use Global Swell (Использовать общий параметр зазора). Задав все установки, щелкните по кнопке ОК, чтобы сохранить созданное металлизированное отверстие. Вы вернетесь к диалоговому окну Options Pad Style, в котором можете продолжить разработку других отверстий.

5.2.5. Переходные отверстия двухслойных плат. Переходные отверстия во многом похожи на металлизированные, но выполняются обычно с минимальным диаметром для принятого класса точности. Второе отличие состоит в том, что они не являются точками начала или конца цепей либо точками подключения к элементам. В подавляющем большинстве случаев переходные отверстия располагаются на печатных проводниках, обеспечивая переход трассы с одного слоя на другой. Именно поэтому такие отверстия выделены в самостоятельную группу. И еще одно важное замечание: как правило, в проекте используется только один типоразмер переходного отверстия, но бывают и исключения.

С практической точки зрения выполнение (установка исходных параметров) переходных отверстий не отличается от установки монтажных отверстий.

Выполните команды Options = Via Style (Установки => Стиль переходного отверстия). Откроется диалоговое окно, в окне Current Style (Действующий стиль) по умолчанию присутствует только одна строчка [Default] (Стиль по умолчанию), которой соответствует отверстие диаметром 0,457 мм с круглой контактной площадкой диаметром 1,016 мм. Вы можете воспользоваться этим отверстием при проектировании печатных плат, но учтите, что выполнить его (столь нестандартное) будет сложно. Поэтому удобнее создать свой новый вариант. На помним, что отверстие [Default] удалить или видоизменить нельзя.