Порядок создания библиотечного компонента для элемента конструкции радиоэлектронных изделий на примере радиатора для охлаждения микросхем в САПР Allegro 16 фирмы Cadence

№ 6’2013
PDF версия
В статье дается пошаговое описание создания библиотечного компонента для стандартного радиатора, включающее в себя также описание контактных площадок нестандартной формы и отверстий в плате для монтажа элемента.

Начало статьи.

Создание файла описания термобарьера позволяет описать ширину зазоров и проводящих перемычек между КП и металлизированным полигоном. Термобарьер применяется для ускорения прогрева окруженной полигоном контактной площадки в процессе пайки. Не закрывая PCB Symbol Editor, в меню Файл следует выбрать пункт New (Ctrl+N). В окне New Drawing задаем имя создаваемого файла, в нашем случае — kit_3mm_flash, и тип файла — Flash symbol (рис. 19).

Рис. 19. Окно выбора типа нового файла при создании описания термобарьера

Нажимаем ОК. После создания файла нужно проверить параметры системы измерения. Сетка в данном случае не потребуется. Выбрав в меню Setup пункт Design Parameters, убеждаемся, что закладке Design в пункте User Units установлены миллиметры и настроена рабочая область размером 200200 мм с левой координатой X, равной 100 мм, и нижней координатой Y, равной 100 мм. Готовая настройка показана на рис. 13.

В верхнем меню Add выбираем пункт Flash. Открывшееся окно позволяет автоматически создать символ термобарьера. В верхней панели Thermal Pad Definition задаются внутренний диаметр — Inner diameter и внешний диаметр — Outer diameter. Зазоры между металлизацией контактной площадки и полигона, формируемые при помощи символа термобарьера, будут расположены между двумя окружностями указанных диаметров (центры окружностей совпадают).

Средняя панель Spoke Definition определяет ширину и количество перемычек, соединяющих контактную площадку с полигоном, а также угол между соседними перемычками. Угол указан в градусах.

Нижняя панель Center Dot Option позволяет добавить к сегментам, вырезаемым термобарьером, круг, расположенный по центру символа.

Все линейные размеры, включая диаметры и ширину перемычек, задаются в выбранных единицах, в нашем случае — в миллиметрах.

Предлагается сконфигурировать термобарьер с шестью перемычками, расположенными равномерно по кругу с шагом 60° (рис. 20). Внутренний диаметр установим 4,5 мм, а внешний — 7 мм. Несмотря на то, что внутренний диаметр термобарьера меньше, чем ширина контактной площадки на верхнем слое, контактная площадка при перекрытии полигоном будет реализована полностью. Термобарьер формирует вырезы исключительно в полигоне. Если полигон относится к той же цепи, к которой должна быть подключена контактная площадка, термобарьер реализует соединительные перемычки (Spokes).

Конфигурация символа термобарьера

Рис. 20. Конфигурация символа термобарьера

После нажатия кнопки ОК будет автоматически сформирован символ термобарьера, изображенный на рис. 21.

Сформированный символ термобарьера

Рис. 21. Сформированный символ термобарьера

После сохранения файла можно закрыть программу PCB Symbol Editor.

Следует отметить, что в результате в папке …\comp_4_kit\dummy_root_design\physical создан исходный файл символа термобарьера kit_3 mm_flash.dra, доступный для редактирования, а также непосредственно файл описания термобарьера — kit_3mm_flash.fsm.

Файлы контура *.ssm и термобарьера *.fsm могут потребоваться при создании описаний контактных площадок сложной конфигурации. Контактные площадки простой формы (круг, овал, квадрат, прямоугольник) могут быть описаны без этих файлов.

Для более широкого изучения возможностей САПР создадим два файла контактных площадок: с металлизацией отверстия и без нее. Для этого следует воспользоваться программой Pad Stack Editor, запускаемой из навигатора проектов (рис. 7).

Начнем с контактной площадки, включающей металлизированное сквозное отверстие. В открывшемся окне Pad_Designer в панели Units сменим единицы измерения на миллиметры. При этом может быть выдано сообщение о потере точности. Точность может быть скорректирована путем установки числа десятичных разрядов после запятой — Decimal Places.

Параметры отверстия устанавливаются на панели Drill/Slot hole. Hole type задает сечение отверстия, в нашем случае — круглое отверстие Circle Drill. Пункт Plating отвечает за металлизацию отверстия. Значение Non-Plated задает отверстие без металлизации. В нашем случае необходимо описать металлизированное отверстие, для чего ставим значение Plated. Пункт Drill diameter задает диаметр отверстия, в нашем примере диаметр обоих отверстий для крепления радиатора равен 3 мм. Допуски для диаметра задаются в пункте Tolerance. Предлагается установить значение ±0,0 5 мм. Смещение отверстия относительно центра КП задается параметрами Offset и в рассматриваемом примере отсутствует (центры отверстия и контактной площадки совпадают).

Панель Drill/Slot symbol позволяет создать изображение формируемого отверстия для сборочного чертежа. Установим круг (Circle) диаметром 3 мм. По центру изображения отверстия можно поставить надпись. В нашем примере — это буква F.

Панель Multiple drill позволяет создавать контактные площадки с несколькими регулярно расположенными отверстиями.

На этом описание отверстия контактной площадки завершено. Полученная конфигурация представлена на рис. 22.

Окно редактора контактных площадок, конфигурация отверстия

Рис. 22. Окно редактора контактных площадок, конфигурация отверстия

Далее следует выбрать закладку Layers. На панели Padstack layers нужно сбросить флаг Single layer mode; наличие этого флага устанавливает режим описания контактных площадок для поверхностного монтажа. Верхнему слою металлизации соответствует первая строка таблицы — BEGIN LAYER. Выбираем верхнюю строку. Внизу по центру окна отображается выбранная строка таблицы: Current layer: BEGIN LAYER.

Панели Regular Pad, Thermal Relief и Anti Pad позволяют сконфигурировать, соответственно, форму металлизации контактной площадки, термобарьера и контура минимального приближения для выбранной строки таблицы. Каждая строка таблицы описывает конфигурацию контактной площадки на соответствующем слое печатной платы.

Для верхнего слоя металлизации (BEGIN LAYER) ранее была создана специальная форма контура контактной площадки, описанная в файле kit_3mm_star.ssm. Нажатием на кнопку «» напротив параметра Shape в панели Regular Pad выбираем диалог загрузки файла kit_3mm_star.ssm. В предлагаемом списке пункта kit_3mm_star скорее всего не будет. Проблема в том, что САПР необходимо указать путь поиска ресурсов такого типа. Для этого зададим форму площадок на остальных слоях, после чего САПР. Для определения формы контактной площадки на промежуточном слое нужно выбрать строку DEFAULT INTERNAL. Глядя на рис. 11, в поле Regular Pad задаем форму — круг, для чего выбираем из списка пункт Circle, а затем указываем ширину (Width) — 4 мм. Высота (Height) скопируется из пункта Width при первом нажатии. Параметры смещения (Offset) не используются и остаются нулевыми. Аналогично настраиваем контур минимального приближения, установив в панели Anti Pad круг диаметром 5 мм. Термобарьер настроим позже.

Форма контактной площадки на нижнем слое металлизации определяется строкой END LAYER. Согласно рис. 11 настраиваем металлизацию в форме круга диаметром 5 мм и контур приближения диаметром 6 мм. Теперь сохраним текущую конфигурацию контактной площадки под именем kit_3mm_plated.pad, выбрав папку …\comp_4_kit\dummy_root_design\physical. При этом появятся сообщения с предупреждениями (Warning), которые будут устранены впоследствии. Выходим из Pad_Designer. Закрываем САПР.

Для того чтобы появилась возможность задействовать созданные файлы kit_3mm_star.ssm и kit_3mm_flash.fsm, необходимо выполнить такую последовательность действий.

  • В меню Пуск найти и запустить программу Cadence SPB __/PCB Editor Utilities/Environment Editor.
  • В открывшемся окне в закладке Categories открыть папку Paths/Library.
  • Справа найти пункт padpath и нажать на соответствующую ему кнопку «» в колонке Value (рис. 23).
    Окно пользовательской конфигурации САПР

    Рис. 23. Окно пользовательской конфигурации САПР

  • В открывшемся окне padpath Items установить флаг Expand и добавить новую запись, содержащую путь к папке …\comp_4_kit\dummy_root_design\physical, доступной из рабочей папки (Cadence_4_Kit). В нашем примере получается конфигурация, показанная на рис. 24.
  • Нажать OK два раза, закрыв оба окна.
    Полученная конфигурация параметра padpath

    Рис. 24. Полученная конфигурация параметра padpath

Аналогичные действия следует проделать для пункта psmpath (рис. 23).

Для продолжения конфигурации стека контактных площадок снова открываем проект cdnc_kit.cpm. Из навигатора проекта (рис. 7) запускаем Pad Stack Editor. В открывшемся окне Pad_Designer через меню FileRecent Padstacks загружаем файл kit_3mm_plated.pad. Выбрав в закладке Layersверхний слой металлизации, снова пытаемся задать контур контактной площадки, нажав на кнопку «» в панели Regular Pad. В открывшемся окне выбираем из списка пункт Kit_3Mm_Star и нажимаем ОК (рис. 25).

Окно выбора контура контактной площадки

Рис. 25. Окно выбора контура контактной площадки

Параметры высоты и ширины устанавливаются автоматически и в рассматриваемом примере составляют 5,6 мм. (Действительно: крайние точки звезды имели максимальную координату, равную 2,8 мм.)

Установка термобарьера выполняется аналогичным способом путем нажатия на кнопку «» напротив надписи Flash в панели Thermal Relief. В данном случае необходимо выбрать пункт Kit_3Mm_Flash и нажать ОК (рис. 26).

Окно выбора символа термобарьера

Рис. 26. Окно выбора символа термобарьера

Аналогично термобарьер kit_3mm_flash.fsm можно задать для внутренних слоев (DEFAULT INTERNAL) и нижнего слоя металлизации (END LAYER). Однако можно задать и форму термобарьера, воспользовавшись стандартными опциями из списка Geometry в панели Thermal Relief.

Для верхнего слоя металлизации следует задать контур минимального приближения (панель Anti Pad) в форме круга диаметром 7 мм согласно рис. 11.

Для того чтобы металлизированные элементы контактной площадки на верхнем и нижнем слое были открыты (без паяльной маски), следует скопировать конфигурацию столбца Regular Pad из строки BEGIN LAYER в строку SOLDERMASK_TOP, а из строки END LAYER — в строку SOLDERMASK_BOTTOM. В противном случае контактные площадки будут закрыты паяльной маской. Копирование можно выполнить, щелкнув правой кнопкой мыши по кнопке Bgn слева от строки BEGIN LAYER и выбрав Copy. Затем правой кнопкой мыши нужно нажать на кнопку слева от строки SOLDERMASK_TOP и выбрать Paste. Аналогично можно копировать содержимое между любыми строками таблицы. Следует сохранить выполненные изменения, согласившись с перезаписью существующего файла kit_3mm_plated.pad. Создание файла описания контактной площадки завершено. Окончательная конфигурация показана на рис. 27.

Окно редактора контактных площадок, конфигурация слоев

Рис. 27. Окно редактора контактных площадок, конфигурация слоев

В качестве примера создадим контактную площадку без металлизации отверстия. За основу возьмем файл kit_3mm_plated.pad, сохранив его под новым именем kit_3mm_non_plated.pad. В закладке Parameters в поле Plating устанавливаем значение Non-Plated. В закладке Layers изменяем значение ячеек Regular Pad для металлизированных слоев на круг диаметром 2 мм. Сохраняем конфигурацию (рис. 28). При этом возникнет предупреждение Pad will be drilled away, сообщающее о том, что размер металлизации контактной площадки меньше диаметра отверстия, и металлизированная область будет высверлена.

Конфигурация слоев для контактной площадки без металлизации отверстия

Рис. 28. Конфигурация слоев для контактной площадки без металлизации отверстия

Закончив с описанием контактных площадок, следует приступить к созданию посадочного места. Посадочное место создается при помощи программы Allegro PCB Editor, запуск которой выполняется кнопкой PCB Symbol Editor из навигатора проектов. Выбрав в меню File пункт New (Ctrl+N), в окне New Drawing задаем имя создаваемого файла, в нашем случае — kit_38x38_hs1, и тип файла — Package symbol (рис. 29). Нажимаем ОК. После создания файла нужно проверить параметры системы измерения.

Выбор типа нового файла при создании посадочного места

Рис. 29. Выбор типа нового файла при создании посадочного места

Выбрав в меню Setup пункт Design Parameters, убеждаемся, что в закладке Design в пункте User Units установлены миллиметры и настроена рабочая область размером 200×200 мм с левой координатой X, равной –100 мм, и нижней координатой Y, равной –100 мм. Готовая настройка показана на рис. 13.

Выбрав в меню Setup пункт Grids, включаем сетку и настраиваем шаг 0,1 мм (рис. 14).

Далее следует вернуться к эскизу посадочного места, с которого начиналось проектирование (рис. 9). Чтобы обозначить контур радиатора на сборочном чертеже, выберем режим рисования прямоугольника нажатием кнопки Add Shape Rect с прямоугольной пиктограммой. Справа на панели Options следует выбрать класс Package Geometry и подкласс Assembly_Top. На панели Shape Fill выбираем отсутствие заполнения — Unfilled. Для рисования основного габарита радиатора находим точку с координатой (–19; 19) и однократно нажимаем клавишу мышки. Далее находим точку с координатой (19; –19) и делаем одно нажатие левой кнопкой мыши, затем одно нажатие правой кнопкой мыши и выбираем Done. Прямоугольник с размерами 38×38 мм нарисован.

Добавление контактных площадок для выводов выполняется кнопкой Add Pin, обозначенной кругом со знаком «+» внизу. На панели Options для выводов радиатора (отверстий под клипсы) необходимо установить переключатель в положение Mechanical. Этот режим позволяет добавлять контактные площадки, предназначенные для механического закрепления компонента на плате. В списке Padstack следует найти и выбрать пункт Kit_3Mm_Plated. Параметры Qty(Quantity — количество) по измерениям X и Y нужно установить в «1». Чтобы разместить контактную площадку в рабочей области, следует найти координату (–20,9; 20,9) и зафиксировать нажатием левой кнопки мыши. Затем одиночным нажатием правой кнопкой мыши выбираем Next.

Поле Padstack в панели Options изменяем, выбрав пункт Kit_3Mm_Non_Plated. Размещаем контактную площадку в рабочей области по координате (20,9; –20,9). Затем одиночным нажатием правой кнопкой мыши выбираем Done.

Размещение контактных площадок завершено.

Для успешного создания файла посадочного места *.psm необходимо указать текст для позиционного номера компонента. Для этого следует нажать на кнопку Add Text, обозначенную буквами «abc» со знаком «+» внизу. Справа на панели Options нужно выбрать класс Package Geometry и подкласс Assembly_Top. За высоту и центровку текста отвечают параметры Text block и Text just. Выберем 2 и Center соответственно. Разместить текст можно в любой точке рабочей области. Выполним нажатие мышкой в точке (0; 22). Далее нужно ввести текст по умолчанию, например «HS*». При разработке определенной платы этот текст будет заменен позиционным обозначением компонента согласно принципиальной схеме. Затем одиночным нажатием правой кнопкой мыши выбираем Done.

При необходимости вывода позиционных обозначений на маркировку платы (шелкографию) нужно добавить текст аналогичным образом, за исключением того, что должен быть установлен подкласс Silkscreen_Top.

Получившееся изображение посадочного места показано на рис. 30.

Посадочное место для радиатора в программе Allegro PCB Editor

Рис. 30. Посадочное место для радиатора в программе Allegro PCB Editor

Сохраняем изменения, согласившись на перезапись существующего файла. Одновременно в папке …\comp_4_kit\dummy_root_design\physical создан файл посадочного места kit_38x38_hs1.psm. Файл kit_38x38_hs1.dra предназначен исключительно для редактирования. После сохранения файла можно закрыть программу Allegro PCB Editor.

После создания посадочного места приступаем к описанию компонента библиотеки. Для этого из навигатора проектов запускаем программу Part Developer (рис. 7). В открывшемся окне в меню File выбираем пункт NewCell. В строке Library следует выбрать из списка библиотеку, в состав которой войдет создаваемый компонент. В рассматриваемом примере библиотека называется cdnc_kit_lib. Библиотека cdnc_kit_lib определена в файле cds.lib, находящемся в текущей рабочей папке. В файле cds.lib прописано соответствие библиотеки cdnc_kit_lib папке comp_4_kit, также находящейся в текущей рабочей папке. В строке Cell указывается название создаваемого библиотечного компонента, назовем его kit_38x38_hs1. Получившаяся конфигурация показана на рис. 31. Нажимаем ОК.

Окно создания нового библиотечного компонента

Рис. 31. Окно создания нового библиотечного компонента

На рис. 32 представлена иерархичная структура ресурсов компонента. Чтобы создать новое условное графическое обозначение (УГО), нужно нажать правой кнопкой мыши на папке Symbols и выбрать New.

Исходная структура ресурсов библиотечного компонента

Рис. 32. Исходная структура ресурсов библиотечного компонента

После этого откроется шаблон для создания УГО — черный фон с белым прямоугольником и названием компонента. Посередине окна располагается панель с тремя закладками, содержащими таблицы с описанием всех элементов создаваемого УГО. Откроем закладку Symbol Pins. В этой закладке формируется таблица списка контактов, отображаемых на этом УГО. У радиатора нет контактов для подключения в электрической схеме, поэтому оставим эту таблицу пустой. Панель Symbol Outline задает границы прямоугольника, лежащего в составе УГО. Координата (0;0) обозначена в рабочей области белым крестом. Зададим размеры УГО 8×8, установив «4» во всех полях панели Symbol Outline с соответствующими знаками. Отдельно стоящий текст kit_38x38_hs1, добавленный автоматически при создании символа, можно отредактировать двойным нажатием мыши непосредственно в рабочей области, а также в закладке General в таблице на панели Text. Также в этой таблице можно с большой точностью задать положение текста на символе УГО. Изменим текст на 38x38_heatsink и зададим положение X = 0, Y = 130. Получившееся изображение УГО представлено на рис. 33.

Пример УГО пассивного радиатора

Рис. 33. Пример УГО пассивного радиатора

Сохраним текущую конфигурацию. После сохранения в папке comp_4_kit появится папка с названием созданного компонента kit_38x38_hs1. Для установки ассоциации УГО и посадочного места в иерархии ресурсов компонента следует создать корпус (Package), для чего нужно нажать правой кнопкой мыши на папке Packages и выбрать New. После этого откроется панель с тремя закладками: General, Package и Pin Part Table. В закладке General устанавливаем параметр Class в состояние MECHANICAL. Параметр RefDes Prefix определяет приставку к позиционному обозначению, предшествующую номеру. Этот параметр можно выбрать из списка, но можно ввести уникальный. Зададим приставку HS (HeatSink). Это значит, что радиаторам в каждом конкретном проекте по умолчанию будут присваиваться позиционные обозначения из ряда HS1, HS2, HS3… Следует отметить, что при создании электрических схем в дальнейшем автоматически присвоенные позиционные обозначения также можно изменять.

Панель Associated Footprints содержит параметр Jedec Type, ссылающийся на определенный файл описания посадочного места компонента на печатной плате (файл *.psm). Нажав на кнопку «», выбираем из списка созданный ранее файл kit_38x38_hs1. Переключившись в окне иерархии на папку Symbols и обратно, обнаружим изменение иерархии в папке корпусов. В папке корпуса с названием KIT_38X38_HS1 появится ссылка на символ УГО sym_1. Вид получившейся конфигурации компонента показан на рис. 34. Сохраняем компонент.

Результирующая конфигурация библиотечного компонента радиатора

Рис. 34. Результирующая конфигурация библиотечного компонента радиатора

В папках иерархии компонента, соответствующих корпусам, есть подпапка Footprints, которая содержит элементы, названные согласно задействованным файлам *.psm. Выбрав такой элемент в рабочей области, увидим схематичное изображение посадочного места. Это изображение не точное и предназначено только для предварительного просмотра (рис. 35).

Предварительный просмотр выбранного посадочного места в программе Part Developer

Рис. 35. Предварительный просмотр выбранного посадочного места в программе Part Developer

Создание библиотечного компонента для стандартного радиатора завершено. Можно закрыть все программы, относящиеся к САПР Cadence Allegro.

Какие полезные ресурсы были созданы в результате описанных действий? Рассмотрим их по порядку.

  1. Файл описания контура контактной площадки kit_3mm_star.ssm и его исходный файл kit_3mm_star.dra.
  2. Файл описания термобарьера kit_3mm_flash.fsm и его исходный файл kit_3mm_flash.dra.
  3. Файлы описания контактных площадок kit_3mm_plated.pad и kit_3mm_non_plated.pad.
  4. Файл описания посадочного места kit_38x38_hs1.psm и его исходный файл kit_38x38_hs1.dra.
  5. Папка описания библиотечного компонента kit_38x38_hs1.

Именно перечисленные пять ресурсов являются основным результатом работы, могут быть скопированы в другие библиотеки и представляют ценность как интеллектуальная собственность. Все остальные попутно созданные файлы и папки, включая конфигурацию библиотек (refcds.lib, cds.lib) и проекты (*.cpm), легко воссоздаются и могут быть сконфигурированы по-разному на различных рабочих станциях. Временные файлы с расширениями *.jrl, *.log, *.log1 и *.log2 могут быть удалены.

Литература
  1. Allegro PCB SI Foundations. Ver. 16.2. Lecture Manual. Cadence Design Systems. Dec. 12, 2008.
  2. Allegro PCB Editor. Ver. 16.2. Lecture Manual. Cadence Design Systems. Nov. 15, 2008.
  3. Allegro PCB SI Foundations. Ver. 16.2. Lab Manual. Cadence Design Systems. Dec. 12, 2008.
  4. Allegro PCB Editor. Ver. 16.2. Lab Manual. Cadence Design Systems. Nov. 15, 2008.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *