Технологии в электронной промышленности №3'2009

Altium Designer (build 7.х). Проект многослойной печатной платы: вопросы топологии

Владимир Пранович


Завершающая статья цикла Altium Designer (build 7.х). Проект многослойной печатной платы. В заключительной части цикла рассмотрим только те вопросы топологии, которые не затрагивались в прежних примерах.

Итак, начнем с узла, схема и размещение которого были представлены на рис. 3 в [1], и укажем, с помощью каких приемов получена топология данного участка печатной платы.

  1. Основной элемент, представленный на этом рисунке схемы, — микросхема драйвера интерфейса RS232. В [1] мы сделали предварительную расстановку элементов схемы интерфейса.
  2. Выделим все компоненты, связанные с микросхемой драйвера (на рисунке помечено как U18). Эту операцию можно сделать непосредственно в файле проекта топологии (*.PCBDOC). Однако так как в прямоугольной зоне выделения файла топологии могут находиться и компоненты, не принадлежащие данному интерфейсу, правильный подход в выделении нужных компонентов — использование электрической схемы. Для этого предпримем следующее:
    1. В файле топологии (*.PCBDOC) на панели PCB Standard, используя кнопку Cross Probe to documents, наведем указатель на посадочное место компонента драйвера (U18) и нажмем левую кнопку указателя.
    2. При этом будет открыт файл листа схемы, содержащий компонент драйвера, а значит, и схему самого интерфейса. Переходим на данный лист схемы и выделяем область, содержащую все компоненты интерфейса.
    3. Возвращаемся теперь в файл топологии (*.PCBDOC), где будут выделены уже все компоненты, отмеченные на схеме.
  3. Подведя указатель к одному из выделенных компонентов и используя правую кнопку указателя, выполним команду Component Action >> Fanout Component. Это приведет к тому, что в данном случае основная работа по формированию топологии интерфейса будет выполнена.
  4. Оставшаяся часть топологии сделана в интерактиве.

Таким же образом создается, как правило, бóльшая часть топологии простых узлов. Другие виды работ по созданию топологии ничем существенным не отличаются от описанных в предыдущих примерах [2].

Выравнивание длин проводников

Нажмите для увеличения
Рис. 1. Выравнивание линий по длине

Перейдем к действиям, которые необходимы при выравнивании длин проводников для сигналов скоростных шин. Сделаем это на примере класса цепей 'UD.DATA', существующих в данном примере (рис. 1):

  1. Для данного класса цепей было введено правило MatchedLenght_UPDATA, которое устанавливает разброс длин проводников не более 250 mil.
  2. Откроем панель PCB, в ней откроем раздел Nets. На рис. 1 выделен данный класс ('UD.DATA') цепей.
  3. В данном примере место для размещения проводников ограничено, и поэтому трассировка цепей и выравнивание длин их проводников проведены интерактивным способом. При таком способе на панели PCB удобно выделить одну из цепей данного класса, и она станет доступной для редактирования.
  4. Светлым тоном на рис. 1 показан результат топологии данных цепей на одном из внутренних слоев.
  5. Длина всех цепей данного класса оперативно отражается в соответствующем столбце панели PCB, что удобно при ручной корректировке отдельных трасс. Однако отметим и иной способ выравнивания (полуавтоматический) с помощью имеющегося инструментария.
  6. При интерактивной топологии цепи удобно также использовать команду Tool >> Interactively Tune Trace Lengths. Она применяется при выборе указателем одной цепи (на рис. 1 из выделенных трасс — верхняя).
  7. При применении команды в окне редактора появляется указатель длины проводника цепи, а топологию цепи можно откорректировать.
  8. На выбранной цепи будут образованы «петли» в соответствии с установленными правилами.
  9. При нажатии клавиши «~» (тильда) можно увидеть «горячие» клавиши оперативного редактирования параметров и формы кривых для выравнивания длин. Опишем их более подробно:
    1. Клавиша «пробел» или сочетание «Shift+пробел» используются для переключения между различными формами используемых «петель» для выравнивания. Доступными формами являются следующие: с прямоугольными углами; прямоугольной формы со «скошенными» под углом 45° вершинами; дуги.
    2. Клавиши «>» и «<» (больше, меньше). Для русскоязычной раскладки клавиатуры соответственно клавиши «б» и «ю». Это увеличение или уменьшение амплитуды «петель». Примечание. При использовании этих клавиш не нужно нажимать клавишу Shift переключения регистра.
  10. При нажатии клавиши TAB параметры можно задать с помощью ввода значений, а также указать способы, которые применяются при выравнивании.
  11. Можно также выровнять указанную цепь в соответствии с правилами или в соответствии с длиной другой выбранной цепи.

Аналогичная операция Tool >> Interactively Tune Diff Pair Trace Lengths существует для выравнивания дифференциальных пар проводников при интерактивной трассировке.

Очистка полигонов в смежном слое с дифференциальной линией

При создании стека слоев данной многослойной печатной платы слой типа Plane 3_Ground_Bottom был предназначен для заливки проводящим слоем электрической цепи «Земля», с учетом этого слоя и проводился расчет параметров проводников дифференциальных линий. Слой 2_OverBottom_forDiffPair, находящийся снизу, предназначен непосредственно для проводников дифференциальных пар. Однако на смежном слое 1_Bottom 1 (нижний слой) находятся и компоненты, и полигоны. При расчете параметров проводников дифференциальных линий учитывалось, что на данном слое не должно быть никаких проводников и должно полностью отсутствовать проводящее покрытие в области прохождения дифференциальных пар. В то же время на данном слое вся свободная зона должна быть занята полигонами. Укажем, каким способом этого можно достигнуть (рис. 2):

  1. После завершения топологии на слое 2_OverBottom_forDiffPair копируем на нем все элементы, принадлежащие дифференциальным парам.
  2. Дублируем изображение этих элементов на слое 1_Bottom и с помощью инспектора (F11) присваиваем им свойство KeepOut.
  3. Производим очистку полигонов на слое 1_Bottom. При необходимости корректируем или создаем новое правило зазора между полигоном на нижнем слое и элементами со свойством KeepOut на том же слое.

Нажмите для увеличения
Рис. 2. Запрет полигонов в смежном слое над дифференциальными линиями

Итак, все особенности, связанные с применением многослойного стека для данного примера, были представлены. Другие возможности (например, слепые и скрытые переходные отверстия, которые не использовались в данном примере) мы изложим в отдельной статье.

Формирование выходных файлов



Рис. 3. Формирование выходных файлов

Для полноты представления кратко повторим процесс подготовки выходных файлов, который более подробно описан в [3]. Первым делом сформируем Gerber-файлы для слоев. Для этого воспользуемся установками через службу Output JOB Files (рис. 3). Итак:

  1. Откроем (если такого файла в проекте нет, следует его добавить) файл типа JOB Files проекта, в нашем примере 10Lay.outjob.
  2. В группе Fabrication Output выберем строку Gerber Files (если ее нет, то следует добавить такую службу, как указано подробнее в [3]) и откроем конфигурацию такой службы («горячие» клавиши ALT+Enter).
  3. Отметим: на вкладке Layer указаны названия слоев (правый выделенный столбец) в соответствии с Layer Stack, назначением механических слоев и другими настройками файла проекта PCBDOC и соответствующие им расширения (левый выделенный столбец), которые будут присвоены сгенерированным Gerber-файлам. Если в прежних примерах для двухслойных печатных плат по расширениям названий Gerber-файлов производитель мог легко определить их назначение и порядок, то в случае многослойных печатных плат следует подготовить отдельный файл, содержащий информацию о сгенерированных Gerber-файлах.

Слои маски, пасты, верхний и нижний слой печатной платы, а также ряд технологических слоев получают расширение (OG0101 Gerber Output Options.pdf), определяемое аббревиатурой принятого названия слоя в пакете проектирования, а их назначение однозначно может быть идентифицировано производителем печатных плат. Сложнее с внутренними и механическими слоями. Gerber-файлы внутренних сигнальных слоев имеют расширение Gn. Gerber-файлы внутренних слоев типа Plane имеют расширение GPn. И, наконец, Gerber-файлы механических слоев имеют расширение GMn. Для всех указанных расширений n— это, соответственно, порядковый номер внутреннего сигнального слоя, слоя Plane или механического слоя. Так как число слоев велико, а порядок чередования слоев и их назначение определяет разработчик, то следует указать это производителю в сопроводительном документе. Это можно сделать как в текстовом документе, подготовленном одним из офисных приложений, так и непосредственно в служебном Gerber-файле. Рассмотрим оба подхода.

Таблица 1. Пример описания Layer Stack

Сначала сделаем описание всех слоев в приложении Microsoft Word. В [4] мы определили стек слоев нашей многослойной печатной платы и его параметры. В таблице 1 приведен пример такого описания, где указаны следующие параметры (многие из них носят рекомендательный характер и могут быть удалены, или к ним могут быть добавлены новые):

  1. Имя файла проекта 10Lay.PrjPcb для быстрого нахождения при необходимости самого проекта в процессе работы с производителем.
  2. Code project (Gerber) xx-xxxx-xxxx — кодовое обозначение разработки, которое будет нанесено в текстовом виде и в самих фотошаблонах в зоне поля печатной платы или вне зоны. Служит для идентификации фотошаблонов при повторных заказах.
  3. Layer Name — первый столбец, информация о наименовании слоя в проекте (справочная информация только для разработчика).
  4. Gerber Extension — имя расширения Gerber- или NC-Drill-файла. Для производителя печатных плат.
  5. Thickness — толщина покрытия, препрега, ядра. Для производителя печатных плат.
  6. Dielectric Type/Material/Constant — тип покрытия, препрега, ядра и параметры. Для производителя печатных плат.
  7. Type Layer Stack — схематичное построение вида печатной платы.
  8. Gerber Board Outline — гербер-файл контура обрезки печатной платы. Если при производстве печатной платы требуется несколько последовательных операций по формированию внутренних вырезов или надреза, необходимо создать отдельный гербер-файл на каждую операцию.
  9. NC Drill Plated — файлы для сверлильного станка. Их может быть несколько: для сквозных отверстий и сквозных переходных отверстий, для каждого типа межслойных (скрытых, погребенных, для перехода между разными слоями) переходных отверстий.
  10. NC Drill NoPlated — файлы для сверлильного станка.

Помимо описания слоев, необходимо указать основные требования к некоторым параметрам печатных плат, как это представлено в таблице 2.

Таблица 2. Пример описания технологических параметров при производстве печатных плат

Manufacturing Specifications
Applicable Manufacturing and Inspection Documents:

IPC-2221A, Class 2 Level B
Board Size: 11.1x27.1 mm
Material: FR-4, 1 ounce copper after plating.
Overall thickness 1.6 +/–0.1 mm
Drill: Hole diameters are finished unless otherwise specified.
Sizes, and are +/–0.01 mm. No annual ring breakthrough.
Plating: Solder mask over bare copper (SMOBC)
63/37 tin lead solder, hot air level
Solder Mask: Liquid Photoimagable (LPI), Glossy Finish.
Smallest vias may be covered/tented by mask
Silkscreen: White epoxy ink Top side, Bootom Side.
May be clipped from exposed metal as required
Dimensions: Unless otherwise specified,
Edge to edge: +/–0.2 mm
Edge to hole: +/–0.3 mm
Hole to hole: +/–0.2 mm
Inside corners may have a 0.8 mm radius maximum
Testing: 100% electrical testing is required for opens and shorts.
Approval code must be stamped on the solder side
of each board after it has passed.
Codes: Unless otherwise specified on the artwork, the following
codes must appear in a clear area on the solder side of the board.
a) Vendor UL-ID code in copper b) Vendor date code in copper
Finished Hole Tolerance Unless Otherwise Stated
Plated Holes
0.02 — 0.3 mm +0.00/–0.003
0.3 — 1.3 mm +0.00/–0.005
1.3 — 2.5 mm +0.00/–0.008
>2.5 — 2.5 mm +0.00/–0.012
Non Plated Holes
0.03 — 1.3 mm +0.00/–0.005
>– 1.3 mm+0.00/–0.012
Minimum Sizes:
Min Track Width 0.1mm
Min Clearance 0.1mm
Min Hole 0.15mm
Min Annular Ring 0.15mm
Other
Viewed From Tester Side
Drawn/Date = 18/ 10/2008
Design = 10Layer. Pcbdoc. Revision = A
Project Designer: ???????
Pcb Designer: ???????

Как правило, здесь нужно указать:

  1. Ссылку на основной нормативный документ, на основе которого разрабатывалась топология печатной платы, в данном примере IPC-2221A, Class 2 Level B.
  2. Габаритные размеры печатной платы.
  3. Вид материала печатной платы и допуск по толщине.
  4. Точность и другие требования к отверстиям.
  5. Требования к покрытию, маркировке.
  6. Требования к обработке контура.
  7. Необходимость электроконтроля.
  8. Порядок кодирования печатных плат.
  9. Допуски к сквозным отверстиям.
  10. Параметры минимальных зазоров и ширину проводников на печатной плате.
  11. Любую другую информацию, содержащую требования, которые должны быть учтены производителем ПП, для повышения качества печатных плат.

Имея подобный шаблон, можно легко заполнить и бланк завода-изготовителя. Рассмотрим это на примере www.pcbtech.ru, поскольку, ориентируясь на параметры производства именно этого завода, мы в самом начале сформировали правила требования к стеку слоев, зазорам и ширине проводников на печатной плате.



Рис. 4. Пример заполнения бланка завода-изготовителя

На рис. 4 представлена заполненная форма заказа. В ней практически повторены все данные из таблиц 1, 2. Однако, несмотря на это, рекомендуем направлять производителю и первые две таблицы, так как бланк заказа может не учитывать ваши специфические требования. Отметим: чем больше информации вы предоставите изготовителю, тем ниже вероятность получения брака. По этой причине рекомендуем данную информацию разместить и на одном из механических или служебных слоев, так как на участке, где занимаются обработкой Gerber-файлов, могут отсутствовать программы просмотра сопроводительных документов, подготовленных в иных пакетах.

Сделать это совсем просто. Скопируем в буфер нашу таблицу из Word-документа и вставим на один из механических слоев. Так же поступим и со второй. Таким образом, у нас в проекте будут находиться Layer Stack (подготовленный по нашему шаблону) и другая служебная информация, и, соответственно, ее можно передать производителю в одном из служебных Gerber-файлов. Это представлено на рис. 5:

  1. Рабочая область печатной платы.
  2. Габаритные и другие важные размеры.
  3. Нижняя часть таблицы со сведениями о слоях.
  4. Таблица технологических требований.

Нажмите для увеличения
Рис. 5. Вид слоя со служебной информацией

Подробнее об иных аспектах формирования самих Gerber-файлов и другой информации для монтажа и сборки можно узнать в [5, 6].

Литература

  1. Пранович В. Altium Designer (build 7.х). Проект многослойной печатной платы. Часть 4 // Технологии в электронной промышленности. 2009. № 1.
  2. Пранович В. Цикл статей по Altium Designer // Технологии в электронной промышленности. 2006–2008.
  3. Пранович В. Altium Designer 6 в примерах // Технологии в электронной промышленности. 2007. № 5.
  4. Пранович В. Altium Designer (build 7.х). Проект многослойной печатной платы // Технологии в электронной промышленности. 2008. № 6.
  5. Пранович В. Altium Designer 6 в примерах // Технологии в электронной промышленности. 2007. № 8.
  6. Пранович В. Altium Designer 6. Новые возможности в версии 6.8 // Технологии в электронной промышленности. 2008. № 3.

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо

Фейерверки для торта купить
Ассортимент фейерверков, салютов, ракет и петард. Торты и пирожные на заказ
pirolion.ru