PCB封装库的制作及使用

第六章Cadence PCB封装库的制作及使用封装库是进行 PCB 设计时使用的元件图形库，本章主要介绍使用 Cadence 软件进行PCB封装库制作的方法及封装库的使用方法。一、创建焊盘在设计中，每个器件的封装引脚都是由与之相关的焊盘构成的，焊盘描述了 器件引脚如何与设计中所涉及的每个物理层发生关系，每个焊盘包含以下信息： 焊盘尺寸大小和焊盘形状； 钻孔尺寸和显示符号。焊盘还描述了引脚在表层（顶层和底层）的SOLDERMASK、PASTEMASK 和FILMMASK等相关信息。同时，焊盘还包含有数控钻孔数据，Allegro用此数 据产生钻孔符号和钻带文件。1.焊盘设计器Allegro 在创建器件封装前必须先建立焊盘，建立的焊盘放在焊盘库里，在 做器件封装时从焊盘库里调用。Allegro创建的焊盘文件名后缀为.pad。Allegro 用 Pad Designer 创建并编辑焊盘。在 Allegro 中，一个器件封装的每个引脚必须有一个与之相联系的焊盘名。 在创建器件封装时，将引脚添加到所画的封装中。在添加每一个引脚时， Allegro 找到库中的焊盘，将焊盘的定义拷贝到封装图中，并显示焊盘的图示。基于这个 原因，必须在创建器件封装前先设计出库中要用到的焊盘。在创建器件封装符号时， Allegro 存储每一个引脚对应的焊盘名而不是焊盘 数据，在将器件封装符号加到设计中时， Allegro 从焊盘库拷贝焊盘数据，同时 从器件封装库拷贝器件封装数据。Allegro用在全局或本地环境文件定义的焊盘库路径指针（PADPATH）和器 件封装库路径指针（PSMPATH）查找焊盘库和器件封装库。一旦一个焊盘在某 个设计中出现一次， Allegro 使其他所有相同的焊盘参考于那个焊盘而不是参考 库中的焊盘。有两种方法可以启动焊盘设计器：1、选择【开始】/【程序】/【Cadence SPB 15.5.1】/【PCB Editor Utilities】/【Pad Designer】命令，即可启动焊盘设计器；2、 按照前面章节所述，创建一个库项目，库项目界面如图 6_1 所示，点击界面中的 “Pad Stack Editor”按钮，也可以启动焊盘设计器。焊盘设计器界面如图6_2所 示。eaSymbol F editorFile Yiew Zools Qciti ons 比mb Flows HelpALIseto PCD Design HP I. 6.Riaad.yAllegro PCB Littrarian他rnpi lai-tesPartLI 宜尊re*1Wilevk Syiktab-ci! LkkaiiVri En Lrv HKL5W lIl WfcMfl Elw-aBQn nitrw 亡d吕Vie：Mr Sv 片i bJ I Allaqro PCET3g 16_16_2如图6_2所示，菜单栏下面是焊盘编辑器的工作区，包含【Parameters】和 【Layers】两个选项卡。【Parameters】选项卡界面如图6_2所示。(1) 焊盘类型在【Type】栏内可以指定正在编辑的焊盘属于哪一种类型焊盘，它有三个选 项，分别是 “Through(通孔)、“Blind/Buried(埋盲孔)和 “Single(表 贴)，如图6_3所示。TypeThrough： Blind/BuriedO Single6_3( 2) 内层( Internal Layers)【Internal Layers栏有两个选项，分别是“Fixed(固定)和“Optional(可 选)，如图 6_4 所示。该栏定义了焊盘在生成光绘文件时是否需要禁止未连 接的焊盘。“Fixed”选项保留焊盘，“Optional”选项可禁止生成未连接的焊 盘。Internal layersO Fiwed“； Optional6_4( 3) 单位( Units)( 4) 多孔( Multiple drill)勾选其中的【Enable】选项可以使设计者在一个有过个过孔的焊盘上对行和 列以及间距进行定义。设置钻孔的数目时，行和列的胡数目设置范围为1 10，总过孔数不超过 50。( 5) 钻孔参数( 6) 钻孔符号点击图6_2界面中“Layers”选项卡，界面如图6_5所示。6_5【Layers】选项卡主要由【Padstack Layers】（焊盘叠层）栏、【Regular Pad】 （正焊盘）栏、【Thermal Relief】（热隔离焊盘）栏、【Anti Pad】（反焊盘）栏和 图形显示窗口组成。在编辑焊盘时，先用鼠标在【Padstack layers】栏选中所要编辑的层，然后 再下面的【Regular Pad】、【Thermal Relief】和【Anti Pad】栏中选择所需的几何 形状并填写相关的数据即可。 Regular Pad：用正片生成的焊盘，可供选择的形状有Null、Circle、Square、 Oblong、 Rectangle、 Octagon 和 Shape。 Thermal Relief：以热隔离的方式替代焊盘。 Anti Pad :与正片的焊盘相对，为负片的焊盘，一般为圆圈，用于阻止引 脚与周围的铜箔相连。 Shape：如果焊盘的形状为表中未列出的形状，则必须先在Allegro中用 生成Shape的方式产生焊盘的外部形状，在焊盘编辑器中调用Shape来 生成焊盘。【Padstack Layers、栏中列出各项的物理意义： BEGIN LAYER:定义焊盘在PCB板中的起始层，一般只顶层。 END LAYER:定义焊盘在PCB板中的结束层，一般指底层。 DEFAULT INTERNAL:定义焊盘在PCB板中处于顶层和底层之间的各 层。 SOLDERMASK_TOP:定义为与顶层铜箔焊盘位置的去阻焊窗。 SOLDERMASK_BOTTOM:定义为与底层铜箔焊盘位置的去阻焊窗。 PASTEMASK_TOP:定义为与顶层焊盘位置的涂胶开窗，此功能用于 PCB 板的钢网加工。 PASTEMASK_BOTTOM：定义位于底层焊盘位置的涂胶开窗，此功能用 于 PCB 板的钢网加工。2、SMT 焊盘设计下面以一个例子来说明SMT焊盘创建的方法。在图6_2中，在【Type】栏 选择“ Single 选项，单位和精度设计者可以自己选择，在这里我们将【Units】 设置为“Millimeter，【Decimal places】设置为2。因为表面贴焊盘无钻孔，故 钻孔参数【Drill/Slot hole】和钻孔符号【Drill /Slot symbol】不定义。切换到【Layers】选项卡，进行电路板各层焊盘的设计，此处以建立一个外 形为长方形，宽为0.6mm，长为2.20mm的表面贴焊盘为例：1、用鼠标激活【BEGIN LAYER】层【Regular Pad】栏设置：【Geometry】栏为“Rectangle，【Width】栏为“0.60， 【Height】栏为 “2.20”；【Thermal Relief栏：【Geometryy】设置为 “Rectangle”，【Width 】设置为1.00”， 【Height】设置为“2.60”；【Anti Pad】栏：【Geometry】栏设置为“Rectangle”，【Width】设置为“1.00”， 【Height】设置为“2.60”。2、定义焊盘的阻焊开窗，用鼠标激活【SOLDERMASK_TOP】层，进行如 下设置：【Regular Pad】栏：【Geometry】设置为Rectangle”，【Width】设置为0.80”， 【Height】设置为“2.40”。3、定义位于顶层焊盘位置的涂胶开窗，用鼠标激活【PASTEMASK_TOP】, 进行如下设置。【Regular Pad】栏：【Geometry】设置为 “Rectangle”，【Width】设置为 “0.60”， 【Height】设置为“2.20”。仔细检查焊盘所有的属性以及尺寸，确认无误后保存设计。至此，一个表面 贴焊盘就设计完成。3、通孔焊盘设计根据前面所述内容，启动焊盘设计器，这里我们以创建一个内孔直径为 1.00mm，外径为1.80mm的通孔为例。在焊盘设计器【Parameters】选项卡中，我们进行如下设置：1、定义焊盘类型【Type】为“Through”。2、定义所用的单位及精度，【Units】设置为Millimeter”，【Decimal places 1 设置为“ 2”。3、定义钻孔参数【Drill/Slot hole】，【Plating】设置为“Plated”，Drill diameter】 设置为“1.00”，偏置都设置为0。4、定义钻孔符号【Drill/Slot symbol】，【Figure】设置为“Circle”。切换到【Layers】选项卡，进行如下设置：1、定义焊盘的顶层，用鼠标激活【BEGIN LAYER】层，进行如下设置：【Regular Pad】：【Geometryy】设置为Circle,【Width 】设置为1.80,【Height 】 设置为“ 1.80”。【Thermal Relief】：【Geometry】设置为Circle,【Width】设置为2.60, 【Height】设置为2.60”。【Anti Pad】：Geometry】设置为Circle,【Width】设置为2.60,【Height】 设置为 2.60。2、定义默认的中间层，用鼠标激活【DEFAULT INTERNAL】，设置如下：【Regular Pad】：【Geometryy】设置为Circle,【Width 】设置为1.60, Height 】 设置为1.60。【Thermal Relief：【Geometry】设置为Circle,【Width】设置为2.30, 【Height】设置为2.30”。【Anti Pad】：【Geometry】设置为Circle,【Width】设置为2.30,【Height】 设置为 2.30。3、定义焊盘的底层，用鼠标激活【END LAYER】，进行如下设置：【Regular Pad】：【Geometr y】设置为Circle，【Width 】设置为1.80，【Height 】 设置为1.80。【Thermal Relief!：【Geometry】设置为Circle，【Width】设置为2.60， 【Height】设置为2.60。【Anti Pad】：LGeometry】设置为Circle，【Width】设置为2.60，【Height】 设置为 2.60。4、定义焊盘的顶层阻焊开窗，用鼠标激活【SOLDERMASK_TOP】，进行 如下设置：【Regular Pad】：【Geometr y】设置为Circle，【Width 】设置为2.00 ，【Height 】 设置为 2.00。5、定义焊盘的底层阻焊开窗，用鼠标激活【SOLDERMASK_BOTTOM】层, 进行如下设置：【Regular Pad】：【Geometr y】设置为Circle，【Width 】设置为2.00 ，【Height 】 设置为 2.00。检查通孔设计的属性以及尺寸，确认无误后进行保存，至此，通孔的设计工 作已经完成。4、盲埋孔设计盲埋孔主要用于高密度板设计，盲孔是指由顶层或底层到内层的导电连接 孔，埋孔是指内层之间的导电连接孔。这两种孔必须创建后才能用在PCB板的 设计中，不能将通孔作为盲埋孔使用。盲孔的创建：要创建一个盲孔，内径为0.254mm，外径为0.55mm。盲孔与 通孔的创建过程基本相同，其区别是层的设置不同，盲孔数据的设置如图 6_6 所示。埋孔的创建：以创建一个内径为0.254mm，外径为0.55mm的埋孔为例。由 于埋孔定义为内层的连接，所以顶层和底层不定义，内层定义两层。用鼠标右键 单击按钮，在弹出的菜单中选择【Insert】命令，插入一层，层名定义为 SIGNAL，埋孔层数据的设置如图6_7所示。6_6叵ILayersParametersThermal RelielAnti PadGeometry:CircleCircleFlash:Writh:11457O.0G4Height:11457O.0G4 flset X:0.000O.IJLIO flset Y:0.000O.IJLIOCurrent layer:SIGNALPad Deeiffner : uzmaMed. pad (C: /Cadence/pro j ect/2)VievMsO 浴 ection (*) I opRegular FadCircleLoyerRegular PodTheimal ReiefAnti PodDgnBEGIN L/YCnNullNullN ull- JSIGNAL.Circle 0.457Circfe 0.664Circh n r：ri4 g-DEFAULT INTERNALCirde 0.457Circte 0.864Circle 0.864EndEND LAYERr-JullNullNullSOLDEF；MASK TQFNullN/AN/ASOLDE F； MAS K BO TTOMNullN/AN/APA5TEMASK TOPNullN/AN/A*1Padstack lers6_7创建元件封装符在电路设计中，要将原理图设计变为具体的器件物理连接，首先必须要创建 器件的物理符号，也就是器件的物理封装。Allegro用封装编辑器Allegro Librarian 来完成器件的封装设计。1、 封装编辑器Allegro使用Allegro PCB Librarian来创建、编辑器件封装。启动封装编辑器 有两种方法：1、点击“开始/程序/Allegro SPB 15.5.1/PCB Librarian”； 2、在创 建的库项目界面中，点击“PCB Symbol Editor”，打开封装编辑器，界面如图6_8 所示。6_8进入Allegro工作界面之后，点击“File/New”命令，出现【New Drawing】 对话框，如图 6_9 所示。6_9首先要选择想要创建新图形的类型，如果要创建封装，用鼠标激活【Package Symbol】，在【Drawing Name】栏输入要创建新图形的名称，如果编辑一个现有 的封装，单击“Browse”按钮，选中所要编辑的封装名，打开即进入Allegro PCB Librarian 工作界面。创建封装有两种方法：1、手工创建，在图 6_9 所示界面中选择“ Package Symbol”打开，进入手工创建封装界面；2、利用向导创建封装，在图6_9所示 界面中选择“Package Symbol (wizard)”打开，进入利用向导创建封装界面，根 据提示完成封装的创建。2、手工创建一个PCB元件此处以创建一个DIP28封装为例来了解以下手工创建PCB元件的方法，该 元件共有28个管脚，分为两列，每列14个，列间距为15.24mm (600mil)，同 列相邻管脚之间的距离为2.54mm(100mil),选用引脚的焊盘内孔直径为0.8mm， 焊盘外径为 1.3mm。( 1) 参数和界面设定在Allegro Librarian界面中，选择【Setup【Drawing Size】命令，弹出【Drawing Parameters】对话框。【Type】栏设置为“Package”，【User Units】栏设置为“Mils” 在【DRAWING EXTENTS】栏填写与器件封装大小相一致的数据，设置界面如 图 6_10所示。DravzLng ParaMe-ters叵区Project:C: /Cad ence /project/2/worklib? du m my_root_design.Drawing:Type:Accuracy7 srribolDRWING EXTENTSLeft X:oilLower Y:EoWidth：|2iooo.aHeight:|17000.0CancelHelpNo changes made until OK.6_10（2）网格设定选择【Setup】/【Grids】命令，进行网格间距设定。由于在编辑过程中，一 些命令的执行与网格的最小间距有关，所以必须设定网格点的显示参数。由于 DIP28的管脚间距均为lOmil的整数倍，所以可以将网格点相邻间距设为lOmil, 设置界面如图6_1 1所示。6_ll（3）放置焊盘左键点击工具栏中的添加引脚按钮芒,控制窗口的【Options】面板如图6_12所示。Padst-ack;Fl eclanqularMechanical口/ Dpticinw / Find / Visibility ； CsnneclQtySpacingOrder厂50.0Right z50.0Down vRotation;0.000Pin #:Inc：厂Tewt black;Offset X:-50.0 JY：0.0Copy rncde:6_12单击【Padstack】栏右侧的按钮，弹出如图6_13所示的对话框，在此对话框中，列出了焊盘库中所有可用的焊盘，用鼠标选中所需的焊盘，点击确定即 可。6_13焊盘选择好之后，在工作界面中，所选择的焊盘将粘贴在鼠标光标上跟随光标一起移动，这时就可以放置焊盘了。放置焊盘有两种方法：1、将光标移动到需要放置焊盘的位置，单击鼠标左键即可以放置焊盘；2、在命令栏中输入要放 置焊盘的点坐标，后面一种方法可以实现对焊盘的精确定位。提示：一般将器件的 1 管脚设定为方形管脚，用于标志是第一管脚。在图6_12所示界面中，【Qty】表示x或y方向上需要放置焊盘的数量, 【Spacing】表示相邻焊盘的间距，【0rder】表示焊盘排列的方向，对于x方向有 左（Left）、右（Right），对于 y 方向有上（Up）、下（Down）。器件的坐标原点一般有两种用法：1、将坐标原点定于器件的第一管脚；2、 将器件的坐标原点定于器件的几何中心。在此处我们将器件的坐标原点定于第一 管脚处，在命令栏种输入“x 0 y 0”命令回车，完成了第一个管脚的添加。接下来选择228管脚所用的焊盘类型，并改变【Qty】数据，如图6_146_14接下来在命令栏中输入2管脚的坐标回车，至此，器件的左列焊盘已经放置 完毕。然后进行器件右列焊盘的放置，对控制窗口参数进行修改，设置完毕的参数 如图 6_15 所示。VisibilityFlectanqularS pacingJ Opti&ns I Fird ConnectPadstack:M echanical |Pad12acirO7C |0 rder6_15接下来在命令栏输入15 管脚的坐标，按回车键，至此，完成了器件所有管 脚的添加。（4）改变焊盘序号文字大小前面放置焊盘时，放置焊盘控制窗口中的【Text block】栏对焊盘序号文字 的大小予以定义，为 1 号字体，设计者可以根据自己的需要和习惯进行修改。选 择【Setup】/【Text Sizes】选项，会弹出如图6_16所示的对话框，在对应的栏 中改变相应的参数，即可改变字体的大小。6_165）改变焊盘序号焊盘序号必须与原理图库中对应器件的引脚序号一致，否则就不能将两者联 系在一起。有时可能需要改变个别引脚焊盘的序号，这时，只要对焊盘的序号予 以编辑调整即可。选择【Edit】/【Text】命令，然后用鼠标左键单击需要编辑的 焊盘，则对应的焊盘显示如图 6_17 所示，然后在命令栏中键入新的序列号按回 车键就完成了焊盘序号的修改。6_17（6）编辑焊盘 在放置完焊盘后，如果觉得选用的焊盘不合适，可以随时对焊盘进行编辑。菜单栏中的【Tools】/【Padstack】子菜单中有四个选项可编辑或修改焊盘，如图 6_18 所示。To ul EHelpFadstackHodi fy DssigjL Fidsta：!*;.Meuli fy Litr!i2_ Fads tack.Jtili tiesDtii ivs 匚也电已 t i v t .Reports.TectLriuloEj Fil e 匚ompar 电.Urniatt! Sjirib-!ilE.Uhuuk SjTTlb q!Databaze Check.6_18【Modify Design Padstack】：用于修改设计中使用的焊盘【Modify Library Padstack】：用于修改库中的焊盘【Replace】：用于替换设计中的焊盘【Refresh】：用于刷新设计中的焊盘(7) 绘制丝印外框焊盘放置完后，还需要绘制丝印外框。DIP28器件的丝印外框与器件的实体 大小相一致。另外还需要绘制器件的缺口以表示器件的方向。首先确定丝印的拐 点坐标，由于坐标原点定在器件的1管脚，则器件的中心线位于x = 300的位置 上，圆弧的直径设为200，丝印的起始点为(200， 100)，结束点为(400， 100)。选择【Add】/【Line】命令，在控制窗口选择相应的类(PACKAGE GEOMETRY)和子类(SILKSCREEN_TOP),修改线宽，设置如图6_19所示。6_19在命令栏输入每个拐点的坐标：(x 200 y 50)f(x 50)-(y -1350)- (x 550) f (y 50) f (x 400)，每次输完坐标点后都要按回车键，Allegro Librarian 根据坐标点的位置自动画线，当某一坐标不变时，不用输入其坐标，画完最后一 点时，在工作区域内点击鼠标右键，从弹出的菜单中选择【Done】命令，外框 的直线部分绘制完毕，结果如图 6_20所示。选择【Add】/【Arc w/Radius】命令，控制窗口的类和子类设置参数不变， 在命令栏输入坐标(x 300 y 100) f(x 200)，用鼠标将弧线连到直线的结束点 并结束命令即可，效果如图 6_21 所示。6_206_21至此，丝印框绘制完毕。（8）加入丝印文字丝印外框绘制完毕后，器件封装的设计工作还没有结束，还必须给器件封装加位号符号。位号符号是指用某个字母符号统一表示某一类器件，如习惯用 R表示电阻，用C表示电容等。DIP封装为集成电路，这里用D表示。单击菜单栏中的.岂，在控制窗口的【0ptions】面板修改类和子类，如图6_22所示。OptionsFind ! VisibilityActive Class snd Subclass:Marker size:Rote;Text block:Tewt just:6_22在器件旁边键入D*字符并结束命令。（9）定义元件限高Allegro使用“placebound子类对器件进行三维尺寸定义，同时还可以用 多个“placebound区域对器件的不同位置的限高予以定义，器件的高度是指 器件在 z 方向的尺寸。在定义器件的限高时，可以定义器件的最大和最小高度，如图 6_23 所示说 明了器件最大高度和最小高度的定义。如果一个器件的最小高度为200mil，且其 占用的面积大于另外一个最大高度为 150mil 的器件，则后一个器件可以放在前 面器件的下面，在对设计规则检查时不产生DRC错误。Allegro 中定义限高的过程如下：1、首先向器件添加子类为“ placebound 的填充区域。2、对“ placebound 填充区域赋予高度限制属性。PackageHeightmax6_23实际操作步骤如下：1、添加填充区域。选择【Shape /【Rectangular】命令，在控制窗口的【Options】 面板中将当前类和子类设为Package Geometry和Place_Bound_Top， 然后根据器件的管脚范围和中部的空间范围添加举行填充区域，如图 6_24 所示。2、赋予高度限制属性。选择【Setup】/【Areas】/【Package Height】命令, 选中所要赋予高度的区域，在控制栏中分别填写最高值和最低值（如图 6_25 所示），填写完后，再选中其他区域，将数值填写好直至所有的区 域被定义完成。Min heightM aw height:ClearResetPackage Height6_2510）移动坐标原点有时，根据工艺的要求，器件封装的坐标原点为器件的中心点，上述例子中 坐标原点为器件 1 管脚，器件的中心点为（300，650），可以将坐标原点移到 器件中心位置。选择【Setup】/【Drawing Size】命令，弹出如图6_10所示对话 框，在【MOVE ORIGIN】对应栏输入中心点坐标（300,-650）,完成坐标原 点的移动。（11）保存 SYMBOL 文件器件设计完成之后，选择【File】/【Creat Symbol】命令，弹出如图6_26所 示对话框，注意保存类型必须为*.psm，单击保存之后，开始执行生成命令，成 功之后命令栏会出现文字提示完成操作。6_26至此，手工创建 PCB 封装的工作全部完成。