CadenceAllegro元件封装制作作业流程.doc

Cadence Allegro元件封装制作步骤

1. 引言
一个元件封装制作过程以下图所表示。简单来说，首先用户需要制作自己焊盘库Pads，包含一般焊盘形状Shape Symbol和花焊盘形状Flash Symbol；然后依据元件引脚Pins选择适宜焊盘；接着选择适宜位置放置焊盘，再放置封装各层外形（如Assembly_Top、Silkscreen_Top、Place_Bound_Top等），添加各层标示符Labels，还能够设定元件高度Height，从而最终完成一个元件封装制作。

下面将分表贴分立元件，通孔分立元件，表贴IC及通孔IC四个方面来具体分述元件封装制作步骤。

2. 表贴分立元件
分立元件通常包含电阻、电容、电感、二极管、三极管等。
对于贴片分立元件，以0805封装为例，其封装制作步骤以下：
2.1. 焊盘设计
2.1.1. 尺寸计算
表贴分立元件，关键对于电阻电容，焊盘尺寸计算以下：
侧视图
底视图
封装底视图
K
H
K
P
X
R
Y
W
G
L

其中，K为元件引脚宽度，H为元件引脚高度，W为引脚长度，P为两引脚之间距离（边距离，非中心距离），L为元件长度。X为焊盘长度，Y为焊盘宽度，R为焊盘间边距离，G为封装总长度。则封装各尺寸可按下述规则：
1) X=Wmax+2/3*Hmax+8 mil
2) Y=L，当L<50 mil；Y=L+ (6~10) mil，当L>=50 mil时
3) R=P-8=L-2*Wmax-8 mil；或G=L+X。这两条选一个即可。个人认为后者更轻易了解，相当于元件引脚外边缘处于焊盘中点，这在元件尺寸较小时很适合（尤其是当Wmax标得不按时，第一个标准对封装影响很大），但若元件尺寸较大（比如说钽电容封装）则会使得焊盘间距过大，不利于机器焊接，这时候就能够选择第一条标准。本文介绍中统一使用第二个。
注：实际选择尺寸时多选择整数值，假如手工焊接，尺寸多或少多个mil影响均不大，可视具体情况自由选择；若是机器焊接，最好联络工厂得到其推荐尺寸。比如需要紧凑封装则能够选择小一点尺寸；反之亦然。
另外，还有以下三种方法能够得到PCB封装尺寸：
u 经过LP Wizard等软件来取得符合IPC标准焊盘数据。
u 直接使用IPC-SM-782A协议上封装数据（据初步了解，协议上尺寸通常偏大）。
u 假如是机器焊接，能够直接联络厂商给出推荐封装尺寸。

2.1.2. 焊盘制作
Cadence制作焊盘工具为Pad_designer。
打开后选上Single layer mode，填写以下三个层：
1) 顶层（BEGIN LAYER）：选矩形，长宽为X*Y；
2) 阻焊层（SOLDERMASK_TOP）：是为了把焊盘露出来用，也就是通常说绿油层实际上就是在绿油层上挖孔，把焊盘等不需要绿油盖住地方露出来。其大小为Solder Mask=Regular Pad+4~20 mil（伴随焊盘尺寸增大，该值可酌情增大），包含X和Y。
3) 助焊层（PASTEMASK_TOP）：业内俗称“钢网”或“钢板”。这一层并不存在于印制板上，而是单独一张钢网，上面有SMD焊盘位置上镂空。这张钢网是在SMD自动装配焊接工艺中，用来在SMD焊盘上涂锡浆膏用。其大小通常和SMD焊盘一样，尺寸略小。
其它层能够不考虑。
以0805封装为例，其封装尺寸计算以下表：

mm
mil
确定mil值
长
2
78.74015748

宽
1.27
50

高(max)
1.25
49.21259843

W(max)
0.7
27.55905512

X
1.
52.36745407
50
Y
1.27
50
60
G
3.
131.1076115
130
可见焊盘大小为50*60 mil。该焊盘设置界面以下：

保留后将得到一个.pad文件，这里命名为Lsmd50_60.pad。

2.2. 封装设计
2.2.1. 各层尺寸约束
一个元件封装可包含以下多个层：
1) 元件实体范围（Place_bound）
含义：表明在元件在电路板上所占位置大小，预防其它元件侵入，若其它元件进入该区域则自动提醒DRC报错。
形状：分立元件Place_bound通常选择矩形。
尺寸：元件体和焊盘外边缘+10~20mil，线宽不用设置。
2) 丝印层（Silkscreen）
含义：用于注释一层，这是为了方便电路安装和维修等，在印刷板上下两表面印刷上所需要标志图案和文字代号等，比如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。
形状：分立元件Silkscreen通常选择中间有缺口矩形。若是二极管或有极性电容，还可加入部分特殊标识，如在中心绘制二极管符号等。
尺寸：比Place_bound略小（0~10 mil），线宽可设置成5mil。
3) 装配层（Assembly）
含义：用于将多种电子元件组装焊接在电路板上一层，机械焊接时才会使用到，比如用贴片机贴片时就需要装配层来进行定位。
形状：通常选择矩形。不规则元件能够选择不规则形状。需要注意是，Assembly指是元件体区域，而不是封装区域。
尺寸：通常比元件体略大即可（0~10mil），线宽不用设置。

2.2.2. 封装制作
Cadence封装制作工具为PCB_Editor。可分为以下步骤：
1) 打开PCB_Editor，选择File->new，进入New Drawing，选择Package symbol并设置好存放路径和封装名称（这里命名为LR0805），以下图所表示：

2) 选择Setup->Design Parameter中可进行设置，如单位、范围等，以下图所表示：

3) 选择Setup->Grids里能够设置栅格，以下图所表示：

4) 放置焊盘，假如焊盘所在路径不是程序默认路径，则能够在Setup->User Preferences中进行设计，以下图左所表示，然后选择Layout->Pins，并在options中选择好配置参数，以下图中所表示，在绘图区域放置焊盘。放置时能够使用命令来正确控制焊盘位置，如x -40 0表示将焊盘中心在图纸中(-40,0)位置处。放置两个焊盘以下图右所表示。

5) 放置元件实体区域（Place_Bound），选择Shape->Rectangular，options中以下图左设置，放置矩形时直接定义两个顶点即可，左上角顶点为x -75 40，右下角顶点为x 75 -40。绘制完后以下图右所表示。

6) 放置丝印层（Silkscreen），选择Add->Lines，options中以下图左所表示。绘制完后以下图右所表示。

7) 放置装配层（Assembly），选择Add->Lines，options中以下图左所表示。放置完后以下图右所表示，装配层矩形则表示实际元件所处位置。

8) 放置元件标示符（Labels），选择Layout->Labels->RefDef，标示符包含装配层和丝印层两个部分，options里设置分别以下图左和中所表示，因为为电阻，均设为R*，绘制完后以下图右所表示。

9) 放置器件类型（Device，非必需），选择Layout->Labels->Device，options中设置以下图左所表示。这里设置器件类型为Reg*，以下图右所表示。

10) 设置封装高度（Package Height，非必需），选择Setup->Areas->Package Height，选中封装，在options中设置高度最小和最大值，以下图所表示。

11) 至此一个电阻0805封装制作完成，保留退出后在对应文件夹下会找到LR0805.dra和LR0805.psm两个文件（其中，dra文件是用户可操作，psm文件是PCB设计时调用）。

3. 直插分立元件
通孔分立元件关键包含插针电阻、电容、电感等。本文档将以1/4WM型直插电阻为例来进行说明。
3.1. 通孔焊盘设计
3.1.1. 尺寸计算
设元件直插引脚直径为：PHYSICAL_PIN_SIZE，则对应通孔焊盘各尺寸以下：
1) 钻孔直径DRILL_SIZE =PHYSICAL_PIN_SIZE+12 mil，PHYSICAL_PIN_SIZE<=40
=PHYSICAL_PIN_SIZE+16 mil，40<PHYSICAL_PIN_SIZE<=80
=PHYSICAL_PIN_SIZE+20 mil，PHYSICAL_PIN_SIZE>80
2) 规则焊盘Regular Pad =DRILL_SIZE+16 mil，DRILL_SIZE<50 mil
=DRILL_SIZE+30 mil，DRILL_SIZE>=50 mil
=DRILL_SIZE+40 mil，DRILL_SIZE为矩形或椭圆形
3) 阻焊盘Anti-pad =Regular Pad+20 mil
4) 热风焊盘 内径ID =DRILL_SIZE+20 mil
外径OD =Anti-pad=Regular Pad+20 mil
=DRILL_SIZE+36 mil，DRILL_SIZE<50 mil
=DRILL_SIZE+50 mil，DRILL_SIZE>=50 mil
=DRILL_SIZE+60 mil，DRILL_SIZE为矩形或椭圆形
开口宽度=（OD-ID）/2+10 mil

3.1.2. 焊盘制作
以1/4WM型直插电阻为例，其引脚直径20 mil，依据上述标准，钻孔直径应该为32 mil，Regular Pad直径为48 mil，Anti-pad直径为68 mil，热风焊盘内径为52 mil，外径为68 mil，开口宽度为18 mil。焊盘制作过程分两大步骤：制作热风焊盘和制作通孔焊盘。
首先制作热风焊盘。使用PCB Designer工具，步骤以下：
1) 选择File->New，在New Drawing对话框中选择Flash symbol，命名通常以其外径和内径命名，这里设为TR_68_52，以下图所表示。

2) 选择Add->Flash，根据上述尺寸进行填写，以下图左所表示。完成后，以下图右所表示。

热风焊盘制作完成后，能够进行通孔焊盘制作。使用工具为Pad_Designer。步骤以下：
1) File->New，新建Pad，命名为pad48cir32d.pad，其中，48表示外径，cir表示圆形，32表示内径，d表示镀锡，用在需要电气连接焊盘或过孔，若是u则表示不镀锡，通常见于固定孔。
2) 在Parameters选项中设置以下图所表示。图中孔标识处本文选择了cross，即一个“+”字，也可选择其它图形，如六边形等。

3) 在Layer中需填写以下多个层。通常情况下，一个通孔示意图以下图所表示。

a. 顶层（BEGIN LAYER）
依据需要来选择形状和大小，通常和Regular Pad相同，也能够选择其它形状用于标示部分特殊特征，比如有极性电容封装中用正方形焊盘标示正端。这里设置成圆形，直径为48 mil。
b. 中间层（DEFAULT_INTERNAL）
选择适宜尺寸热风焊盘；注意，若热风焊盘存目录并非安装目录，则需要在PCB Designer中选择Setup->User Preferences中psmpath中加入合适路径，以下图所表示。

c. 底层（END_LAYER）
通常和顶层相同，能够copy顶层设置并粘贴到底层来。
d. 阻焊层（SOLDERMASK_TOP和SOLDERMASK_BOTTOM）：Solder Mask=Regular Pad+4~20 mil（焊盘直径越大，这个值也可酌情增大）。
e. 助焊层（PASTEMASK_TOP和PASTEMASK_BOTTOM）：这一层仅用于表贴封装，在直插元件通孔焊盘中不起作用，但能够设置，会被忽略。
f. 预留层（FILMMASK_TOP和FILMMASK_BOTTOM）：预留，可不用。
最终该通孔焊盘layer层参数配置以下图所表示。

3.2. 封装设计
3.2.1. 各层尺寸约束
除丝印层形状外，直插分立元件约束和2.2.1节基础类似。
对于丝印层，其形状和元件性质相关：
1) 对于直插式电阻、电感或二极管，丝印层通常选择矩形框，在两个焊盘内部，且两端抽头；
2) 对于直插式电容，通常选择丝印框在焊盘之外，若是扁平无极性电容，形状选择矩形；若是圆柱有极性电容，则选择圆形。
3) 对于需要进行标识，如有极性电容电容正端或二极管正端等，除却焊盘做成矩形外，丝印层也可视具体情况进行标识。

3.2.2. 封装制作
仍然以1/4WM型直插电阻为例，其引脚直径20 mil，引脚间距400 mil，元件宽度约80 mil，元件长度为236mil，直插电阻封装命名通常为AXIAL-xx形式（比如AXIAL-0.3、AXIAL-0.4），后面xx代表焊盘中心间距为xx英寸，这里命名为AXIAL-0.4L。其封装制作步骤以下（和2.2.2节中相同部分将省略）：
1) 放置焊盘，放置两个焊盘以下图所表示。

2) 放置元件实体区域（Place_Bound），绘制完后以下图右所表示。

3) 放置丝印层（Silkscreen），选择Add->Lines，options中以下图左所表示。绘制完后以下图右所表示。

4) 放置装配层（Assembly），选择Add->Lines，options中以下图左所表示。放置完后以下图右所表示，装配层矩形则表示实际元件所处位置。

5) 放置元件标示符（Labels）和器件类型（Device），以下图左所表示。

6) 设置封装高度（Package Height，非必需）。设置高度为60~120 mil。

4. 表贴IC
表贴IC是现在电子系统设计过程中使用最为广泛地，本文以集成运放AD8510SO8为例来进行叙述。其尺寸图以下所表示。

4.1. 焊盘设计
4.1.1. 尺寸计算
1) 对于如SOP，SSOP，SOT等符合下图表贴IC。其焊盘取决于四个参数：脚趾长度W，脚趾宽度Z，脚趾指尖和芯片中心距离D，引脚间距P，以下图：
W
D
Z
X
Y
W
S

焊盘尺寸及位置计算：X=W+48 mil
S=D+24 mil
Y=P/2+1，当P<=26 mil；Y=Z+8，当P>26 mil。
2) 对于QFN封装，因为其引脚形式完全不一样，通常遵照下述标准：
PCB I/O焊盘设计应比QFNI/O焊端稍大一点，焊盘内侧应设计成圆形（矩形亦可）以配合焊端形状，具体请参考图2 和表1。

经典QFN元件I/O焊端尺寸（mm）
经典PCB I/O焊盘设计指南（mm）
焊盘间距
焊盘宽度（b）
焊盘长度（L）
焊盘宽度（X）
外延（Tout）
内延（Tin）
0.8
0.33
0.6
正常0.42
最小0.15
最小0.05
0.65
0.28
0.6
正常0.37
最小0.15
最小0.05
0.5
0.23
0.6
正常0.28
最小0.15
最小0.05
0.5
0.23
0.4
正常0.28
最小0.15
最小0.05
0.4
0.20
0.6
正常0.25
最小0.15
最小0.05
假如PCB有设计空间， I/O焊盘外延长度（Tout）大于0.15mm，能够显著改善外侧
焊点形成，假如内延长度（Tin）大于0.05mm，则必需考虑和中央散热焊盘之间保留足够
间隙，以免引发桥连。通常情况下，外延取0.25 mm，内延取0.05 mm。手工焊接时外延可更长。
以下是经典例子：

4.1.2. 焊盘制作
参考AD8056SO8封装尺寸，W=（16+50）/2=33 mil，P= 50mil，Z=（19.2+13.8）/2=17.5 mil，故而X取80 mil，Y取25 mil。
制作具体过程同2.1.2，参数配置界面以下图所表示。

4.2. 封装设计
4.2.1. 各层尺寸约束
除丝印层外，表贴IC各层约束规则和2.2.1类似，这里不再赘述。
对于丝印层，表贴IC丝印框和引脚内边间距10mil左右，线宽5mil，形状和该IC封装息息相关，通常为带有一定标识矩形（如切角或打点来表示第一脚）。对于sop等两侧引脚封装，长度边界取IC非引脚边界即可。丝印框内靠近第一脚打点标识，丝印框外，第一脚周围打点标识，打点线宽视元件大小而定，适宜即可。对于QFP和BGA封装（引脚在芯片底部封装），通常在丝印框上切角表示第一脚位置。
4.2.2. 封装制作
参考AD8056SO8封装尺寸，D=（228.4+244）/4=118.1 mil，故而S=142 mil，取140 mil。和2.2.2中反复部分这里不再赘述。
1) 放置焊盘
能够选择批量放置焊盘，options中设置以下图左所表示，放置完后以下图右所表示。

2) 放置外形和标识
这里和2.2.2基础，最终封装以下图所表示：

5. 通孔IC
本文档以一个DIP8封装为例来进行说明。DIP封装尺寸以下图所表示。

5.1. 通孔焊盘设计
通孔焊盘设计过程和3.1节类似，区分在于对于通孔IC，通常会用一个特殊形状通孔来表示第一脚，这里第一脚焊盘用正方形，其它为圆形。
引脚直径d（通常引脚并非圆柱而是矩形，此时d应该取长度）为0.46 mm，靠近20 mil，故钻孔直径32 mil，焊盘直径48 mil，Anti-pad直径为68 mil，热风焊盘内径为52 mil，外径为68 mil，开口宽度为18 mil。命名为pad48cir32d.pad，和3.1.2节相同。
因为还需要一个正方形焊盘，命名为pad48sq32d.pad，其设置以下图所表示。

5.2. 封装设计
封装设计过程和前所述基础类似。这里仅给出每一步截图。
1) 批量放置8个焊盘以下图左，更换掉1脚焊盘后以下图右。更换时可使用Tools->Replace命令，其options设置以下图中所表示。

2) 放置各层外形和标识后以下图所表示。