PCB 零件封装的创建 孙海峰 零件封装是安装半导体集成电路芯片的外壳，主要起到安装、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用， 它是芯片内部电路与外部电路的桥梁。 随着电子技术飞速发展， 集成电路封装技术也越来越先进， 使得芯片内部电路越来越复杂的情况下，芯片性能不但没受影响，反而越来越强。 在 Cadence 软件中， 设计者要将绘制好的原理图正确完整的导入 PCB Editor中，并对电路板进行布局布线，就必须首先确定原理图中每个元件符号都有相应的零件封装（PCB Footprint） 。虽然软件自带强大的元件及封装库，但对于设计者而言，往往都需要设计自己的元件库和对应的零件封装库。在 Cadence 中主要使用 Allegro Package 封装编辑器来创建和编辑新的零件封装。 一、进入封装编辑器 要创建和编辑零件封装，先要进入 Allegro Package 封装编辑器界面，步骤如下： 1、执行“开始/Cadence/Release 16.3/PCB Editor”命令，弹出产品选择对话框，如下图， 点击 Allegro PCB Design GXL 即可进入 PCB 设计。 2、在 PCB 设计系统中，执行 File/New 将弹出 New Drawing 对话框如下图， 该对话框中，在 Drawing Name中填入新建设计名称，并可点击后面 Browse改变设计存储路径；在 Template栏中可选择所需设计模板；在 Drawing Type栏中， 选择设计的类型。 这里可以用以设计电路板 （Board） 、 创建模型 （Module） ，还可以用以创建以下各类封装： （1 ）封装符号（Package Symbol） 一般元件的封装符号, 后缀名为*.psm。PCB 中所有元件像电阻、电容、电感、IC 等的封装类型都是 Package Symbol； （2 ）机械符号（Mechanical Symbol） 由板外框及螺丝孔所组成的机构符号, 后缀名为*.bsm。有时设计 PCB 的外框及螺丝孔位置都是一样的, 比如显卡, 电脑主板, 每次设计 PCB时要画一次板外框及确定螺丝孔位置, 显得较麻烦。 这时我们可以将 PCB的外框及螺丝孔建成一个 Mechanical Symbol, 设计 PCB 时, 调用 Mechanical Symbol 即可。 （3 ）格式符号（Format Symbol） 由图框和说明所组成的元件符号, 后缀名为*.osm。 （4 ）形状符号（Shape Symbol） 用以建立特殊形状的焊盘用, 后缀为*.ssm。像金手指封装的焊盘即为一个不规则形状的焊盘, 在建立此焊盘时要先将不规则形状焊盘的形状建成一个Shape Symbol, 然后在建立焊盘中调用此 Shape Symbol。 （5 ）嚗光符号（ Flash Symbol） 焊盘连接铜皮导通符号 , 后缀名为*.fsm。在 PCB 设计中, 焊盘与其周围的铜皮相连, 可以全包含, 也可以采用梅花辨的形式连接, 我们可以将此梅花辨建成一个 Flash Symbol, 在建立焊盘时调用此Flash Symbol。 其中 Package symbol即是有电气特性的零件封装, 其中 Pad是 Package symbol构成的基础。 3、选定设计路径和名称，而后选择 Package Symbol，点击 OK，则进入 Allegro Package 工作界面如下图。 二、创建元件封装 接下来就是创建元件封装了，在 Allegro Package 工作界面下，可以用两种方式进行零件封装的创建。 1、使用向导创建封装零件 有些比较常见的封装类型， 可以直接使用封装向导 Package Symbol （Wizard）来设计零件封装。具体步骤如下： （1）在新建项目时，在 New Drawing 对话框中选择 Package Symbol（Wizard） ； （2）点击 OK 进入 Package Symbol Wizard 界面， 选择所需要的零件封装，向导中包含 DIP、SOIC、PLCC/QFP、PGA/BGA、TH DISCRETE、SMD DISCRETE、SIP、ZIP这些封装类型，以选择 DIP封装类型为例作封装创建； （3）点击 Next，进入 Package Symbol Wizard-Template 对话框，选择封装外形模板， 可以使用用户自定义模板（Custom Template） ，也可以使用软件自带默认模板（Default Cadence supplied Template） ，使用默认模板时点击下方 Load Template即可加载默认封装模板； （4）点击 Next，进入 Package Symbol Wizard-General Parameters 界面， 在这个界面中确定封装创建时的尺寸精度和它的标识Reference； （5）点击 Next，进入 Package Symbol Wizard-DIP Parameters 界面， 这里选择封装引脚数、引脚尺寸以及封装外形尺寸； （6 ）点击 Next，进入 Package Symbol Wizard-Padstacks 界面，用以选择封装引脚（pins）和 1 号引脚（pin 1）的焊盘规格； （7）点击 Next 进入 Package Symbol Wizard-Symbol Compilation 界面，来设置封装定位原点，并确定是否完成封装的自动完成； （8）再下一步就是封装创建向导的 Summary 用以总结封装创建，点击 OK则自动创建 Package Symbol。 这样就用向导方便快捷地创建了新的零件封装， 以上向导中出现的集中比较常见的封装类型都可以由向导直接创建。 其中如果焊盘不适合设计， 设计者也可以在 Pad Designer 中先设计好自己所需的焊盘，设计封装时调用就可以了。 2、手动创建封装零件 使用封装向导来建立封装快捷、方便，但是设计中所用到的封装远不止向导中那几种类型， 设计者还需要设计许多向导中没有的封装类型， 手动建立零件封装时不可避免的。 在 PCB Editor 中新建 Package Symbol，在 Allegro Package 工作界面中手动新建零件封装。 （1）基本设置：在建立封装之前，先要设定页面的基本情况，执行 Setup Parameters 命令， 弹出 Design Parameters Editor对话框， 选择 Design 选项如下图。 其中 Command Parameters 标签内容用以设置绘图精度、页面尺寸、设计原点和设计类型；Line Lock 标签内容用以设置绘图时的走线属性；Symbol 标签内容用以设定封装高度和摆放默认角度；Parameter Description 用以总体描述。 （2） 设置栅格点： 栅格点的设置是很重要的， 无论封装建立还是 PCB 设计。如果栅格点过大，可能会出现封装引脚相距过远或 PCB 有时无法正常走线等问题。执行 Setup/Grid 命令，弹出 Define Grid 对话框，如下图。 在对话框中设定电气层、非电气层、顶层和底层设计中的横向、纵向栅格点间距，便于以后的设计。 （3 ）添加引脚：执行 Layout/Pins命令，再点击右边 Options窗口，对里面 Connect选项内容进行设置，以确定引脚排列方式。 Padstack 选择引脚对应焊盘类型，点击后面浏览按钮选择库中焊盘； Copy mode 选择 Rectangular； X、Y 右侧设定 X、Y 方向上引脚的数量、间距和增量方向； Rotation 中设定引脚放置的角度； Pin#设定每次画引脚时的起始编号； Inc 设定引脚编号增量； Text block 设定引脚编号字体； Offset X、Offset Y 设定引脚编号文字相对于原点的偏移量。 完成引脚的基本设定后，根据设计尺寸和原点设置，计算好引脚开始坐标，而后在命令框中输入该坐标（如：x -50 50） ，则引脚按照基本设定排列，从该起始点依次放置，再按照这样的步骤放置好其它引脚，完成引脚的放置，如下图。 （4 ）添加封装外形 引脚放置完成后，需要添加零件的封装外形，其中有几个重要的外形是必须要添加才能完成封装，建立 Symbol。 执行 Add/Line、 Add/Rectangle等添加外形的命令，而后在 Options窗口选择不同的类可以做出不同层的外形： 选择 Package Geometry和 Assembly_Top，如下图， 再做出 Assembly_Top的封装外形，可以手动画出外形，也可以在命令栏中输入 x a b的命令，以确定外形走线起始点和终点，从而画出外形图； 选择Package Geometry和 Silkscreen_Top，如下图， 则可以作出丝印层外形尺寸。 （5 ）添加标示符 放置好元件封装的 Assembly_Top层和 Silkscreen_Top层的标示符。 执行 Layout/Labels/RefDes命令，然后再 Options窗口，选择与上面对应的类和子类， 选择 Package Geometry类， 选择 Assembly_Top和 Silkscreen_Top子类，可以分别对封装的这两层进行标识，并可设定标识字体尺寸。 （6 ）添加元件安装外形 以上 Package Geometry类中 Assembly_Top层和 Silkscreen_Top层的外形、标识符都放置完成后，在生成零件 Package Symbol之前，必须放置零件的安装外形，即零件的实体大小。 执行 Add菜单下添加命令，选择添加类型，并在 Options窗口选择 Package Geometry类，Place_Bound_Top子类，如下图。 然后，根据零件实体大小，画出零件安装外形尺寸。 （7）生成零件封装 以上引脚、 各层外形、 标示符等都完成放置后， 就可以生成零件封装符号了。执行 File/Create Symbol，在弹出的 Create Symbol 窗口中，选择封装存入路径，然后 “保存 （S） ” ， 则在相应路径中生成*.psm文件， 这就是零件 Package Symbol，在以后设计 PCB 时就可以调用这个封装了。 封装成功生成后，在命令栏中会产生以下命令。 三、创建焊盘 焊盘设计在 PCB 设计中是非常关键的，焊盘本身设计结构影响着焊点的可靠性，以及加工时的可操作性，电路板上焊盘还确定了元件的焊接位置。 在创建零件封装时，需要为每个引脚选择合适的焊盘，Allegro 提供了大量的焊盘库供设计者调用， 但设计者还是需要根据自己的要求创建自己的焊盘库建立自己所需的焊盘。 在 Allegro PCB 设计系统中，Pad Designer 工具专门被用来做焊盘的创建和编辑，焊盘后缀为*.pad。下面就来阐述一下焊盘创建的具体流程。 1、进入 Pad Design 工作界面 执行“开始/程序/Cadence/Release 16.3/PCB Editor Utilities/Pad Designer”命令，进入 Pad Designer 工作界面。 （1）菜单栏：File 用以创建或保存焊盘，Reports 用以生成相关焊盘操作报告，Help 用以提供设计者相关帮助。 （2 ）工作区：工作区中有两个选项卡，每个选项卡功能各有不同，其中Parameters选项卡中, Summary显示焊盘总结， Units区域用以指定焊盘编辑时的单位类型和精度，Usage options区域用以选择焊盘用途，Multiple drill用以焊盘的多孔设置，Drill/Slot hole用以设置钻孔参数，Drill/Slot Symbol用以设置钻孔符号设置，Top view窗口则用以观察焊盘顶层预览；Layers选项卡中，Padstack layers用以编辑焊盘叠层，views窗口可以预览焊盘，Regular Pad、Thermal Relief、Anti Pad三个选项栏用以设置焊盘相应层的几何形状。 2、创建焊盘 在 Pad Designer 界面，执行 File/New 命令，根据上面工作区的介绍， 即可在Parameters 选项卡中先要进行设计的基本设置。 3、设置焊盘叠层 在 Layers 选项卡中，选择某一层，并可进行该层形状尺寸设置。创建焊盘时，必须设置好 BEGIN LAYER(起始层)、DEFAULT LAYER（默认层） 、END LAYER（截止层） 、SOLDERMASK_TOP（顶层阻焊层） 、SOLDERMASK_BOTTOM（底层阻焊层） 、PASTEMASK_TOP（顶层加焊层） 、PASTEMASK_BOTTOM（底层加焊层）等形状尺寸。 在 Pad stack layers 标签下，进行焊盘叠层编辑。 在下图 Regular Pad、Thermal Relief、Anti Pad三个选项栏中对所选层（Current layer）进行焊盘形状的选择操作。 其中若设计者需要其它自己设计的焊盘形状，则可点击 Shape后面的，在弹出的 Select shape symbol对话框，选择设计者所需要的形状即可。 设计者可以先设计出自己想要的 Shape Symbol， 然后在这里就可以调用相应的形状了。 4、焊盘预览 在其中 views 窗口可以即时观察焊盘剖面和顶层预览。 5、保存焊盘 执行 File/Save as 命令，将弹出 Pse_Save_As 对话框，则可以保存该焊盘。 6、查看焊盘报表 执行 Reports/Padstack Summary 将生成焊盘报表，能看到详细的焊盘信息。 7、特殊焊盘形状绘制 有些引脚焊盘形状比较特殊，例如用于内存、显卡的金手指形状焊盘，在Pad Designer 的焊盘形状库中不存在这类特殊焊盘外形，设计者就必须先创建新的 Shape Symbol，然后才能在设计焊盘时被调用。下面，我就以创建金手指焊盘形状为例，来阐述特殊焊盘形状建立过程。 （1）在 PCB Editor 中创建 Shape Symbol 如下图。 （2）进入 Allegro Shape 设计界面，在 Setup 菜单栏下设置页面基本属性和栅格点情况。 （3）添加各类图形：执行 Shape 菜单栏下的相关命令，用以添加不同的形状。在金手指图形设计中，先执行 Shape/Rectangular，Options 窗口就选择默认设置，即 Etch、Top 和形状填充 Static solid，在命令栏中输入起始点坐标按回车键、终点坐标按回车键，就可以从始终点直接画出该矩形。 此后再根据这种方法，执行 Shape/Circular 命令添加两端圆形。 （4）合并各类图形：执行 Shape/Merge Shapes 命令，对分散的图形进行适当的整合，将不同图形合并成一个 Shape Symbol。 （5）保存该图形：执行 Create Symbol 命令创建图形符号，选择创建路径，则在相应的路径下得到*.ssm 文件即为图形符号，并将该图形符号保存到设计者自己的图形符号文件夹中。 （6）设定图形库： 在 PCB Editor 中， 执行 Setup/User Preferences， 弹出 User Preferences Editor 对话框，点击 Paths/Library，在右边编辑 psmpath 库调用的路径，添加设计者图形库路径。 （7）调用图形符号：完成 Shape Symbol 的建立和库路径设置后，启动 Pad Designer 焊盘编辑工具，在 Layers 选项卡下，点击 Shape 后面的浏览按钮，在弹出的 Select shape symbols 对话框中就可以调用新建的图形符号了。 这样就可以完成创建特殊图形符号的焊盘，然后在 Package Symbol中就可以调用这些特殊焊盘来添加引脚了。 例如，完成金手指焊盘后，创建封装如下图。 注意：Pads的阻焊层尺寸比焊盘自身大 0.1mm左右，例如上面的金手指焊盘如下。 从上面这样一个自上而下的描述方式， 能够清楚地理解一个零件的封装的基本过程，可以把封装结构归纳成下面的框图。 从上面这个零件封装的自上而下的结构图， 就可以知道应该如何去建立一个封装了。设计者应该首先创建自己的Shape Symbol图形库，然后制作自己的焊盘库 Pads，再由焊盘确定引脚 Pins 结构。 然后在创建 Package Symbol 的工作界面上，放置符合要求的 Pins，画出封装各层的外形，添加各层标识符，最后创建 Symbol 即可得到设计者所需要的元件封装了。 零件封装（Package 外形 （Assembly_Top、 Silkscreen_Top、Place_Bound_Top） 引脚 （Pins） 标示符（Assembly_Top、Silkscreen_Top） 焊盘 （Pads） 普通焊盘形状 （Shape Symbol） 花焊盘形状 （Flash Symbol）