概述
焊盤是放置焊錫從而連接導線和元器件的引腳,它是PCB設計中最常接觸也是最重要的概念之一。在設計焊盤的時候,需要考慮以下幾點因素。
1、發熱量的多少
2、電流的大小
3、當形狀上長短不一致時,要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大
4、需要在元器件引腳之間佈線時,選用長短不同的焊盤
5、焊盤的大小要按元器件引腳的粗細分別進行編輯確定
6、對於DIP封裝的元器件,第1引腳一般爲正方形,其他爲圓形
根據元器件管腳封裝的不同,焊盤通常分爲通過孔焊盤和貼片焊盤。
用到的軟件
Cadence軟件中,採用Pad Designer來製作焊盤,同時可能還需要用PCB Editor中建立Flash symbol來製作熱風焊盤。
在Pad Designer中添加熱風焊盤之前,需要將生成的熱風焊盤文件路徑添加進去,這樣在後面繪製pad文件的時候能夠順利的找到flash文件。
具體的方法如下:
Setup -> User Preferences,路徑Paths -> Library,修改padpath和psmpath的Value值,將剛纔建立的flash文件路徑添加進來。
焊盤的層面剖析
通過孔焊盤:從頂到底依次是
a)、頂層防焊層或阻焊層(SolderMask_Top)
b)、頂層引腳(Pin>Top)
c)、熱風焊盤(Thermal Relief)
d)、阻焊盤(Anti pad)
e)、底層引腳(Pin>Bottom)
f)、底層防焊層或阻焊層(SolderMask_Bottom)
貼片焊盤:從頂到底依次是
a)、頂層錫膏防護層(PasteMask_Top)
b)、頂層阻焊層或阻焊層(SolderMask_Top)
c)、頂層(Top)
Allegro中的各層的定義
1、元件的物理焊盤
1)規則焊盤(Regular Pad)。有圓形、方形、橢圓形、矩形、八邊形、任意形狀(Shape)
2)熱風焊盤(Thermal Relief)。有圓形、方形、橢圓形、矩形、八邊形、任意形狀(Shape)
3)抗電邊距(Anti Pad)。用於防止管腳和其他網絡相連。有圓形、方形、橢圓形、矩形、八邊形、任意形狀(Shape)。
Regular pad(正規焊盤)主要是與top layer,bottom layer,internal layer等所有的正片進行連接(包括佈線和覆銅)。一般應用在頂層,底層,和信號層,因爲這些層較多用正片。
Thermal Relief(熱風焊盤),Anti Pad(隔離盤),主要是與負片進行連接和隔離絕緣。一般應用在VCC或GND等內電層,因爲這些層較多用負片。但是我們在begin layer和end layer也設置Thermal Relief(熱風焊盤),Anti
Pad(隔離盤)的參數,那是因爲begin layer和end layer也有可能做內電層,也有可能是負片。
對於一個固定焊盤的連接,如果你這一層是正片,那麼就是通過你設置的Regular Pad與這個焊盤連接,Thermal Relief(熱風焊盤),Anti Pad(隔離盤)在這一層無任何作用。如果這一層是負片,就是通過Thermal Relief(熱風焊盤),Anti Pad(隔離盤)來進行連接和隔離,Regular Pad在這一層無任何作用。當然,一個焊盤也可以用Regular Pad與top layer的正片同網絡相連,同時,用Thermal Relief(熱風焊盤)與GND內電層的負片同網絡相連。
對於一個固定焊盤的連接,如果你這一層是正片,那麼就是通過你設置的Regular Pad與這個焊盤連接,Thermal Relief(熱風焊盤),Anti Pad(隔離盤)在這一層無任何作用。如果這一層是負片,就是通過Thermal Relief(熱風焊盤),Anti Pad(隔離盤)來進行連接和隔離,Regular Pad在這一層無任何作用。當然,一個焊盤也可以用Regular Pad與top layer的正片同網絡相連,同時,用Thermal Relief(熱風焊盤)與GND內電層的負片同網絡相連。
2、阻焊層(SolderMask):
阻焊層是PCB的非佈線層,是指板子上要上綠油的部分。阻焊層使用的是負片輸出,所以在阻焊層的形狀映射到板子上以後,並不是上了綠油阻焊,反而是露出了銅皮。通常爲了增大銅皮的厚度,採用阻焊層上劃線去綠油,然後加錫達到增加銅線厚度的效果。
3、助焊層(PasteMask):
機器貼片的時候用的,對應着貼片元件的焊盤。在SMT加工時,通常採用一塊鋼板將PCB上對應着元器件焊盤的地方打孔,然後鋼板上上錫膏,PCB在鋼板下的時候,錫膏漏下去,也就剛好每個焊盤上都能沾上焊錫,所以通常阻焊層不能大於實際的焊盤的尺寸。用“<=”最恰當不過。
4、預留層(FilmMask)
用於添加用戶自定義信息,應用比較少,用戶自己設定。
Allegro中的各層的尺寸規格
元器件引腳的直徑(D) | PCB焊盤孔徑 |
D<=40mil | D+12mil |
40mil<D<80mil | D+16mil |
D>80mil | D+20mil |
規則焊盤(Regular Pad):具體尺寸根據實際封裝的大小進行設置。推薦參照《IPC-SM-782A Surface Mount Design and Land Pattern Standard》。
熱風焊盤(Thermal Relief):內徑(ID)等於鑽孔直徑+20mil,外徑(OD)等於Anti Pad的直徑,開口寬度等於(OD-ID)/2+10mil,如果Regular Pad尺寸小於40mil,需要適當減小尺寸差異。
抗電邊距(Anti Pad):通常要比規則焊盤尺寸大20mil,如果Regular Pad尺寸小於40mil,需要適當減小尺寸差異。
阻焊層(SolderMask):通常比規則焊盤大4mil。
助焊層(PasteMask):通常和規則焊盤大小相仿。
熱風焊盤的製作
熱風焊盤的製作根據焊盤的外形形式分爲標準和非標準熱風焊盤,圓形焊盤爲標準熱風焊盤,其他形式爲非標準熱風焊盤。
標準熱風焊盤可以通過設置“Thermal Pad Symbol”對話框,軟件自動生成需要的熱風焊盤。用戶需要設置內徑,外徑,開口寬度,數量及角度,具體的製作流程和效果如下。
1、新建“Flash Symbol”工作環境
啓動Allegro,執行菜單命令“File”->“New”,Type選擇“Flash symbol”,在Name中輸入你想要的名字,點擊“Browse”按鈕指定存放目錄,單擊“OK”進入編輯界面。
2、設置熱風焊盤參數
執行菜單命令“Add”->“Flash”,彈出“Thermal Pad Symbol”對話框,設置參數如下。
內徑45mil,外徑70mil,開口寬度20mil,數量4及角度45°
3、生成效果如下
非標準熱風焊盤的製作同第1步,然後通過添加Shape的方式,繪製出你想要的熱風焊盤形狀,製作效果如下。
焊盤的製作
焊盤的製作需要用到“Pad Designer”軟件,通過設置“Parameter”和“Layer”選項卡來實現。具體操作過程就不在這裏細說了,大家可以參考相關的書籍和視頻。在我看來,製作焊盤最關鍵的是要理解焊盤每個層的定義和尺寸設置的規則,這樣你才能設計出符合生產要求的元器件焊盤。
下面以通過孔焊盤爲例進行演示,具體設置參數如下。
過孔直徑32mil,規則焊盤直徑50mil,熱風焊盤選擇製作好的Flash Symbol,Anti Pad直徑同熱風焊盤外徑70mil,阻焊層略大於規則焊盤,直徑60mil。
“Parameter”
“Layer”
在“Parameter”設置頁可以看到設計的效果。
參考文獻
《Cadence高速電路板設計與仿真——原理圖與PCB設計》