Allegro制作4层PCBA板的练习

心语.菲 2015-04-06

展开全文

前段时间接了个案子，需要制作一个非接触式传感器的PCBA，这里使用Candence的Orcad和Allegro16.3进行制作。

首先根据参考资料“脑电波检测电路”绘制非接触式传感器的线路如下。

参考PCBA的样板图片：

BOT面 TOP面

步骤一：创建封装

除了标准的0402封装的电阻电容以及标准的SOP-8封装的LMP7702，我们需要建立的封装还有4PIN的连接器CON4_146X50。Active触点（18个小触点，1个大触点（该触点在做PAD时添加对绿油的覆盖）），另外关于板边的shileld 所添加的过孔我们既可以以创建零件的方式也可以以添加过孔并圆形的方式来实现，在本线路中我们是以创建零件的方式来实现。关于Active触点的实现我们既可以将18个小触点和1个大触点整合成一个零件的方式来实现，也可以分别创建为2类触点，并将大触点放置中心，小触点分别放置在合适位置的方式来处理，当然也可以不做小触点，由于在做大触点焊盘是我们是设置有盖油的，此时我们只需在该层的合适位置添加圆形的solder_mask即可。在这里我们使用的是第二种处理方式，即分别创建为2类触点。

首先建立PAD，以Active触点为例，由于大触点需要覆盖绿油，我们在建立PAD时可以将SOLDERMASK_TOP和PASTEMASK_TOP设置为NULL，如左图。小触点不覆盖绿油，我们建立PAD如右图。

PAD建立完毕，开始创建封装

打开Allegro16.3,File-New,选择Package symbol.

加载pad, Layout-Pins,在Options控制面板中选择需要的PAD，如果不希望出现PIN Name,可以选择右侧的Mechanical.

加载编号，Layout-Lables-RefDes,在Options控制面板中的Active Class and Subclass中分别选择Ref Des / Assembly_Top,并将该装配编号放到合适位置。再次执行Layout-Lables-RefDes,在Options控制面板中的Active Class and Subclass中分别选择Ref Des / SilkScreen_Top,并将该丝印编号放到合适位置。

设置零件范围和限高，Setup-Areas-Package Boundary(设置范围完毕，可再设置限高Package Height)

保存零件，分别执行File-Create Symbol..., File-Create Device...,

这样，零件便创建完毕。

注意，如果我们希望所加载的多个PAD围成一个圆形，Layout-Pins后，我们可以在Options面板中的Copy mode中选择Polar,假设要生成的数量为10个，则每两个pad间的间距为360/10=36，在Angle inc中设置为36即可。

步骤二：加载网络表及板框

在Allegro中導入Netlist

File-Inport-Logic... (作用:用來指定所建封裝間的邏輯連接關系; 確保焊盤,過孔的層數與板層相同; 確保封裝引腳與元件引腳相對應) 對話框中的Import logic type選Design entry CIS 注: 成功導入后方可導入零件

另外一种方式是通过other的方式生成netlist,并在Allegro中通过other導入Netlist

ORCAD，在Formatters中选择oralgorex.dll,(默认为oraccel.dll),点确定即可生成对应的netlist文档。（注意路径）

在Allegro中通过other導入Netlist

File-Inport-Logic,用other方式生成的netlist必须在allegro中Import Logic界面的other选项。

在import netlist中选择通过ORCAD的other所生成的netlist

注：同方法一样，若要导入orcad的page等属性，以便按页摆放，必须选择Creat user-defined propeties

加载板框

方法一：直接绘制板框

本案例是直接绘制，如绘制圆形板框，Add-circle,在Options面板中的Active Class and Subclass分别设置为
Board Geometry / Outline.

方法二：加载dxf文件为板框

File-Import-DXF...

导入PCB外框前先在Allegro中設置相關圖層與CAD所建圖層一一對應。

在Allegro中设置单位：Setup/Drawing Size, 在user units中设置单位为mm或mil

在Allegro中建立subclass: Setup/subclasses, 在Board Geometry的new subclass中建立OUTLINE, TOP,BOTTOM等圖層，以便與CAD所建圖層一一對應。此處建立的圖層可方便對零件位置的控制和切換。

導入.dxf檔邊框: File-Import-DXF, 單位應一致, Edit/View layers中使Allegro與CAD中板層相對應

注：若要在原MCO的基礎上增加新的,需勾選“Incremental addition”. 若新舊MCO中心位置不對，可通過MOVE命令移動。

复合板外框

Shape/Compose shape

如将outline0125复合成板框outline, 可点选Shape/Compose shape后，框选outline0125板框，再在active class中选board geometry, add shape to subclass中选outline, OK即可

(注:如有多个OUTLINE，需将各个板的板边设置为闭合的shape线条)

1. 通过show element知，刚导进来的DXF outline 线条为line 而非shape

2. 选择shape/compose shape ,框选闭合线条。将这些闭合的单一线条转化为shape

3. 闭合后产生铜箔, 将Active class设置为Board Geometry, 将Add shape to subclass设置为outline,如图所示铜箔消失，产生一个我们所需的shape线条（高亮显示）。右键Done完成即可。

4. 此时通过show element (i)可显示该shape 信息

也可通过Edit/Z-Copy 复制，在copy to class/ subclass中选择board geometry及outline后，框选outline0125板框即可

步骤三：加载零件

设置封装库路径

1.导入零件前首先确认已建好该项目的封装库，

2.再在Allegro中设置封装库路径 Setup-User Preferences (paths中Library中的devpath,padpath, psmpath)

(Allegro15.5为config_paths中的devpath; design_paths中的padpath, psmpath)

注:点Expand, 删掉其它路径.

3.确保原理图中的封装定义与封装库中的封装定义一致，若不一致则在place零件时会弹出错误，可点viewlog…查找错误并修正。

导入零件

导入结构零件（包括光学定位点）

需在placement list中选择mechanical symbols (同时advanced settings中须勾选library)

导入符号零件

需在placement list中选择Format symbols , 可根据需要选择asize或bsize (同时advanced settings中须勾选library)

导入电气特性零件

需在placement list中选择component by refdes, (若重复调用，需在advanced settings中须勾选library)

Place-QuickPlace(常用) 或Place-Manually(逐个导入)

导入零件-- Place-QuickPlace(常用)

元件的对齐

1.设置工作状态为Placement Edit(右键选择Application Mode-Placement Edit）

2.选中要对齐的元件，并在其中的某个对象上右键，选择align comp...

3.对齐

元件的镜像: Edit-Mirror，选中需要镜像的零件即可。

步骤四：叠层及其过孔的设置

本案例所采用的为4层板且带有盲埋孔。

设置叠层：Setup-Cross-Section...，在Subclass Name中点右键新增层数。

添加盲埋孔的制作与添加

可先制作通孔Thru via，然后Setup->B/B via definitions->Define B/B via，如下图.

完成后，再在Setup->Constraints ->Constraint Manager->Physical->all layers->vias里添加B/B Via即可。

在setup中定义所需的过孔（包括盲埋孔）完毕，再打开Setup-constraints-constraints manager…-

点击约束管理器中Physical中的All layers, 点击蓝色部分即可进入Edit Via List对话框

双击左边列表中所定义的vias,即可将其加入右边的Via list列表中，加载完毕，OK退出。

在走线的过程中即可看到所加入的过孔，此时我们可以自由切换过孔并走线。

步骤五：布局

按照走线最短和零件集中的原则进行布局，另外将4P连接器放置偏远点，其它零件集中以加屏蔽盖。

步骤六：布线

走线集中在TOP层，BOT层不允许有走线。只有一个仅有的过孔（通孔）连到TOP层。

另外4P连接器到屏蔽盖内零件的走线通过TOP到第二层的埋孔来连接。

步骤七：铺铜

铺铜前我们先将铜箔与焊盘相同网络间的连接状态进行设置。

将ROUTE KEEPIN与板边的电气距离设为20mil。

EDIT/Z-COPY,在copy to Class/subclass中分别设为Route keepin和all, 选择contract, offset设为20mil

Shape-Global Dynamic Params...,

在Void controls栏目中设置Artwork format为Gerber RS274X, Create pin voids中选择In-line,焊盘间的间距为1.5~1.8mm(60~70mil). 这样两近距离焊盘间的铜箔将被清除掉，如两电阻间的。

在Thermal relief connects栏目中设置所铺铜箔与同网络的Thru pins,SMD pin间的连接形状，如图为十字型。

对各层分别铺铜

若对TOP层铺铜，Shape-Rectangular,在Options面板中的Actibe Class and Subclass中分别选择Etch / Bottom, 在Shape Fill中选择类型为动态Dynamic copper, 在Assign net name中所铺铜的网络为GND.

最后框选整个outline即可。

删除孤铜：Shape-Delete Islands

步骤八：生成钻孔文件和光绘文件

1. setup /subclasses /manufacturing 点击前方的白框，在new subclass 内输入NCLEGEND-1-4，表示钻孔1到4层。点击ok即可。

2. shape/Global Dynamic Shape Parameters shape fill ;选择smooth，其他根据自己要求选择。void controls; art work format 选择Gerber RS274X，其他选择默认或自设。点击ok。（如果要去除PIN间的铜箔，create pin voids中可选In-line, Distance between pins可选1.5~ 1.8mm(60~70mil)

3. Manufacture artworkgenermal parameters; deviece type 选择Gerber RS274X；format选择5、5，即表示整数5位，小数部分取5位，为保证精度。选择输出单位，这里选择毫米；其他选择默认。film control ;undefined line width选择0.2，注意保证每次的该选项都为0.2，不能为空否则将出错；shape bounding box 选择2.54，；在check database befor artwok前打勾。下面添加gerber层。

4. 一般默认的available films 只有top和bottom；注意默认的是大写，需要改为小写。将鼠标放在字母上，点击一下，会看到可以修改film名称的情况，输入小写的top或bottom。

5. 下面添加内层film。首先点击top右键add跳出一表格，双击board geometry 选择outline，在前面打勾，点击ok。即完成了一个内层的添加。具体各内层在后面列出。

6. 添加gerber层，将显示的各内层收起，在现有的film上点击右键，add;输入名称比如gnd；其他层以此类推。如果添加错误，选中，点击右键cut即可以删除。

7. 需要添加的film和内层如下：以字母为序

(a)TOP：（走线层,包括电源和地）
BOARD GEOMETRY/OUTLINE
VIA CLASS/TOP
PIN/TOP
ETCH/TOP

(b) GND：
BOARD GEOMETRY/OUTLINE
VIA CLASS/GND
PIN/GND
ETCH/GND

(d) INTERNAL2：
BOARD GEOMETRY/OUTLINE
VIA CLASS/INTERNAL2
PIN/INTERNAL2
ETCH/INTERNAL2

(e)VCC:
BOARD GEOMETRY/OUTLINE
VIA CLASS/VCC
PIN/VCC
ETCH/VCC

(f)BOTTOM：
BOARD GEOMETRY/OUTLINE
VIA CLASS/BOTTOM PACKAGE
PIN/BOTTOM BOARD
ETCH/BOTTOM BOARD

(g) SILKSCREEN_TOP： (丝印层)
REF DES/SILKSCREEN_TOP
PACKAGE GEOMETRY/SILKSCREEN_TOP
BOARD GEOMETRY/SILKSCREEN_TOP
BOARD GEOMETRY/OUTLINE

(h) SILKSCREEN_BOTTOM：
REF DES/SILKSCREEN_BOTTOM
PACKAGE GEOMETRY/SILKSCREEN_BOTTOM
BOARD GEOMETRY/SILKSCREEN_BOTTOM
BOARD GEOMETRY/OUTLINE

(i)SOLDERMASK_TOP：（阻焊层，PCB不上绿油,即露出铜皮的部分）
VIA CLASS/SOLDERMASK_TOP
PIN/ SOLDERMASK_TOP
PACKAGE GEOMETRY/ SOLDERMASK_TOP
BOARD GEOMETRY/ SOLDERMASK_TOP
BOARD GEOMETRY/OUTLINE

(j)SOLDERMASK_BOTTOM：
VIA CLASS/SOLDERMASK_BOTTOM
PIN/SOLDERMASK_BOTTOM
PACKAGE GEOMETRY/SOLDERMASK_BOTTOM
BOARD GEOMETRY/SOLDERMASK_BOTTOM
BOARD GEOMETRY/OUTLINE

(k)PASTEMASK_TOP：(for SMT) （钢网层，SMD元件表面贴装时要根据这一层涂锡膏）
VIA CLASS/ PASTEMASK _TOP
PIN/ PASTEMASK _TOP
PACKAGE GEOMETRY/ PASTEMASK _TOP
BOARD GEOMETRY/OUTLINE

(l) PASTEMASK _BOTTOM：
VIA CLASS/ PASTEMASK _BOTTOM
PIN/ PASTEMASK _BOTTOM
PACKAGE GEOMETRY/ PASTEMASK _BOTTOM
BOARD GEOMETRY/OUTLINE

(m)DRILL： 鉆孔層
manufacturing/ncdrill_legend (可不选)
manufacturing/ncdrill_figure（可不选）

MANUFACTURING/NCLEGEND-1-2

MANUFACTURING/NCLEGEND-1-4
BOARD GEOMETRY/OUTLINE

8. 生成钻孔步骤；从右侧控制面板visibility里面选drill，使页面显示为drill层。再进行以下操作。（此处很关键）

A． Manufacture -> NC -> Drill Customization… 单击auto generate symbol‘单击是，单击ok。

B． Manufacture -> NC ->legend；将$lay_nams$换为drill，（可以不理会）表示钻孔层，单击ok，选择适当的位置放到板子边。

C． Manufacture -> NC ->nc parameters只在enhance excellon format前打勾。其他默认。

D． Manufacture -> NC ->drill在auto tools select；repeats codes；optimize drill head travel前打勾，其他默认。点击drill，生成了完整的drill文件。可以点击viewlog查看具体信息。

9. 至此预备工作完毕，下面开始生产gerber。

10. Manufacture artwork film control 选择select all；点击apertures，点击edit，点击auto，选择without..。点击ok。

11. 然后点击creat artwork 。生成gerber文件，点击viewlog查看具体信息，修改错误直至没有错误或严重的警告！

12. 至此生成完毕，如有疑问可参考相关文件资料信息

13. 输出文件可以用cam350 9.5版本查看，更低版本会出现一层分为多层显示的情况。只要正确生成gerber，没有错误和警告就ok。

向板厂提供的具体文件
1. 输出的所有层面的.art 文件
2. 输出的.drl文件（板子上有钻孔时需要）
3. 输出的.rou文件（板子上有椭圆孔或矩形孔时需要）

4.3个参数文件（art_aper, art_param, nc_param)

其中pastemask_top.art pastemask_bottom.art ，可以不用给到PCB板厂，因为此文件为钢网文件，只需给贴片开钢网时配合坐标文件使用