複雑なパッド形状の実装

コンポーネントのパッドは、常に単純な円形や長方形の形状とは限りません。アナログ、高電力、またはRFコンポーネントには、幾何学的に複雑で不規則な形状のパッドがしばしば必要です。この論文では、製造業者のレイアウト要件を満たしながら、DRC違反や製造エラーを引き起こさないように、複雑なパッド形状を迅速に実装する必要があるユーザーに対して、簡単で効率的な解決策を詳しく説明します。

導入

ほとんどのコンポーネントパッケージタイプは、一貫して直線的で単純な長方形または円形のパッド形状を持っています。そのようなパッケージのフットプリントを作成することは、手動であれ自動化されたIPCフットプリントジェネレータを使用する場合であれ、簡単なプロセスです。しかし、時折、コンポーネントパッケージが複雑なパッド設計ソフトウェアの形状を要求し、それが大幅な手作業およびそれを正確に行うために追加の時間を要することがあります。

たとえば、LED照明コンポーネントには、複数の逆曲線を含むユニークな形状の熱放散パッドが必要になることがあります。このような曲線は、複数の標準的な円形/長方形のパッドを組み合わせたり、塗りつぶしや固体領域を手動で配置することでは実現不可能です。しかし、必要な形状のアウトラインを一連のトラックとアークで閉じたアウトラインとして配置（またはインポート）できる場合、そのアウトライン自体をPCBライブラリエディタ内で簡単に正確な形状の固体領域に変換できるという、しばしば見落とされがちな方法が存在します。さらに、はんだおよびペーストマスクは、領域オブジェクトのプロパティ設定を通じてDRCルールによって自動的に制御できます。

この方法をより理解するために、以下に説明するようにBourns SRR5028シリーズのシールド付きSMDパワーインダクタのフットプリントを作成することで、全プロセスを探求できます。始めるには、http://www.bourns.com/docs/Product-Datasheets/SRR5028.pdfのメーカーのウェブサイトからこの例のデータシートを入手できます。部品番号SRR5028-101Y。この2ピンデバイスの各パッドデバイスには、2.2 mmの半径を持つ逆曲線が含まれています。

パッド形状のアウトラインの定義

SRR5028シリーズのデータシートにある推奨レイアウトセクションでは、コンポーネントの原点に対してコンポーネントのドリルホールパッドの主要な寸法が示されています。PCBライブラリエディタ内では、コンポーネントの原点に対する各パッドの重要な寸法を捉えるために、6本の線と1つのアークが機械レイヤー上に配置されます（図1参照）。これらの線とアークの正確なサイズと配置は、データシートに示されているメーカーの寸法と完全に一致するように検証されます。PCBライブラリエディタ内でスナップグリッドを0.05 mmに設定することで、メーカーの寸法を正確に再現できます。

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図1. メーカーのデータシート（左）からの機械的アウトラインの作成（右）。

コンポーネントパッドの重要な寸法が配置され、検証された今、余分な線やアークセグメントは、最終的な結果が機械レイヤー上の2つの閉じたアウトラインだけになるように、切り取られたり、サイズ変更されたり、完全に削除されたりすることができます。それぞれがパッド形状を表します。この例では、閉じたアウトラインは手動で作成され、検証されました。代わりに、DXF/DWG形式から複雑なパッド形状のアウトラインをインポートすることもできます。そのようなデータが存在し、使用するのがより実用的である場合です。

パッド形状のアウトラインから銅領域を作成する

各コンポーネントのパッド形状のアウトラインが正確に配置され、サイズが決定されたので、これらを機械層の線とアークからトップ銅層のソリッド領域に変換する準備ができました。これを行うには、アウトラインの一つを選択し、トップ銅をアクティブ層に設定した後、PCBライブラリエディタツール > 変換 > 選択したプリミティブから領域を作成コマンドを使用して、最初に選択したパッド形状のアウトラインと正確に同じ形の実際のソリッド領域を作成します。ソリッド領域の外側のエッジは、閉じた形状のトラックとアークオブジェクトの中点によって決定されます。結果として、ソリッド領域の寸法は、図2に示されているように、元の回路図キャプチャパッド形状のアウトラインの寸法と一致します。

図2. パッド形状のアウトライン（左）から銅領域（右）への変換。

パッド指定、はんだマスク、ペーストマスクの追加

各パッドの逆曲線は、各パッド形状のアウトラインを迅速に変換することで定義されました。Placeメニューからソリッド領域オブジェクトを手動で配置する場合、このような曲線を実装することはできません。この時点で、フットプリントを完成させるためにはあと数ステップしか残っていません。しかし、これらの不規則なパッド形状を実装する最も重要な側面は、今や対処されました。

各ソリッド領域が実際のコンポーネントパッドとして機能するためには、各ソリッド領域内に直接パッドオブジェクトを配置する必要があります。この例では、1と2と指定された1.0mm x 0.75mmの長方形パッドオブジェクトがそれぞれ上部とソリッドボトム領域に配置されています（図3）。これらのソリッド領域は、通常のコンポーネントパッドファイルとしての電気的機能を持つようになります。

図3. パッド指定、はんだマスク、ペーストマスクを含む完成したフットプリント。

最後に、はんだマスククリアランスとペーストマスクを達成するためには、両方のソリッド領域のプロパティを変更する必要があります。これは、両方のソリッド領域を選択し、PCBレイアウトLIBインスペクタを使用して、はんだマスク拡張モードとペーストマスク拡張モードを「なし」から「ルールから」に変更することで簡単に実行できます。他のパッドオブジェクトと同様に、これらの変更されたソリッド領域は、電気的、製造的、組み立て的な観点から完全にパッドオブジェクトとして機能します。SRR5028-101Yコンポーネントのための結果としてのフットプリントは、これで完成です。

結論

たまに、メーカーの推奨するレイアウトに従って、幾何学的に複雑な形状や不規則な形状のパッドが必要になることがあります。複雑なパッド形状を迅速に実装するための簡単で効率的な解決策が常に存在することを忘れないでください。トラックとアークを使用して複雑なパッド形状の正確なアウトラインを作成またはインポートすることで、結果はソリッドリージョンオブジェクトに変換することができます。各ユニークなソリッドリージョンを適切に指定されたパッドオブジェクトと組み合わせることで、各リージョン全体が実際のパッドとして電気的に機能するようになります。その後、はんだおよびペーストマスク属性を各リージョン内で簡単に設定でき、製造および組み立ての目的で使用できます。