طراحی فوت پرینت با آلتیوم دیزاینر

آلتیوم دیزاینر یک ابزار فراهم کرده است که برای طراحان برد، ساخت فوت پرینت با آلتیوم دیزاینر را بسیار ساده کرده است. این ابزار با علم ریاضی سر و کار دارد و شما باید طبق دیتاشیت اندازه های مختلفی از  قطعه خود دریافت کنید و در ابزار آلتیوم دیزاینر وارد نمایید. سپس به‌سادگی فوت پرینت را با مدل سه‌بعدی و کاملاً اصولی می‌سازد. در این مطلب یاد می‌گیرید چطور با این ابزار کار کنید و چطور برای قطعات مختلف فوت پرینت جداگانه به‌ صورت تکی و دسته‌ای بسازید. طراحی PCB بردهای الکترونیکی با فوت پرینت‌ها انجام می‌شود. آموزش ساخت فوتپرینت به صورت عملی و پروزه محور را میتوانید در دوره آلتیوم دیزاینر مشاهده کنید.

چه فوت پرینت هایی می‌توان ساخت؟

ابزارها متفاوت هستند اما می‌توان قطعات SMD و THD را به صورت کامل ساخت. شاید برای شما سوال باشد قطعاتی مانند رله را هم می‌سازد؟ پاسخ واضح است تا این زمان خیر امکان ندارد. چون اشکال مختلفی از رله‌ها وجود دارد و امکان ساخت فوت پرینت با ابزار آلتیوم دیزاینر امکان‌پذیر نیست. اما قطعاتی مانند آی سی ها, مقاومت‌ها, خازن‌ها را می توان ساخت. از قطعات SMD مانند پکیج‌های QFN, BGA, SOIC, SOT89, MELF, SOIC ساخت. در این آموزش قطعات پرکاربرد SMD را آموزش خواهیم داد.

مراحل ساخت فوت پرینت با ابزار آلتیوم دیزاینر

در ابتدای کار باید یک سند Footprint ایجاد کنید تا فوت پرینت‌های خام خود را درون آن بگذارید. وارد آلتیوم دیزاینر شوید و از منوی File روی New کلیک کنید. حالا از بخش Library گزینه PCB Library انتخاب کنید.

نکته: تمامی فایل‌های موردنیاز برای ساخت یک کتابخانه را باید از بخش Library ایجاد کنید.

بعد از ساخت سند Footprint منوی Tools تغییر می‌کند. سندی که الان ساختید در واقع یک دسته‌بندی است که می‌توانید فوت پرینت‌های مختلفی درون این دسته‌بندی بگذارید.

New Blank Footprint: با این گزینه در سندی که ساخته اید می‌توانید فوت پرینت خام درست کنید. شما می‌توانید به فوت پرینت خام خودتان لایه‌های مختلف، توضیحات و اسم را اضافه کنید.

IPC Compliant Footprint Wizard: در این گزینه می‌توانید لیست زیادی از فوت پرینت‌های SMD را بسازید. با این ابزار می‌توانید به صورت تکی فوت پرینت بسازید.

IPC Compliant Footprint Batch Generator: با این ابزار می‌توانید به‌صورت گسترده از طریق فایل اکسل برای یک قطعه تمامی سایزها را لیست کرده و به آلتیوم دیزاینر بدهید تا بصورت دسته جمعی قطعات را بسازد. نمونه فایل اکسل را خود آلتیوم دیزاینر برای هر نوع قطعه‌ای به شما می‌دهد. دقت کنید برای اطلاعات و آگاهی از هر سایز، ابتدا خودتان به‌ صورت تکی بسازید تا نام هر بخش از قطعه را با دیتاشیت خود تطابق دهید و سپس به‌صورت گسترده بسازید.

Footprint Wizard: با این گزینه می‌توانید پد بخصوصی یا فوت پرینت چندین پکیج از قطعات THD را به‌ راحتی بسازید. در این بخش برای قطعات THD اقدام کنید.

ساخت فوت پرینت پکیج TO252

پکیج DPAK یا به‌ اصطلاح فوت پرینت پکیج TO252 یک پکیج رایج از قطعات رگولاتور و ماسفت ها است. رگولاتور 78m05 از این پکیج استفاده کرده است. پکیج TO252 یک نوع قطعه SMD است و در بسیاری از ماسفت های لاجیک لول استفاده‌ شده است. بنابراین چون جزو قطعات پرکاربرد است در ادامه ساخت فوت پرینت TO252 را شروع خواهیم کرد.

لازم به ذکر است مراحل بالا را باید انجام داده باشید که مرحله اول باید روی ابزار IPC Compliant Footprint wizard کلیک کنید. با باز شدن این پنجره روی Next کلیک کنید

هر پکیجی از قطعات SMD نام مخصوصی دارد و شما باید نام پکیج قطعه خود را پیدا کنید و در بین فهرستی که برای شما ظاهرشده است قطعه موردنظر را انتخاب کنید. روی پکیج TO252 کلیک کنید چون باید به ساخت فوت پرینت TO252 بپردازید.

به مراحل ساخت فوت پرینت وارد شدید و باید در اینجا دیتاشیت خود را باز کنید. و مقادیری که نیاز دارد را وارد کنید. کنار هر کادر داخل پرانتز یک حرف وجود دارد. شما باید این حرف را در دیتاشیت خود پیدا کنید و سایز نقطه‌ای را که مشخص کرده است و یا اگر قطعه جلوی دست شماست سایز آن قسمتی که نام‌ برده شده است را اندازه‌گیری کرده و وارد کنید. همان‌طور که می‌بینید عکس یک نمونه دیتاشیت TO252 را در زیر مشاهده می‌کنید.

سایزهای موردنیاز برای ساخت فوت پرینت پکیج TO252 با حروف انگلیسی نوشته‌ شده است. شما باید در این مرحله جایگذاری کنید. داخل فهرست بیشترین و کمترین اندازه را نوشته است. در آلتیوم دیزاینر هم برخی از موارد حداکثر و حداقل را می‌خواهد و نیاز است وارد کنید.

در غیر این صورت شما باید سایز متوسط را وارد کنید. آلتیوم دیزاینر یک سایز پیش‌فرض را وارد کرده است. اگر برای شما مثل عکس من مدل قطعه و پایه‌های قطعه وجود نداشته باشد، بعد از واردکردن اندازه ها نمایان خواهد شد.

وقتی سایزها را وارد کردید نیاز است به مرحله بعدی بروید. اینجا باید سایز پدها را وارد کنید. در این قسمت هم در کنار کادرها نام قسمتی که باید سایزش را وارد کنید، وجود دارد. همچنین حداکثر و حداقل این سایزها مشخص‌ شده است. در گزینه‌هایی که مقدار حداقل و حداکثر وجود ندارد، مقدار متوسط یا مقدارحداکثر را وارد کنید.

این قسمت به صورت پیش فرض وارد شده است، نیازی به تغییر اندازه های پیش فرض نیست، next بزنید.

این بخش Solder Fillets بسیار مهم است، گاهی دیده‌اید که فوت پرینت‌ها مشابه هم هستند اما پایه‌های قطعات آن‌ها بزرگ‌تر و کوچک‌تر و متوسط است. اینجا به این موضوع می‌پردازیم که شما کدام سایز را نیاز دارید و باید در قسمت Board Density Level انتخاب کنید.

اگر سایزهای پیش‌فرض را نیاز ندارید می‌توانید تیک Use Default Values را بردارید و به‌ صورت دستی سایزها را وارد کنید. حالا Next را بزنید و از بخش Component Tolerances و IPC Tolerances و Footprint Dimensions بگذرید.

در قسمت Silkscreen Dimensions شما می‌توانید در بخش Silkscreen Line Width سایز پهنای لایه چاپ راهنما را تغییر دهید و همچنین اگر تیک Use Calculated Silkscreen Dimensions را بردارید می‌توانید طول‌های R1 و R2 را تغییر دهید.

دور بعضی از قسمت‌ها یک‌لایه سبزرنگ قرار دارد که با آن کادر، در واقع محیط اطراف آن قطعه را تعیین می‌کنید. اگر تیک Add Courtyard Information را بردارید این کادر برداشته می‌شود. اگر تیک Add Assembly Information را بردارید برای شما کادر مدل 3D را برمی‌دارد، Add Calculated Information را بردارید مدل سه‌بعدی که در واقع سه‌بعدی نیست را برای شما برمی‌دارد.

فوت پرینت پکیج TO252 ما تقریبا ساخته شد اینجا می توانید نام و توضیحات فوت پرینت را تعیین کنید و بنویسید و دوباره Next را بزنید.

این قسمت خروجی‌های فوت پرینت را برای شما تعیین می‌کند. اگر Existing PcbLib File را بزنید می‌توانید مسیری را به‌صورت دلخواه انتخاب کنید و روی یک فوت پرینت دیگر جایگذاری کنید، اما اگر تیک New PCBLIB File را بزنید همین‌جا یک فایل جدید می‌سازد با این تنظیماتی که انجام داده‌اید.

اگر تیک Product 3D/Step Model را بزنید یک مدل سه‌بعدی هم می‌سازد و روی فوت پرینت قرار می‌دهد. ( پیشنهاد می‌کنم برای قطعات سنگین فعال نکنید). در قسمت پایین‌تر می‌توانید تنظیمات مربوط به مدل سه‌بعدی را تعیین کنید.

اگر تیک Embedded را بزنید به‌صورت پیش‌فرض خود آلتیوم یک مدل می‌گذارد اگر تیک External File  را بزنید می‌توانید خودتان یک فایل مدل سه‌بعدی برای فوت پرینت انتخاب کنید. بعد از این تنظیمات Next را بزنید و سپس Finish را بزنید. حالا فوت پرینت شما با مدل سه‌بعدی ساخته‌ شده است هر مکانی که دوست دارید می‌توانید سیو کنید.

ظاهر نهایی فوت پرینت TO252 را مشاهده می کنید و در آخر به این شکل فوت پرینت شما ساخته می شود.

ساخت فوت پرینت پکیج SOIC

امروزه بیشتر آی سی های SMD که روی بردهای الکترونیکی می‌بینیم، از پکیج SOIC استفاده کرده‌اند. مانند بردهای لوازم‌خانگی که آی سی UN2003 SMD آن‌ها از پکیج SOIC استفاده کرده‌اند. به‌صورت ساده‌تر آی سی NE555 SMD هم از این پکیج استفاده کرده است.

برای طراحی فوت پرینت با آلتیوم دیزاینر باید پکیج SOIC را انتخاب کنیم و روی Next کلیک کنید تا مراحل بعدی را پیش ببریم.

در مرحله چهارم باید تعدادی اعداد و ارقام را به آلتیوم دیزاینر بدهید. اینجا من به‌صورت نمونه برای SOIC هشت پایه اعداد موردنیاز را وارد کرده ام. همان‌طور که می‌بینید در سمت راست کادر برای من شکلش را آورده است.

اگر سمت چپ پایین کادر را مشاهده کنید یک گزینه به اسم Generator STEP Model Preview گذاشته است؛ اگر این گزینه را بزنید مدل سه‌بعدی قطعه را برای شما ایجاد کرده و نمایش می‌دهد. اگر می‌خواهید مدل سه‌بعدی را ببینید، پایین قطعه‌ای که در کادر سمت راست است -و الان دارید 8 پایه آی سی را می‌بینید- روی دکمه 3D کلیک کنید. به محیط سه‌بعدی می‌رود.

در مرحله پنجم می توانیم پد حرارتی قرار دهیم. منظور از پد حرارتی چیست؟ در ادامه توضیح می دهم. برای اینکه پد حرارتی بگذارید باید در این مرحله تیک Add Thermal Pad را بزنید. ادامه توضیحات را ببینیم؛ پد حرارتی چیست؟

منظور از پد حرارتی قرار دادن یک صفحه مسی زیر آی سی است که تعدادی پد یا وایا بر روی این صفحه مسی قرار دارد تا دفع حرارت از طریق این پدها و صفحه مسی صورت گیرد. احتمالاً دیده‌اید که زیر برخی از آی سی ها یک صفحه فلزی وجود دارد. این صفحه فلزی برای دفع حرارت تعبیه شده است و به‌ نوعی مانند هیت سینک عمل می‌کند. در آلتیوم دیزاینر می‌توانید این گزینه را برای قطعه خود فعال یا غیرفعال کنید. من فعال کرده ام و سایزی که مدنظرم بود را وارد کرده ام.

در مرحله ششم شما می توانید فاصله پاشنه ها را بیشتر یا کمتر کنید. پاشنه در اینجا به منظور فاصله پدهایی که بیرون آمده اند، می باشد و قسمتی که لحیم می شود. نوک به نوک حساب نمی شود.

مرحله هفتم بسیار زیباست، می‌توانید پکیج‌های مختلفی در این قسمت بسازید. اگر دیده باشید معمولاً قطعات SMD در سه سایز فوت پرینت ارائه داده می‌شوند. در قسمت Board Density Level می‌توانید انتخاب کنید.

تفاوت هرکدام از Level ها در سایز پد است که کمی طول بیشتر یا پهنای بیشتر دارد. به‌طور پیش‌فرض خود آلتیوم دیزاینر سه سایز مختلف گذاشته است که می‌توانید استفاده کنید، اگر مایل باشید که خودتان یک سایز وارد کنید، باید تیک Use Default Values را بردارید و مقادیر را در پایین وارد کنید. از مرحله Component Tolerances و IPC Tolerances بگذرید.

مرحله هشتم کلاً راجع به پدهاست. اگر دقت کنید گوشه پدهای آی سی تیز شده و به شکل مستطیل درآمده است. از بخش Pad Shape می‌توانید طبق دو گزینه‌ای که برای شما گذاشته است این اشکال را تغییر دهید و به شکل دلخواه خود بگذارید.

اگر تیک Use Calculated Footprint Values را بردارید می‌توانید بصورت دستی سایز و فاصله پدها را تغییر دهید. مزیت ساخت کتابخانه با این ابزار در همین‌جاها مشخص می‌شود که تنظیمات کلی در دست شماست و می‌توانید به‌صورت کلی تغییرات ایجاد کنید.

در مرحله نهم با سیلک اسکرین یا همان لایه Top Overlay آشنا می‌شوید. اینجا می‌توانید ضخامت این لایه که برای راهنمای برد که استفاده می‌شود را نازک‌تر یا ضخیم‌تر کنید. کافی است عدد داخل کادر Silkscreen Line Width را تغییر دهید.

مرحله دهم برای شما لایه‌ های کادر دور برد، لایه دور بدنه قطعه و مدل سه‌بعدی را تنظیم می‌کند. شما می‌توانید لایه‌هایی که روی این بخش‌ها قرار می‌گیرد را تغییر دهید و یا ضخامت‌های موردنیاز را تغییر دهید. اگر می‌خواهید این تغییرات اعمال شود تیک Add Courtyard Information را بردارید. حالا تنظیمات را وارد کنید.

مرحله یازدهم هر فوت پرینت دو بخش نام و توضیحات دارد. شما می‌توانید اینجا نام و توضیحات را تغییر دهید. همانظور که می‌بینید تیک Use Suggested Values را بردارید و شروع کنید به نوشتن.

این قسمت خروجی‌های فوت پرینت را برای شما تعیین می‌کند. اگر Existing PCBLIB File را بزنید می‌توانید مسیری را انتخاب کنید به‌صورت دلخواه روی یک فوت پرینت دیگر جایگذاری کنید. اما اگر تیک New PCBLIB File را بزنید همین‌جا یک فایل جدید می‌سازد بانامی که شما اینجا وارد کرده‌اید.

اگر تیک Product 3D/Step Model را بزنید یک مدل سه‌ بعدی هم برایتان می‌سازد. ( پیشنهاد می‌کنم برای قطعات سنگین فعال نکنید). می‌توانید پایین‌تر تنظیمات مربوط به مدل سه‌بعدی را تعیین کنید. اگر تیک Embedded را بزنید به‌ صورت پیش‌فرض خودش یک مدل سه‌بعدی می‌گذارد؛ اگر تیک External File  را بزنید می‌توانید یک فایل سه‌بعدی را خودتان آپلود کنید؛ در دو فرمت Step و Parasolid مجاز است. بعد از این تنظیمات Next را بزنید و سپس Finish را بزنید. حالا فوت پرینت شما با مدل سه‌ بعدی ساخته‌ شده است هر مکانی که دوست دارید می‌توانید سیو کنید.

ظاهر نهایی فوت پرینت SOIC را مشاهده می‌کنید و در آخر به این شکل فوت پرینت شما ساخته می‌شود. می‌توانید فوت پرینت را در مکانی که دوست دارید سیو کنید و در کتابخانه‌های خودتان استفاده کنید.

روی 95% بردهای الکترونیکی ممکن است دیود یا مقاومت به‌کاربرده شود که دیود یا مقاومت SMD از پکیج‌هایی به اسم MELF استفاده می‌شود. اگر مشاهده کرده باشید دیود 1n4148 SMD از پکیج MELF استفاده می‌کند و بسیار کاربردی است. حالا بیایید طراحی فوت پرینت پکیج MELF را یاد بگیریم.

مراحل ساخت فوت پرینت پکیج MELF

خب دوستان، چون ما می‌خواهیم ساخت فوت پرینت پکیج MELF شروع کنیم، پس باید در بین لیست موجود پکیج MELF را انتخاب کنید و Next را بزنید.

اینجا باید خیلی دقت کنید چون بخش‌های مهمی در ساخت این نوع فوت پرینت ها داریم؛ زیرل هم برای مقاومت‌ها است هم برای دیودها کاربرد دارد.

این عکس سایز پکیج MELF سه تا دیود مختلف است. طبق این دیتاشیت می‌توانید برای خود فوت پرینت تستی بسازید. اگر برای قطعات خود فوت پرینت می‌سازید پکیج قطعه را پیدا کنید و طبق دیتاشیت پکیج موردنظر فوت پرینت بسازید یا خودتان حتماً با استفاده از کولیس اندازه‌گیری کنید و بسازید.

Package Type: اینجا دو گزینه وجود دارد به نام MELF Diode و MELF Resistor. چون ما می‌خواهیم ابتدا دیود بسازیم، MELF Diode را انتخاب می‌کنیم. وقتی دیود را انتخاب می‌کنید، یک قسمت به نام Cathode Location اضافه می‌شود که جهت منفی دیود را باید تعیین کنید. ممکن است سوال پیش بیاید چه تفاوتی دارد؟ گاهی شما طبق الگوریتم خودتان پیش می‌روید و در همه سیمبل های کتابخانه‌هایتان پایه 2 منفی است. اما ممکن است برای شخص دیگری پایه 1 منفی باشد و این موضوع مهم است. همچنین سر منفی مدل سه‌بعدی از این طریق تنظیم می‌شود.

مرحله بعدی به ما می‌گوید باید فاصله پایه‌های را از داخل وارد کنیم که در جدولی که من گذاشتم با حروف G گذاشته‌شده است. می‌توانید تغییر دهید ولی چون من نیاز ندارم و طبق سایزهای پیش‌فرض آلتیوم دیزاینر پیش می‌روم.

همان‌طور که قبلاً در ساخت فوت پرینت‌های دیگر گفته‌شده است، شما می‌توانید سایز پدها را طبق سه سایز پیش‌فرض خود آلتیوم دیزاینر که برای شما می‌سازد، تنظیم کنید و از هرکدام از سایزها یک فوت پرینت بسازید و خروجی بگیرید.

چون در مکان‌های مختلف باید از فوت پرینت‌های مختلف استفاده کرد. اینجا می‌توانید داخل کادر Board Density Level یکی از سایزها را انتخاب کنید. یا اگر هیچ‌کدام از سایزهای پیش‌فرض، سایز مدنظر شما نبود، می‌توانید تیک Use Default Values را بردارید و سایزهای دلخواه خود را وارد کنید. از مرحله Component Tolerances و IPC Tolerances بگذرید.

آلتیوم دیزاینر دست شمارا باز گذاشته است می‌توانید در این بخش با غیرفعال کردن تیک Use Calculated Footprint Values به‌صورت دستی سایز پدها را وارد نمایید؛ تا تنظیمات شما روی پدها اعمال شود. اگر نیاز دارید گوشه پدها گرد شود باید بعد از ساخت فوت پرینت به‌صورت دستی پدها را انتخاب کنید و گوشه‌ها را گرد کنید.

در این قسمت باید لایه سیلک اسکرین یا همان لایه Top Overlayرا تنظیم کنید. می‌توانید ضخامت این لایه را که برای راهنمای برد استفاده می‌شود را تغییر دهید. کافی است عدد داخل کادر Silkscreen Line Width را تغییر دهید.

برای شما لایه‌های کادر دوربرد ، لایه دور بدنه قطعه و مدل سه‌بعدی را تنظیم می‌کند که شما می‌توانید لایه‌هایی که روی این بخش‌ها قرار می‌گیرد را تغییر دهید و یا ضخامت‌های موردنیاز را تغییر دهید. اگر می‌خواهید این تغییرات اعمال شود تیک Add Courtyard Information را بردارید. حالا تنظیمات را وارد کنید.

این هم از نتیجه نهایی فوت پرینت که ساخته‌شده است. می‌توانید فوت پرینت را در مکانی که دوست دارید سیو کنید و داخل کتابخانه‌های خودتان استفاده کنید.