132а. DipTrace: свои корпуса и компоненты

В разделе 132 плата собиралась из готовых деталей. Рано или поздно нужной детали в стандартных библиотеках не окажется — новый датчик, разъём редкой серии, микросхема в корпусе BGA. Этот раздел о том, как сделать её самому: посадочное место, символ для схемы, 3D-модель и связь между ними. И о том, как читать имена готовых корпусов — по ним видно всё о детали, не открывая её.

Меню, кнопки и числа примеров сверены с руководством к установленной версии DipTrace 5.3. Правило имён проверено на 1 629 корпусах из трёх стандартных библиотек: имя разобрано программой и сравнено с описанием, которое записано в той же библиотеке рядом с ним. Сверяет _verify/dip132a_check.py.

Как это называется в документации

Оригинал	Перевод
Pattern Editor	редактор корпусов (посадочных мест)
Component Editor	редактор компонентов (символ плюс корпус)
Pattern Generator (IPC-7351)	генератор корпусов по стандарту IPC-7351
pad template	стандарт площадки: сохранённый набор её параметров
RefDes (reference designator)	позиционное обозначение: R, C, U…
net port	порт цепи: символ, соединяющий провода по имени
pin-to-pad connection	связь вывода символа с площадкой корпуса
density level (most, nominal, least)	плотность монтажа: наибольшая, средняя, наименьшая

132а.1 Из чего состоит компонент

Компонент DipTrace — это три изображения одной детали для трёх этапов работы:

Связи между ними свободные: одному символу можно дать разные корпуса (резистор выводной и SMD), один корпус — разным символам. Редактор компонентов умеет только привязать корпус к символу; изменить сам корпус в нём нельзя.

Отсюда порядок работы: сначала корпус, потом символ. Если подходящий корпус уже есть в стандартных библиотеках, первый шаг пропускают и сразу идут в редактор компонентов.

Компоненты живут только внутри библиотек — даже единственную деталь придётся положить в свою библиотеку.

132а.2 Своя библиотека

В редакторе корпусов: кнопка на панели библиотек слева → New Library. В окне — имя, подсказка и группа. По умолчанию предлагается группа User Patterns; вне групп библиотеку сохранить нельзя. Затем Library / Save: имя файла в программе не показывается, папка по умолчанию — Документы/DipTrace/My Libraries.

Три правила хранения:

• В папку стандартных библиотек сохранить не даст сама программа. И правильно: стандартные библиотеки — часть установки и меняются вместе с ней.
• Для контроля версий — XML. Библиотеку можно сохранить в .libxml (корпуса) и .elixml (компоненты); руководство советует именно это, если файлы лежат в git. Двоичный .lib в истории — непрозрачный кусок, по которому не видно, что поменялось.
• Свои библиотеки — не внутри программы. На macOS руководство прямо предупреждает: папку My Libraries можно потерять при удалении программы.

132а.3 Корпус вручную: резистор с шагом 0,4 дюйма

Пример из руководства — выводной резистор «RES 400».

1. На панели Pattern Properties: имя RES 400, позиционное обозначение R, номинал 47kΩ. Задаётся только буквенная часть обозначения — номера R1, R2… плата раздаст сама.
2. Сетка 0,05 дюйма (View / Units или Shift+U — смена единиц), инструмент Place Pad, две площадки.
3. Размерная линия Objects / Place Dimension / Horizontal от центра до центра — она пересчитывается сама, когда площадки двигают. Площадки разводят на 0,4 дюйма = 10,16 мм.
4. Площадки: обе сквозные 0,09 × 0,09 дюйма с круглым отверстием 0,04 дюйма; первая — прямоугольная, вторая — овальная. Так на плате видно, где вывод 1.
5. Шелкография — прямоугольник на слое Top Silk.
6. Edit / Center Pattern (Ctrl+Alt+C) — начало координат в центр.

Стандартные и собственные свойства площадки. Pattern / Standard Pad Properties задаёт параметры сразу для всех площадок корпуса; форм пять: Ellipse, Obround, Rectangle, D-Shape, Polygon, у прямоугольника — радиус скругления. Чтобы одной площадке дать своё, в её свойствах (вкладка Type / Dimensions) снимают галочку Use Pattern's Standard Pad Properties.

Многоугольная площадка делается двумя способами: форма Polygon и кнопка Points (пример руководства — правильный восьмиугольник радиусом 0,045 дюйма), или многоугольник, нарисованный на сигнальном слое, → правый щелчок → Convert to Pad.

Слои. Список справа длинный; кнопка под ним позволяет отметить «приоритетные» слои — Top Dimensions, Top Silk, Top Comp Outline, Top Mask, Top Paste, Top, Bottom — и показывать только их (Show Priority Layers Only).

132а.4 Корпус генератором IPC-7351

Руками корпус рисуют редко: стандарт IPC-7351 описывает, как по размерам детали из документации рассчитать площадки. В DipTrace для этого на панели Pattern Properties выбирают стиль IPC-7351 — появляется кнопка генератора.

Пример руководства — выводной резистор HVR37:

Кнопка Recalculate считает размеры площадок, OK создаёт корпус вместе с 3D-моделью. Красные поля обязательны, зелёные — нет. Если выбрано собственное имя корпуса (Use Unique Pattern Name), нужно указать производителя — без него корпус не создастся.

У BGA генератор спрашивает ещё число шариков по сторонам, шаг, порядок нумерации и тип шарика. Пример руководства — корпус 8 × 8 с шагом 0,8 мм: шарик Collapsing Ball, Amax 1,45 мм, диаметр шарика 0,41–0,51 мм, размеры корпуса 7,9–8,1 мм.

132а.5 BGA-144 вручную: матрица и нумерация

Руководство строит BGA-144 из матрицы:

1. Единицы — мм, Pattern / Standard Pad Properties: Surface, Ellipse, 0,45 × 0,45 мм.
2. На панели Pattern Properties: стиль Matrix, 13 столбцов, 13 строк, шаг 0,8 мм по X и Y. Появляется 169 площадок.
3. Центр 5 × 5 выделяют рамкой и удаляют: 169 − 25 = 144.
4. Номера сейчас 1…169 с дырой в середине — для BGA так нельзя. Выделить всё (Ctrl+A) → правый щелчок → Pad Array Numbers → тип BGA Matrix. Теперь номера — A1, A2…

Буквы строк. В стандартной библиотеке BGA с шагом 0,8 мм строки обозначены буквами A…H, J…N, P, R, T, U, V, W, Y, затем AA, AB… Букв O, Q, S, X, Z нет ни в одном из 546 корпусов, I встречается как исключение. Причина — их легко спутать с цифрами (I и 1, O и 0). Поэтому у матрицы 13 × 13 последняя строка — N, а не M.

Нумерация по контуру. Для корпусов с выводами по всем четырём сторонам (QUAD — например, QFP) есть тип нумерации Contour: первой становится площадка, по которой щёлкнули правой кнопкой, — так нумерацию можно начать с любого угла или с середины стороны.

Проверка своего корпуса. Сначала выяснить, каким видом нарисован чертёж в документации — сверху (top view) или снизу (bottom view): расположение шариков BGA и выводов многих разъёмов часто дают видом снизу. Корпус на плате рисуют видом сверху, поэтому A1 ставят в тот угол, где он виден сверху, и сверяют пару дальних номеров — A1 и N13. Готовый корпус печатают в масштабе 1:1 и кладут на лист настоящую деталь: у разъёмов так ловится зеркальный корпус до заказа платы.

132а.6 SOIC-28 по документации

Второй ручной пример — микросхема в SOIC-28:

В каждом ряду 14 площадок, от первой до последней 13 × 1,27 = 16,51 мм. Номера выходят правильными сразу — перенумеровывать не нужно. Руководство затем поворачивает корпус на 90° (Edit / Rotate Pattern, Ctrl+Alt+R), чтобы совпасть с рисунком в документации.

Совет, который руководство даёт по дороге: закрепить свойства корпуса кнопкой замка на панели — чтобы случайный щелчок не перестроил готовую матрицу площадок.

132а.7 3D-модель: три способа

Из файла. Кнопка 3D на панели Pattern Properties → All Models. Для RES 400 руководство берёт res-10.16_5.1x2.5.step — в имени модели тот же шаг выводов, 10,16 мм. Модель пришлось повернуть по Z на 90° и приподнять — сдвиг по Z 0,03 дюйма. Когда модель подключена, кнопка 3D светится зелёным.

Похожая модель — тоже годится. Для BGA-144 руководство взяло модель bga-144_12x12x1.27_17x17.step — корпус крупнее, шаг 1,27 мм — и уменьшило масштаб: для объёмного вида точность до десятой миллиметра не нужна.

По контуру. Objects / Precise Shape Placement: прямоугольник 11 × 11 мм на слое Top Outline с привязкой к центру; затем в окне 3D — режим By Component Outline и высота 1 мм.

Две опечатки руководства, чтобы не искать того, чего нет: в тексте написано «Precize Shape Placement», а в самой программе пункт называется Precise Shape Placement; кнопка генератора в тексте названа «IPC-7315 Pattern Generator», а стандарт — IPC-7351.

132а.8 Символ и привязка корпуса

Редактор компонентов устроен так же, как редактор корпусов. Отличия:

• Стили символа — четыре: Free, 2 Sides, IC-2 Sides, IC-4 Sides. 2 Sides и IC-2 Sides отличаются только прямоугольником корпуса.
• Тип части: Normal, Power and GND, Net Port. Часть питания у компонента может быть только одна; порт цепи — символ из одной части, который соединяет провода по имени (так делают VCC и GND).
• Сетка 0,1 дюйма. Длина вывода и шаг между выводами должны делиться на шаг сетки — тогда все ключевые точки вывода, и конец, к которому подходит провод, лежат в узлах сетки.

Привязка корпуса: Component / Attached Pattern. DipTrace сам соединяет выводы символа с площадками по номерам; связь можно проверить и переназначить щелчками «вывод → площадка». Номера выводов и их типы удобнее править в Component / Pin Manager.

Инверсия в имени вывода пишется тильдой: normal ~invert — черта над частью имени начинается и заканчивается на ~. Подписи двигает инструмент View / Move Text Tool (F10).

Конденсатору руководство даёт готовый корпус CAPPRD500W60D1050H1450 из стандартной библиотеки электролитических конденсаторов — как читать такое имя, в следующем подразделе.

132а.9 Как читать имя корпуса

Имена в стандартных библиотеках DipTrace собраны по правилу IPC-7351: размеры записаны прямо в имени, в сотых долях миллиметра. Разбирает их короткая программа (_verify/dip132a/ipcname.py):

H = lambda s: int(s) / 100          # «1200» → 12,00 мм

RULES = [
    # BGA144CP80_13X13_1200X1200X120B45N
    (r"BGA(\d+)CP(\d+)_(\d+)X(\d+)_(\d+)X(\d+)X(\d+)B(\d+)([MNL])",
     lambda m: dict(kind="BGA", pins=int(m[1]), pitch=H(m[2]), cols=int(m[3]), rows=int(m[4]),
                    body_l=H(m[5]), body_w=H(m[6]), height=H(m[7]), ball=H(m[8]), density=DENSITY[m[9]])),
    # SOIC28P127_1790X1032X265L83X42N
    (r"SOIC(\d+)P(\d+)_(\d+)X(\d+)X(\d+)L(\d+)X(\d+)([MNL])",
     lambda m: dict(kind="SOIC", pins=int(m[1]), pitch=H(m[2]), body_l=H(m[3]), span=H(m[4]),
                    height=H(m[5]), lead_l=H(m[6]), lead_w=H(m[7]), density=DENSITY[m[8]])),
    # CAPPRD500W60D1050H1450
    (r"CAPPRD(\d+)W(\d+)D(\d+)H(\d+)",
     lambda m: dict(kind="CAPPRD", spacing=H(m[1]), lead_w=H(m[2]), diameter=H(m[3]), height=H(m[4]))),
]

Три примера:

Последняя буква — плотность монтажа: M (most) — самые крупные площадки с запасом для пайки, N (nominal) — средние, L (least) — самые маленькие, для плотной компоновки. Многие корпуса лежат в библиотеке во всех трёх вариантах — например, BGA на 16 шариков с шагом 0,8 мм.

Проверка прошлась по трём библиотекам — BGA с шагом 0,8 мм (546 имён), SOIC с шагом 1,27 мм (955) и электролитические конденсаторы (128) — и сравнила каждое разобранное имя с описанием рядом с ним. Расхождений нет, если помнить одно: в имени размер округлён до сотых. Описание говорит «10.325mm lead span», имя — 1032.

Суффиксы _AD1, _AD2 — дубликаты того же корпуса (так их и называет описание, «alternative duplicate»), _AP1 — корпус, у которого распаяна только часть выводов: SOIC16-28P127…_AP1 — 16 выводов из 28 с нумерацией до 28.

132а.10 Грабли

Свой компонент в стандартной библиотеке. DipTrace туда и не пустит, а файл, подложенный в папку установки вручную, легко потерять при переустановке.

Корпус в редакторе компонентов «не редактируется». Так и задумано: только редактор корпусов. В редакторе компонентов — лишь привязка.

Выводы BGA пронумерованы 1…169. Матрица по умолчанию нумерует подряд; после удаления центра нужна Pad Array Numbers → BGA Matrix.

Деталь встаёт на плату только зеркально. Корпус нарисовали по виду снизу из документации, а на плате нужен вид сверху (132а.5).

Выводы символа не попадают в сетку схемы. Длина или шаг выводов не делятся на шаг сетки. Правило редактора: всё кратно сетке, лучше 0,1 дюйма.

Генератор не создаёт корпус с собственным именем. Не указан производитель при включённом Use Unique Pattern Name.

Площадка SMD «сквозь всю плату». SMD-площадка лежит только на текущем слое; размер отверстия у неё не учитывается. Если деталь стоит снизу, её площадки переносят командой Change Side.

Имя корпуса «не совпадает» с документацией на сотые. Не ошибка: в имени размеры округлены до сотых миллиметра, точные — в описании корпуса.

Библиотека в git показывает только «двоичный файл изменён». Сохраните её в XML — .libxml или .elixml.

132а.11 Итоги

• Компонент = символ + корпус + 3D-модель; корпус правится только в редакторе корпусов. Сначала корпус, потом символ.
• Свои библиотеки — в свою группу и свою папку; для git — XML.
• RES 400: шаг 0,4 дюйма = 10,16 мм, первая площадка прямоугольная.
• Генератор IPC-7351 считает площадки по размерам из документации; красные поля обязательны.
• BGA-144 = матрица 13 × 13 без центра 5 × 5; строки A…N без I, O, Q, S, X, Z; нумерация — BGA Matrix.
• SOIC-28: 0,6 × 2 мм, шаг 1,27, между рядами 9,4 мм; ряд — 16,51 мм.
• Имя корпуса по IPC-7351 содержит все размеры в сотых долях миллиметра; M/N/L — плотность монтажа. На 1 629 именах разбор совпал с описаниями.

Полные исходники

ipcname.py — разбор имени корпуса по правилу IPC-7351.

# -*- coding: utf-8 -*-
"""Разбор имени корпуса по правилу IPC-7351, как их пишет библиотека DipTrace.

    python ipcname.py BGA144CP80_13X13_1200X1200X120B45N SOIC28P127_1790X1032X265L83X42N
"""
import re
import sys

DENSITY = {"M": "most", "N": "nominal", "L": "least"}
H = lambda s: int(s) / 100          # «1200» → 12,00 мм: размеры записаны в сотых долях миллиметра

RULES = [
    # BGA144CP80_13X13_1200X1200X120B45N
    (r"BGA(\d+)CP(\d+)_(\d+)X(\d+)_(\d+)X(\d+)X(\d+)B(\d+)([MNL])",
     lambda m: dict(kind="BGA", pins=int(m[1]), pitch=H(m[2]), cols=int(m[3]), rows=int(m[4]),
                    body_l=H(m[5]), body_w=H(m[6]), height=H(m[7]), ball=H(m[8]), density=DENSITY[m[9]])),
    # SOIC28P127_1790X1032X265L83X42N
    (r"SOIC(\d+)P(\d+)_(\d+)X(\d+)X(\d+)L(\d+)X(\d+)([MNL])",
     lambda m: dict(kind="SOIC", pins=int(m[1]), pitch=H(m[2]), body_l=H(m[3]), span=H(m[4]),
                    height=H(m[5]), lead_l=H(m[6]), lead_w=H(m[7]), density=DENSITY[m[8]])),
    # CAPPRD500W60D1050H1450
    (r"CAPPRD(\d+)W(\d+)D(\d+)H(\d+)",
     lambda m: dict(kind="CAPPRD", spacing=H(m[1]), lead_w=H(m[2]), diameter=H(m[3]), height=H(m[4]))),
]


def decode(name):
    for rx, make in RULES:
        m = re.fullmatch(rx, name)
        if m:
            return make(m)
    return None


if __name__ == "__main__":
    for n in sys.argv[1:]:
        print(n, decode(n))

Дальше: раздел 132б «DipTrace: слои, правила, трассировка и медь» — контур и вырезы, классы цепей, заливка и термобарьеры.