【Altium专题】【原创】3D封装技术.doc

【Altium专题】AndyZhouQQ:1140113479【Altium专题】3D封装技术AndyZhouAltium Designer的3D功能向来充满争议，曾经在与一些前辈交流的过程中，他们似乎对此功能不屑一顾，甚至取笑我“不务正业”，也许仁者见仁智者见智，当时心里觉得有落差，但是，面对质疑，我没有因此放弃对这一块的摸索，于是，才有了这一专题要说3D功能有什么好处，最大的好处就是“所见即所得”，当时我Layout一块多路稳压电源的板子，发到工厂去打板，回来与3D预览一对照，几乎一模一样！（如上图）通常，我习惯Layout的时候检查元器件之间的干涉情况以及对照三维图手工焊接PCB，有些时候，还能根据元器件的空间分布调整PCB板的大小，节省成本。以往，我都是先有PCB封装，再有3D Body，最近，我有幸看到了Altium的官方视频，进而学会了新的技能从3D模型生成PCB FootPrint。J 目录1. 为何使用3D封装22. “自力更生”52.1准备二维封装52.1.1测量数据52.1.2绘制丝印52.2面动成体72.2.1使用3D Body管理器72.2.2使用Place3D Body143. 为我所用164. 总结261. 为何使用3D封装 方便手工焊接使用3D视图，可以很方便我们手工焊接，尤其是有极性的元件摆放，都可以一目了然，下面的两幅图可以作为对比，上图为3D视图，其下为实物图。 方便布局和碰撞检查初学者绘制电路图都是在二维平面上进行的，但应该注意的是，元件并不是“平面”的，它们也有自己的形态，拥有自己的高度，它们有自己的性格，有的“实实在在”，有的则可以“海纳百川”，比如一个1602的液晶，它下面其实可以放很多东西，您一开始就注意到了吗？J这是一片直插的单片机，40脚，位于1602正下方如上图，晶振、单片机均放置在1602的正下方，在保证电路功能的前提下，既美观有节省空间。当您在进行布局工作时，您可以随时按键盘的3进入3D视图查看装配效果，从而获得更好的布局，尤其是对于需要人机交互的场合，借助这种方式会更加有效。另外，Altium有碰撞检查功能，两个继电器挨得太近时（发生碰撞），颜色会变绿，如下图。您可以随时发现问题所在，然后选择适当间距，避免因为元件过密放置不下的情况。关于Altium的3D视图的其他优点就不一一介绍了，大家自己体会一下吧J。2. “自力更生”在阅读本专题之前，请确保您具有一定的Altium的操作基础，最基本的PCB封装绘制方法不再赘述，如果确实有需要，请参考上一个名为“尺有所短，寸有所长”的专题，里面已经详细介绍了精确PCB封装的绘制，里面就有我惯用的技法“JL”快捷键；除此之外，在上一个专题中，我们首次使用了3D Body创建异形电路板板框，对3D功能也有初步的认识。言归正传，如果我们要想创建一个3D模型和3D封装，通常需要一个step文件，除了借助其他三维软件、通过其他途径获取step文件之外，对于简单的三维模型，大可借助Altium的3D模型管理器实现。2.1 准备二维封装现假设我们需要一个EI33的变压器的3D封装，首先我们需要画出最基本的PCB封装。2.1.1 测量数据使用游标卡尺或者尺子，测得EI33在电路板上矩形的投影为：宽28mm，长33cm，那么以矩形中心为原点建立坐标，则矩形右上顶点的坐标为（14，16.5）。2.1.2 绘制丝印 首先，选择TopOverlay，左键单击下图中高亮的按钮，进入画线模式。Tip:如果感觉层数太多，请您关闭输入法，按键盘上的L键，如箭头所示，关闭多余的层，最后，将右上角的Mechanical1的Show复选框勾选（这是3D Body所在层），最后如图所示： 然后，请您高抬贵手，离开鼠标，使用键盘，依次输入J、L，在弹出窗口中输入坐标点，然后按两次Enter（第一次为定位，第二次为放置线端点）。然后，不要触碰鼠标，依次按键盘J、L键，填入左上坐标：按照同样的操作，将剩余的线绘制完毕，最后在引脚1的地方，做一个缺角，然后适当做一些美化和修饰，丝印层就画完了。同样的，利用JL快捷键，可以精确定位焊盘，结合使用Paste Array命令（在上一专题有专门论述）批量放置焊盘，最后如图所示：Tip：在使用快捷键的过程中，请勿开启输入法，另外，如果因为不小心造成鼠标的单击操作以致线段放置不当，请使用Backspace键后退操作。2.2 面动成体2.2.1 使用3D Body管理器1. 生成元件主体 打开3D Body管理器，如图 2.2.11。 管理器的界面和功能如图 2.2.12所示。图 2.2.11 图 2.2.12 Description：单击此栏中的条目，可让您快速预览所需要的3D Body 外型，预览显示在右下角的小窗口中，实际上是元件的3D投影，为粉红色 Body State：In Component 代表开启对应的3D模型，Not In Component 代表沒有启用，左键单击选择，右下角实时预览二者区别 Standoff Height & Overall Height：高度设定，距离PCB表面的开始高度及结束高度，不必一定从零开始，可以为负值 Body Project：可以选Top Side 及 Bottom Side Registration Layer：选择3D Body所在层 Body 3-D Color：设定3D Body颜色 Body 3-D Opacity：3D Body透明度选择 现在让我们试着添加一个：最终效果当前添加的Body预览在图中，我们设置变压器主体高度33mm，其下表面距离PCB表面4mm，那么主体顶端距离PCB表面37mm。按键盘的3，查看：下表面距离电路板表面4mm上表面距离电路板表面37mm这样，一个最简单的3D模型就创建成功了，其原理就是：3D Body管理器将封闭的丝印图形拉伸一定的高度形成的，换言之，假若您的丝印没有封闭，那么是无法生成拉伸实体的，这种情况下，只需将线段作如下变动：适当超出以封闭这里没有封闭模型添加后恢复原状图 2.2.13Tip：当您在使用管理器生成实体时，看似已经封闭的丝印图形，却未能形成预览，这个时候，请您适当将一些线段延长并交叉，这样便可以解决J。2. 要生成引脚生成引脚也可以借助管理器实现，方法很简单： 首先，选择丝印层（Topoverlay），在元件旁边绘制一个小方框或者小圆圈 然后，在管理器中找到这个小方框，为它添加3D Body，输入合适的参数就是这个 删除丝印层的小方框，保留生成的实体 选择粉色的填充区，复制并粘贴需要的引脚数目 最后，将这三个粉色方框分别移至三个焊盘处，并使其恰好插入孔内至此，实体和引脚都添加完了。Tip：欲使引脚和元件主体衔接完美，主要取决于Standoff Height & Overall Height设置是否合理。如上图，对于刚刚生成的三极管，图中前三项是三极管引脚的模型设置，一方面，其下表面距离PCB板0mm，亦即紧贴PCB，上表面距离PCB板距离3mm；另一方面，这3mm恰好是三极管主体部分（黑色模型）下表面与PCB板的距离，这样，引脚与主体部分就衔接在一起了。2.2.2 使用Place3D Body1. 面板介绍2. 使用面板生成的各种模型：3. 一个实例上图中的发光二极管，是利用面板里面的一个球体、一个圆柱体以及利用管理器生成的底座和引脚组合而成的，只要数据配合得好，就可以实现“无缝连接”。3. 为我所用再上一章节中，我们都是先有PCB封装，然后再有3D Body，在这一章中，就让我为您讲述，如何使用已经存在的step文件或者自己绘制的三维模型生成PCB封装。众所周知，很多元器件都是标准的2.54mm间距，但有时，并非如此，这个时候，除了通过实际测量、从厂家获得尺寸图纸之外，还有一种方法，那就是依赖step文件。获得step文件有两种方法，第一，联系生产厂家；第二，自己绘制，常用的有Solidworks、ProE等等。需要提醒大家的是，如果采用Solidworks绘制模型时，请注意一点：在SW中，前视基准面等效于Altium里面的PCB表面，所以绘制元件模型时务必考虑到，以免给定位造成困扰。至于ProE，没用过，不做评论。L假设现在我手中，有一个EI33的模型文件（.step）：（使用SW绘制） 首先，新建一个PCB封装 导入此模型文件单击此处浏览文件这个时候，焊盘、丝印都是没有的，只有一个粉色的蒙板在页面上（如上图所示）。 然后，按键盘3，进入3D查看模式使用Shift+鼠标右键进行翻转操作，并配合键盘的9和0进行正视，如图 添加捕捉点所谓的捕捉点，是指能够使焊盘自动吸附到其上的特殊的十字交叉线，其功能和上一专题所说的“格点”类似。添加捕捉点功能，仅在Altium进入3D视图模式下才能激活，而Altium具有自动捕捉圆的圆心，以及多边形顶点的功能。如图，让我们捕捉其中一个引脚： 按键盘的2回到2D视图，这个时候我们发现多了一个十字交叉点：当我们尝试放置一个焊盘到这个十字附近时，会发现焊盘会被吸附上去：这样，我们就可以精确定位一个焊盘。更进一步地说，如果我们一次添加多个捕捉点，就可以放置N个焊盘，这样就不必关心尺寸不精确的问题只要模型没问题。同样的道理，我们还可以捕捉元件的外轮廓，从而根据这些捕捉点绘制丝印层，这样，一个元件的PCB封装就画完了。 技巧：对于EI33这样的元件，它的引脚间距相同，关键是第一个脚的定位，其实我们只需要定位1脚，然后通过Paste Array即可。首先通过添加捕捉点，定位1脚： 然后，选择焊盘，使用剪切命令，Ctrl+X，然后使用：确定后，在刚刚生成的捕捉点处单击，就OK了J 根据捕捉点绘制丝印、放置焊盘 最后，重新回到3D视图，删除捕捉点这些选项用于设置模型高度位置等信息，可以尝试完成！Tip：倘若自己绘制3D模型，请注意尽量选择圆柱形引脚，这是由于Altium对于圆形物体更易添加捕捉点（即圆心），其他如长方体引脚等，不易捕捉其中心。4. 总结我们可以看到，第一种方法是在丝印层的基础上，拉伸形成元件模型，以及使用放置命令放置圆柱、球体、以及手动绘制