Altium Designer: od schematu do plików produkcyjnych PCB

Aby przygotować płytkę w Altium Designer, utwórz projekt, narysuj schemat i sprawdź biblioteki elementów. Następnie przeprowadź kontrolę elektryczną, przenieś dane do edytora PCB, określ obrys i układ warstw oraz ustaw reguły projektowe. Po rozmieszczeniu elementów i poprowadzeniu ścieżek wykonaj kontrolę DRC, wygeneruj pliki produkcyjne i obejrzyj wyeksportowany zestaw.

Ten poradnik wyjaśnia, co sprawdzać na każdym etapie. Nie podaje ścieżek do poleceń ani nazw przycisków, ponieważ szczegóły obsługi zależą od wersji programu. Sposób uruchamiania poszczególnych funkcji sprawdzaj w dokumentacji producenta oprogramowania dla używanej wersji Altium Designer.

1. Instalacja i licencja: przygotuj środowisko pracy

Przed instalacją sprawdź wymagania systemowe oraz warunki posiadanej licencji w dokumentacji Altium. Korzystaj z instalatora udostępnionego przez producenta i uzgodnionej w organizacji wersji programu. Sposób aktywacji oraz dostępne funkcje ustal na podstawie własnej licencji; nie zakładaj, że będą identyczne jak w starszym samouczku.

Po uruchomieniu przygotuj miejsce na dokumenty projektu i biblioteki. Zadbaj o kopię zapasową oraz czytelne oznaczanie kolejnych wersji. Dzięki temu późniejszy eksport będzie można powiązać z konkretnym schematem i płytką, a nie jedynie z datą utworzenia archiwum.

2. Projekt PCB: uporządkuj dokumenty i wymagania

Projekt łączy schemat, dokument płytki, przypisania bibliotek i ustawienia potrzebne do przygotowania dokumentacji. Utwórz projekt PCB, dodaj arkusz schematu i zapisz dokumenty pod jednoznacznymi nazwami. Ustaw rozmiar arkusza oraz siatkę tak, aby symbole i połączenia pozostawały czytelne.

Zanim zaczniesz rysować, zapisz napięcia zasilania, przewidywane prądy, wymiary płytki i sposób podłączenia urządzenia. Ustal także położenie złączy oraz otworów mocujących, jeśli wynika ono z obudowy. Takie wymagania wpływają zarówno na dobór elementów, jak i późniejsze rozmieszczenie na PCB.

Główne okno służy do edycji dokumentów, a panele pomocnicze do przeglądania komponentów, właściwości i komunikatów. Dopasuj ich widoczność do bieżącej pracy. Układ okien ułatwia obsługę, ale o poprawności projektu decydują dane i wykonane kontrole.

3. Schemat: połącz elementy i nadaj sieciom nazwy

Rozmieść symbole według funkcji układu: zasilanie, część sterująca, wejścia i wyjścia powinny tworzyć czytelne grupy. Nadaj elementom unikalne oznaczenia, uzupełnij wartości i pozostaw miejsce na opisy. Na schemacie ważniejsza jest zrozumiałość połączeń niż podobieństwo do przyszłego rozmieszczenia na płytce.

Do ćwiczeń można wykorzystać prosty multiwibrator astabilny z dwoma tranzystorami NPN, rezystorami, kondensatorami i złączem zasilania. Dobór wartości oraz napięcia wymaga jednak osobnego sprawdzenia obwodu i kart katalogowych. Sam zestaw symboli nie stanowi gotowego, zweryfikowanego projektu urządzenia.

Połącz wyprowadzenia przewodami schematowymi i sprawdź węzły połączeń. Linia przechodząca obok końcówki symbolu nie musi być do niej podłączona, a przecięcie dwóch linii nie zawsze oznacza wspólny węzeł. Powiększ miejsca niejednoznaczne i skontroluj przynależność wyprowadzeń do sieci.

Nazwij zasilanie, masę i istotne sygnały. Etykiety pomagają czytać schemat i później rozpoznawać połączenia na PCB. Przy kilku arkuszach sprawdź zakres obowiązywania nazw i sposób łączenia dokumentów. Identyczny napis nie powinien zastępować kontroli rzeczywistego połączenia.

4. Biblioteki: sprawdź symbol, wzór pól i model

Element biblioteczny wiąże symbol schematowy ze wzorem pól lutowniczych na PCB oraz, jeśli jest dostępny, modelem przestrzennym obudowy. Symbol opisuje połączenia elektryczne, wzór pól określa geometrię montażu, a model pomaga ocenić położenie elementu w przestrzeni. Każdy z tych opisów wymaga sprawdzenia.

Porównaj numerację wyprowadzeń symbolu z numeracją pól oraz kartą katalogową dokładnie tego wariantu elementu, który ma zostać zamontowany. Podobna nazwa obudowy nie gwarantuje zgodności wymiarów ani kolejności wyprowadzeń. Dotyczy to szczególnie tranzystorów, złączy i elementów występujących w kilku odmianach.

Sprawdź rozstaw i wielkość pól, średnice otworów, oznaczenie pierwszego wyprowadzenia oraz polaryzację. Wydruk wzoru pól w skali 1:1 pozwala porównać go z rzeczywistym elementem. Przed takim porównaniem zweryfikuj skalę wydruku, ponieważ automatyczne dopasowanie do strony może zmienić wymiary.

Model przestrzenny nie potwierdza zgodności elektrycznej ani poprawności pól lutowniczych. Korzystając z bibliotek własnych, zespołowych lub pobranych, zachowaj informację o sprawdzonym wariancie komponentu. Nie zastępuj go innym modelem wyłącznie dlatego, że wygląda podobnie.

5. Kompilacja i ERC: skontroluj schemat

Uruchom walidację lub kompilację projektu oraz kontrolę reguł elektrycznych ERC, zgodnie z dokumentacją swojej wersji programu. Przejrzyj komunikaty dotyczące połączeń, oznaczeń i typów wyprowadzeń. Zakres wykrywanych problemów zależy od ustawień kontroli oraz prawidłowego opisania symboli.

Każde ostrzeżenie powinno zostać wyjaśnione. Jeśli niepodłączone wyprowadzenie jest zamierzone, udokumentuj ten przypadek, zamiast wyłączać całą kategorię kontroli. Brak komunikatów nie dowodzi, że obwód będzie działał: ERC nie zastępuje obliczeń, analizy kart katalogowych ani sprawdzenia polaryzacji zasilania.

6. Przeniesienie do PCB: obrys i układ warstw

Dodaj dokument PCB i uruchom funkcję synchronizacji ze schematem. Przed zastosowaniem zmian przejrzyj listę dodawanych elementów i połączeń. Po przeniesieniu sprawdź, czy każdy komponent ma właściwy wzór pól, a sieci odpowiadają schematowi. Linie wskazujące połączenia do wykonania nie są jeszcze ścieżkami miedzi.

Zdefiniuj zamknięty obrys płytki, wycięcia i otwory mocujące. Ustal jednostki, punkt odniesienia i siatkę. Uwzględnij przestrzeń potrzebną na obudowę, śruby oraz wkładanie wtyków; sama zgodność wymiarów zewnętrznych nie gwarantuje wygodnego montażu.

Określ liczbę i kolejność warstw miedzi, warstwy izolacyjne oraz ich grubości. Uzgodnij tę strukturę z wykonawcą. Warstwy miedzi pełnią inną funkcję niż maska lutownicza, opisy, pasta i dokumentacja mechaniczna. Ukrycie warstwy w widoku nie oznacza jej usunięcia z projektu ani poprawnego wyłączenia z eksportu.

7. Reguły projektowe: oprzyj je na uzgodnionych parametrach

Przed rozmieszczaniem i trasowaniem uzyskaj od wykonawcy minimalne szerokości ścieżek, odstępy, średnice wiercenia i wymagany pierścień miedzi wokół otworów. Ustal również odległości miedzi od krawędzi płytki. Parametry produkcji płytek drukowanych powinny odpowiadać wybranej technologii i konkretnemu zamówieniu.

Wprowadź te ograniczenia do reguł projektu i sprawdź, których obiektów dotyczą. Wartości domyślne programu nie są potwierdzeniem możliwości wykonania płytki. Minimalna szerokość technologiczna także nie oznacza, że ścieżka wytrzyma wymagany prąd lub zapewni dopuszczalny spadek napięcia.

Przykład obliczeniowy: szerokość ścieżki zasilającej

Założenia: ścieżka na warstwie zewnętrznej, miedź o grubości 35 µm, odpowiadająca orientacyjnie oznaczeniu 1 oz, oraz dopuszczalny wzrost temperatury ΔT = 10 K. Korzystamy z uproszczonej zależności przypisywanej IPC-2221:

I = 0,048 · ΔT^0,44 · A^0,725, gdzie I oznacza prąd w amperach, a A — pole przekroju miedzi w mil². Jednostka mil to 0,0254 mm; nie należy mylić jej z milimetrem.

Po przekształceniu otrzymujemy A = [I / (0,048 · ΔT^0,44)]^1/0,725. Grubość 35 µm wynosi około 1,38 mil. Dla prądu 1 A pole przekroju wynosi około 16,5 mil², więc szerokość to około 16,5 / 1,38 = 12 mil, czyli 0,30 mm. Analogicznie dla 2 A otrzymujemy orientacyjnie 0,78 mm.

To oszacowanie, a nie pomiar ani gwarancja temperatury. W tym uproszczonym modelu ścieżki wewnętrzne wymagają większej szerokości. Rzeczywiste nagrzewanie zależy również od otoczenia, sąsiedniej miedzi i warunków chłodzenia. Zweryfikuj założenia w odpowiedniej normie i osobno sprawdź spadek napięcia, przewężenia oraz przelotki.

Przykład obliczeniowy: pierścień przelotki

Założenia geometryczne: średnica otworu wynosi 0,30 mm, a szerokość pierścienia miedzi 0,15 mm z każdej strony. Średnica pola wynosi zatem 0,30 + 2 × 0,15 = 0,60 mm. To przykład zależności wymiarowej, a nie zalecana wartość minimalna.

Uzgodnij, czy podana średnica dotyczy wiertła, czy gotowego otworu po metalizacji. Tolerancje wiercenia i położenia otworu wpływają na pozostały pierścień. Samo obliczenie geometrii nominalnej nie potwierdza spełnienia wymagań wykonawcy.

8. Rozmieszczenie i trasowanie ścieżek

Najpierw ustaw elementy o narzuconym położeniu: złącza, otwory i części współpracujące z obudową. Następnie rozmieść pozostałe elementy według funkcji, zwracając uwagę na połączenia zasilające i przebieg sygnałów. Kondensatory odsprzęgające umieszczaj zgodnie z zaleceniami karty katalogowej zasilanego układu.

Sprawdź orientację złączy od strony rzeczywistego podłączania przewodów. Czytelny symbol na schemacie nie chroni przed odwróceniem kolejności styków na płytce. Pozostaw również miejsce na montaż, kontrolę połączeń i dostęp do punktów pomiarowych.

Prowadź ścieżki zgodnie z ustawionymi regułami, zaczynając od połączeń o największych ograniczeniach. Uwzględniaj drogę powrotu prądu i unikaj niepotrzebnych przewężeń. Przy zmianie warstwy sprawdź połączenie przez przelotkę; szeroka ścieżka doprowadzona do zbyt słabego przewężenia nie rozwiązuje problemu obciążalności całej drogi.

Po zmianach rozmieszczenia ponownie sprawdź połączenia i zaktualizuj wypełnienia miedzi. Gdy zmienia się schemat, zsynchronizuj dokumenty, zanim uznasz płytkę za ukończoną. Nie poprawiaj wyłącznie rysunku PCB bez kontroli zgodności z projektem elektrycznym.

9. DRC: sprawdź płytkę przed eksportem

Kontrola reguł projektowych DRC sprawdza płytkę względem skonfigurowanych ograniczeń. Obejmij nią między innymi odstępy, szerokości, otwory i brakujące połączenia. Usuń przyczyny naruszeń, a uzasadnione wyjątki opisz. Złagodzenie reguły tylko po to, aby usunąć komunikat, nie potwierdza poprawności projektu.

DRC nie zastępuje kontroli bibliotek ani oceny działania układu. Błędna numeracja pól może pozostać niewykryta, jeśli projekt jest wewnętrznie spójny. Osobno porównaj dokumentację z kartami katalogowymi i wymaganiami mechanicznymi.

10. Pliki wyjściowe do produkcji i montażu

Po zatwierdzeniu projektu przygotuj Gerber RS-274X dla wymaganych warstw oraz pliki wierceń NC Drill. Przekaż jednoznaczny obrys, wymiary i opis układu warstw. Opcjonalnie można uzgodnić ODB++ lub IPC-2581; wybór formatu i zakres danych powinien odpowiadać wymaganiom odbiorcy.

Do montażu elementów na PCB przygotuj zestawienie materiałów BOM oraz plik współrzędnych rozmieszczenia elementów. BOM powinien jednoznacznie określać oznaczenia, ilości i numery katalogowe, a także pozycje nieprzeznaczone do montażu. Plik rozmieszczenia wymaga sprawdzenia strony płytki, współrzędnych i kątów obrotu.

Uzgodnij jednostki, punkt odniesienia i interpretację orientacji komponentów. Dodaj rysunek montażowy z oznaczeniami polaryzacji, jeśli jest wymagany. Konfigurację wyjść można wykorzystać ponownie, lecz przed każdym eksportem trzeba sprawdzić wybór warstw i wersję dokumentów.

Otwórz wygenerowane dane w przeglądarce plików produkcyjnych. Porównaj otwory z polami, obejrzyj maskę i opisy oraz sprawdź obrys. Kontrola dokumentu PCB nie potwierdza automatycznie, że wyeksportowano kompletny zestaw.

Lista kontrolna przed wysłaniem do produkcji

• Wersja: schemat, PCB, BOM i wszystkie eksporty dotyczą tej samej zatwierdzonej wersji.
• Biblioteki: numeracja i geometria pól odpowiadają kartom katalogowym wybranych części.
• Polaryzacja: złącza i elementy kierunkowe mają sprawdzoną orientację oraz czytelne oznaczenia.
• Mechanika: obrys, otwory i odległości od krawędzi uwzględniają obudowę i montaż.
• Reguły: parametry technologiczne uzgodniono z wykonawcą, a obciążalność połączeń oceniono osobno.
• ERC i DRC: kontrole wykonano po ostatnich zmianach, a wyjątki mają uzasadnienie.
• Dane produkcyjne: warstwy i wiercenia obejrzano razem w wyeksportowanym zestawie.
• Dane montażowe: ilości, współrzędne, strony i obroty są zgodne z projektem.
• Archiwum: zawiera sprawdzone pliki i uzgodnioną dokumentację, bez nieaktualnych eksportów.

Podsumowanie

Praca w Altium Designer prowadzi od schematu i sprawdzonych bibliotek przez reguły, rozmieszczenie i trasowanie do kontroli DRC oraz dokumentacji produkcyjnej. O gotowości płytki decyduje zgodność tych danych z wymaganiami elektrycznymi, mechanicznymi i technologicznymi. Przed wysłaniem zawsze sprawdź także pliki, które faktycznie otrzyma wykonawca.