元器件封装（Footprint）的构建

电子森林 2019-06-04 25052

描述

元器件封装的构建是PCB设计中的一个重要环节，小小的一个错误很可能导致整个板子都不能工作以及工期的严重延误。常规器件的封装库一般CAD工具都有自带，也可以从器件原厂的设计文档、参考设计源图中获取，很多第三方的服务平台也提供经过严格验证的通用器件的原理图符号以及封装。如果在自己项目中对一些关键器件要自建封装，就需要注意文中介绍的一些注意点。

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元器件封装是做什么的呢？我们知道物理的电子元器件通过焊盘（PAD）安装在PCB板上，并通过板上的连线（Track）同其它器件进行电信号连接。一个元器件的封装（Footprint）就是通过外形轮廓框定的代表管脚的所有PAD的集合。

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虽然构建元器件的封装看起来So Easy，但我还是从4个大的方面强调一下 - 建库一定要仔细。

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元器件封装不一定都要自建，除了自己构建之外，还有4种其它的方式来“不劳而获”地获取通用元器件的封装文件（以及前面讲到的原理图符号），这4种途径：

你使用的CAD工具软件中自带，一般是在安装工具的时候选装，也可以在运行期间根据需要选择自己用到的器件类别进行安装；

很多厂商（尤其是MCU厂商，比如ST）提供参考板的设计文档，可以从这些设计文档源文件中提取自己需要的器件的封装以及原理图符号；

半导体原厂比如TI、美信、Microchip等等官网上的器件页面里都有相应的设计文档，在这些文档中一般都会有该器件的库文件，为了针对所有主流的CAD工具通用，一般采取BXL格式，下载以后可以通过一些第三方的工具转化成自己需要的CAD工具支持的格式；

全球有好几个知名的服务商专门提供主流元器件的库文件，可以免费下载，只是你需要注册一下。

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构成一个元器件的封装，主要要注意三个要素：

焊盘 - 用于器件固定到电路板上并通过连线同其它器件进行信号连接，我们需要根据数据手册画对器件的形状、位置以及焊盘的编号，编号对应着该器件的管脚编号；

元器件封装的外形轮廓是为了告诉设计者该器件占地的面积，在该轮廓以内不能再放置任何器件，否则就会导致冲突；

我们需要对该器件的关键信息通过丝印进行标注，比如哪个管脚是起始的管脚？器件的极性、方向等等

除了以上的三大要素以外，多数CAD软件都加入了3D的数据，根据这些数据设计者可以知道该器件的三维形状，在机电一体设计的时候非常重要。

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焊盘英文为Pad或Land，是用于通过焊接的方式固定器件到电路板上，并通过Pad将该管脚同其它器件的管脚进行连接的。Pad的形状和尺寸都可以单独编辑设定。在建库的时候设计者容易犯的一个错误就是由于Grid的设置太小，导致管脚之间的间距出现了偏差，在电脑上看不出，但拿到板子焊接的时候就会发现由于管脚的错位导致的焊接困难。

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外形轮廓非常重要的作用就是该器件进行“画地保护”，明确地宣布自己所占的领地而不让外敌入侵到其领地，另外的一个作用（如最右的图）可以明确地标记出该器件安装在板子上的时候什么位置应该跟板子的边缘靠齐。

在画焊盘的时候有时候长度需要留有一定的余量，以方便焊接和生产。

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二极管（包括LED）和三极管其实是最容易犯错的，很多工程师在这么简单的器件上都栽过跟头。二极管极性的标注需要比较明确，且焊接上器件以后仍然比较容易辨别。三极管有不同的封装，即便都是穿孔的，三个管脚的孔间距也不同，一定要严格对照其数据手册以及实物进行设计。

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通孔器件的管脚形状和大小要注意，PAD的孔径形状没画对或画的太小导致无法插入器件的管脚也是工程师常常犯的错误。

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有的器件需要辅助的定位装置，比如RJ-45的两个金属管脚，SD卡、USB插座的固定柱都需要在器件封装构建的时候考虑到，并注意其孔径的大小 - 太小导致无法插入，太大会松动，达不到固定的目的。另外这些辅助定位的管脚是否接地也是需要注意的，要根据数据手册上的要求进行连接。

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很多工程师从库里加载元器件封装的时候会发现被加载的器件跑的很远，原因就是在构建封装的时候其坐标原点远远偏离了器件，一般坐标原点选在器件的中心或者左上角，每个人有自己的风格，只要一致就好。

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丝印很重要，标记器件的轮廓、方向、极性以及管脚编号等，要记住这些信息需要器件安装以后也能够看到，右侧的两个器件（二极管和4Pin插座）就不符合规范，器件焊接上以后就无法判断。

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最后一步，无论是原理图符号，还是器件的封装，都要打印出来进行对照。确保打印机的打印比例设置是1:1（通过打印其它实物进行校正），将你手头的器件放在你打印出来的封装上实际的感受一下，即便自己手头没有现成的器件，也需要对照数据手册上的尺寸进行验证，确保万无一失。

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