Cách đọc Datasheet để chọn và tự tạo Footprint trong Altium Designer
Bài học: Cách đọc Datasheet để chọn và tự tạo Footprint trong Altium Designer
Đây là một bài rất quan trọng. Sau bài này, mục tiêu là bạn không còn phải học thuộc tên footprint, mà có thể nhìn vào datasheet và tự xác định được footprint cần dùng.
1. Trước hết: Datasheet cho chúng ta biết điều gì?
Khi mua một linh kiện, datasheet thường cho chúng ta ít nhất 4 nhóm thông tin:
DATASHEET
│
┌──────────────┼──────────────┐
↓ ↓ ↓
Electrical Package Mechanical
thông số điện kiểu vỏ kích thước
│ │ │
└──────────────┼──────────────┘
↓
FOOTPRINT
↓
PCB
Ví dụ với một điện trở SMD:
Resistance = 10 kΩ
Power = 0.25 W
Tolerance = ±1%
Package = 0805
Ở đây 0805 mới là thông tin đặc biệt quan trọng đối với việc chọn footprint.
2. Ba khái niệm phải phân biệt
Bạn hãy ghi nhớ:
Symbol ≠ Package ≠ Footprint
Symbol
Là hình biểu diễn linh kiện trong Schematic.
Ví dụ:
R1
───/\/\/\/───
10k
Package
Là kiểu vỏ vật lý của linh kiện.
Ví dụ:
SOIC-8
SOT-23
LQFP-48
0805
DIP-8
Footprint
Là hình dạng vật lý trên PCB:
PAD1 PAD2
●──────────●
R1
Nó chứa:
- Pad
- kích thước pad
- khoảng cách pad
- silkscreen
- courtyard
- assembly
- solder mask
- vị trí linh kiện
3. Ví dụ đầu tiên: điện trở 0805
Giả sử bạn có:
R = 10 kΩ
Package = 0805
Kích thước danh nghĩa của 0805 theo hệ inch là khoảng:
0.08" × 0.05"
tương đương khoảng:
2.0 mm × 1.25 mm
Trong Altium bạn có thể gặp footprint kiểu:
R_0805_2012Metric
Trong đó:
0805
là cách gọi theo inch.
Còn:
2012
là cách gọi theo metric:
2.0 mm × 1.2 mm
Đây là điều rất dễ nhầm.
0805 ≈ 2012 Metric
0603 ≈ 1608 Metric
0402 ≈ 1005 Metric
1206 ≈ 3216 Metric
1210 ≈ 3225 Metric
4. Nhưng đừng chỉ nhìn “0805”
Đây là nguyên tắc quan trọng:
Package name không phải lúc nào cũng đủ để xác định footprint chính xác.
Ví dụ hai linh kiện đều được gọi là 0805 nhưng:
- chiều dài thân khác nhau
- chiều rộng khác nhau
- termination khác nhau
- công suất khác nhau
thì kích thước pad đề xuất có thể khác.
Vì vậy phải mở phần:
Recommended Land Pattern
hoặc:
PCB Layout
hoặc:
Recommended Footprint
trong datasheet.
5. Datasheet thường có hình này
Bạn có thể gặp:
L
┌──────────┐
│ │
│ BODY │
│ │
└──────────┘
── ──
PAD1 PAD2
← W →
Datasheet có thể cho:
L = 2.00 mm
W = 1.25 mm
T = 0.90 mm
và quan trọng hơn:
Pad length
Pad width
Pad spacing
Ví dụ:
┌──────┐
│ BODY │
└──────┘
┌────┐ ┌────┐
│PAD1│ │PAD2│
└────┘ └────┘
↑ ↑
└── G ───┘
G là khoảng cách giữa hai pad theo quy định của nhà sản xuất.
6. Ví dụ 2: tụ ceramic 0805
Giả sử:
Murata
C = 100 nF
Voltage = 50 V
Package = 0805
Bạn có thể chọn:
C_0805_2012Metric
Nhưng vẫn phải kiểm tra:
Recommended land pattern
Nếu datasheet cho kích thước pad:
Pad length = 0.9 mm
Pad width = 1.0 mm
Gap = 0.8 mm
thì footprint phải được thiết kế phù hợp với các thông số này.
7. Ví dụ 3: LED 0805
LED 0805 rất thú vị.
Bạn có:
LED
Package = 0805
nhưng phải biết:
Anode
Cathode
Ví dụ:
LED
┌─────────┐
│ │
└─────────┘
│ │
PAD1 PAD2
A K
Trong footprint cần xác định rõ:
Pad 1 = Anode
Pad 2 = Cathode
Nếu footprint đặt ngược thì LED sẽ bị ngược cực.
8. Ví dụ 4: diode 1N4148
1N4148 có thể tồn tại dưới nhiều dạng package.
Ví dụ:
1N4148
├── DO-35
├── SOD-123
└── SOD-323
Vì vậy không thể nói:
1N4148 = footprint DO-35
mà phải nói:
1N4148 phiên bản package DO-35 → footprint DO-35.
Đây là tư duy rất quan trọng.
9. Cách đọc diode DO-35
Ví dụ:
┌─────────┐
───────│ DIODE │───────
└─────────┘
│
Cathode band
Datasheet sẽ cho:
Body length
Body diameter
Lead diameter
Lead spacing
Ví dụ bạn phải xác định:
L = chiều dài thân
D = đường kính thân
d = đường kính chân
P = khoảng cách chân
Sau đó footprint có dạng:
PAD1 PAD2
●────────────────────●
DO-35
10. Ví dụ 5: diode 1N4007
1N4007 thường gặp dạng:
DO-41
Footprint có thể kiểu:
D_DO-41_SOD81_P10.16mm
Trong đó:
DO-41
là package.
P10.16mm
là khoảng cách chân.
Bạn sẽ thấy:
PAD1 PAD2
●───────────────────────────●
10.16 mm
Điều này rất quan trọng khi đặt linh kiện lên PCB.
11. Ví dụ 6: transistor SOT-23
Giả sử bạn có:
2N3904
Package = SOT-23
Footprint sẽ có 3 pad:
PAD1
●
┌────────┐
│ │
│ SOT23 │
└────────┘
● ●
PAD2 PAD3
Nhưng có một vấn đề cực kỳ quan trọng:
SOT-23 không nói cho bạn biết chắc chắn chân nào là B, C, E.
Ví dụ một transistor có thể:
Pin 1 = Base
Pin 2 = Emitter
Pin 3 = Collector
nhưng linh kiện khác lại có pinout khác.
Vì vậy:
Package xác định hình dạng vật lý, datasheet của linh kiện xác định pinout.
12. Đây là lỗi người mới dùng Altium rất dễ mắc
Bạn thấy:
SOT-23
rồi nghĩ:
“Tất cả SOT-23 đều giống nhau.”
Không.
Có thể có:
BJT
MOSFET
Voltage regulator
Diode array
IC
đều sử dụng package SOT-23.
Nhưng pinout có thể khác nhau.
13. Ví dụ 7: NE555 DIP-8
NE555 dạng DIP:
┌───────────┐
1 ●──│ │──● 8
2 ●──│ NE555 │──● 7
3 ●──│ │──● 6
4 ●──│ │──● 5
└───────────┘
Package:
DIP-8
Khoảng cách hai hàng chân thường:
7.62 mm
Vì vậy footprint thường có tên dạng:
DIP-8_W7.62mm
Bạn cần chú ý:
8 pins
7.62 mm row spacing
14. NE555 SOIC-8
Nếu NE555 là SMD:
SOIC-8
thì footprint hoàn toàn khác:
● ● ● ●
┌───────┐
│ NE555 │
└───────┘
● ● ● ●
Không thể lấy:
DIP-8
cho linh kiện:
SOIC-8
15. Ví dụ 8: STM32F103C8T6
Đây là ví dụ rất phù hợp với việc bạn đang học STM32.
Giả sử datasheet cho:
Package: LQFP-48
Bạn phải tìm trong datasheet:
A
A1
D
E
D1
E1
e
b
L
Trong đó đặc biệt chú ý:
e = pitch
Ví dụ:
e = 0.5 mm
nghĩa là khoảng cách tâm-tâm giữa hai chân:
●──●──●──●──●
↑
0.5 mm
16. LQFP-48 không chỉ có một kích thước
Đây là điểm rất quan trọng.
Bạn không nên chỉ tìm:
LQFP-48
rồi chọn đại một footprint.
Phải kiểm tra:
Body size
Lead pitch
Lead width
Lead length
Ví dụ:
LQFP-48
pitch = 0.5 mm
body = 7 × 7 mm
sẽ khác với một package khác có:
LQFP-48
pitch = 0.5 mm
body = 9 × 9 mm
Dù cả hai đều có 48 chân.
17. Ví dụ 9: ESP32-WROOM-32
Đây cũng là linh kiện rất phù hợp với dự án của bạn.
ESP32-WROOM-32 không phải chỉ là một IC thông thường.
Nó là một module.
Do đó footprint phải dựa trên:
Module mechanical drawing
Bạn cần xác định:
Chiều dài
Chiều rộng
Khoảng cách hàng chân
Số lượng chân
Pitch
Vùng antenna
Keepout
Đặc biệt:
Antenna của ESP32 phải có vùng keepout thích hợp.
Không được đặt copper hoặc linh kiện tùy tiện dưới vùng antenna.
18. Bây giờ chúng ta đến phần quan trọng nhất: tự tạo Footprint
Giả sử bạn không tìm được footprint phù hợp.
Trong Altium bạn có thể tự tạo.
Quy trình:
Datasheet
↓
Mechanical Drawing
↓
Recommended Land Pattern
↓
Tạo PCB Library
↓
Đặt Pads
↓
Đặt Silkscreen
↓
Đặt Courtyard
↓
3D Body nếu cần
↓
Kiểm tra
↓
Lưu Footprint
19. Một footprint cơ bản gồm những gì?
Ví dụ điện trở SMD:
SILKSCREEN
┌──────────────┐
│ │
PAD1 ● ● PAD2
│ R1 │
│ │
└──────────────┘
COURTYARD
Có thể hiểu:
Pad
Nơi hàn chân linh kiện.
Silkscreen
Hình minh họa trên mặt PCB.
Courtyard
Khoảng không gian cần thiết để lắp ráp linh kiện.
Assembly
Thông tin phục vụ quá trình lắp ráp.
3D Body
Mô hình 3D của linh kiện.
20. Một ví dụ tự tạo footprint 0805
Giả sử datasheet cho:
Package: 0805
Bạn tạo:
Pad 1
X = -0.95 mm
Pad 2
X = +0.95 mm
Sau đó thiết lập:
Pad size
X = ...
Y = ...
Ví dụ minh họa:
0805
BODY
┌─────────┐
│ │
└─────────┘
┌─────┐ ┌─────┐
│ PAD │ │ PAD │
│ 1 │ │ 2 │
└─────┘ └─────┘
Lưu ý: các kích thước cụ thể phải lấy từ datasheet/land-pattern của linh kiện thực tế; không nên lấy các con số minh họa trên làm chuẩn sản xuất.
21. Tại sao phải có Courtyard?
Giả sử bạn đặt hai điện trở quá gần nhau:
┌──────┐ ┌──────┐
│ R1 │ │ R2 │
└──────┘ └──────┘
Có thể nhìn trên PCB thấy không vấn đề.
Nhưng khi lắp ráp:
R1
██████
R2
██████
hai linh kiện có thể va chạm hoặc máy gắp linh kiện không có đủ khoảng trống.
Courtyard giúp kiểm soát vấn đề đó.
22. Một quy trình chuẩn mà tôi muốn bạn sử dụng từ bây giờ
Khi gặp bất kỳ linh kiện nào, hãy làm:
BƯỚC 1
Xác định chính xác mã linh kiện
↓
BƯỚC 2
Mở DATASHEET
↓
BƯỚC 3
Tìm PACKAGE
↓
BƯỚC 4
Tìm MECHANICAL DIMENSIONS
↓
BƯỚC 5
Tìm RECOMMENDED LAND PATTERN
↓
BƯỚC 6
Kiểm tra PIN 1
↓
BƯỚC 7
Chọn hoặc tạo FOOTPRINT
↓
BƯỚC 8
Kiểm tra 3D
↓
BƯỚC 9
Đưa vào PCB
↓
BƯỚC 10
DRC
23. Bảng “tra nhanh” cho người mới học Altium
| Linh kiện | Package phổ biến | Footprint thường gặp |
|---|---|---|
| R SMD | 0402/0603/0805/1206 | R_0402/R_0603/R_0805/R_1206 |
| C ceramic | 0402/0603/0805/1206 | C_0402/C_0603/C_0805/C_1206 |
| LED SMD | 0603/0805/1206 | LED_0603/LED_0805 |
| 1N4148 | DO-35/SOD-123 | D_DO-35/SOD-123 |
| 1N4007 | DO-41 | D_DO-41 |
| BJT nhỏ | SOT-23 | SOT-23 |
| MOSFET nhỏ | SOT-23 | SOT-23 |
| MOSFET công suất | DPAK/D2PAK | DPAK/D2PAK |
| NE555 | DIP-8/SOIC-8 | DIP-8/SOIC-8 |
| STM32F103 | LQFP-48 | LQFP-48 |
| ESP32-WROOM | Module | Footprint riêng |
24. Bài tập thực hành cho bạn
Tôi đề nghị chúng ta không học lý thuyết suông nữa mà làm một bài thực hành giống như khi bạn thiết kế PCB thật.
Hãy tưởng tượng chúng ta có mạch:
+5V
│
R1
10k
│
├──────────┐
│ │
C1 NE555
100nF │
│ │
GND OUT
│
LED
│
R2
1k
│
GND
Chúng ta sẽ lần lượt xác định:
R1 → package gì?
C1 → package gì?
R2 → package gì?
LED → package gì?
NE555 → DIP-8 hay SOIC-8?
Sau đó tôi sẽ hướng dẫn bạn từng bước trong Altium Designer để tạo PCB Library và tự vẽ footprint cho từng linh kiện, bao gồm:
Pad → Solder Mask → Paste → Silkscreen → Courtyard → Assembly → 3D Body → kiểm tra kích thước → liên kết Symbol ↔ Footprint.
Đây sẽ là bước rất tốt để nối tiếp khóa Altium mà chúng ta đang học, trước khi đi sâu vào PCB STM32.