趙立華，田知玲，涂佃柳

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

半導(dǎo)體專用設(shè)備研發(fā)企業(yè)除了辦公管理系統(tǒng)的信息化，還要加強(qiáng)研發(fā)過(guò)程管理的信息化，這對(duì)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化提出了更高的要求。尤其是電氣設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中元件庫(kù)的建立和規(guī)范變得越來(lái)越重要，越來(lái)越迫切。為便于半導(dǎo)體專用設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)元件庫(kù)（Protel）的使用和管理，對(duì)元器件等進(jìn)行整理成公共庫(kù)，要求按照該規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由技術(shù)管理部門(mén)審核后方可使用。該規(guī)范僅作為一個(gè)基本要求，設(shè)計(jì)人員以此規(guī)范和公共元件庫(kù)為基準(zhǔn)，進(jìn)行元件庫(kù)的設(shè)計(jì)。隨著新國(guó)標(biāo)的推出和系統(tǒng)中產(chǎn)品的進(jìn)一步豐富，同一個(gè)元件圖形需要更新的采用“替換”方式更新，新增加的元件庫(kù)可直接添加。

庫(kù)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)要符合規(guī)范，并經(jīng)技術(shù)管理部門(mén)進(jìn)行審核，庫(kù)更新后由技術(shù)管理部門(mén)升級(jí)成為新版本，對(duì)于已經(jīng)應(yīng)用PLM 系統(tǒng)（產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)）的企業(yè)，庫(kù)的統(tǒng)一管理使用是必要的。當(dāng)然，由于電子元器件經(jīng)常變化，該規(guī)范是個(gè)長(zhǎng)期更新的過(guò)程，需要不斷進(jìn)行修正、完善。

1 管理辦法

1.1 基本辦法

從元件庫(kù)的特點(diǎn)和半導(dǎo)體專用設(shè)備產(chǎn)品的實(shí)際情況出發(fā)，元件庫(kù)的管理采取公共元件庫(kù)和產(chǎn)品特性元件庫(kù)分開(kāi)管理的辦法。

公共元件庫(kù)的來(lái)源有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及已經(jīng)入PLM 系統(tǒng)的產(chǎn)品元件庫(kù)，其中大部分為通用的元件，有些是特性庫(kù)的參考，比如驅(qū)動(dòng)器、PLC 等。該庫(kù)按照八大模塊進(jìn)行劃分，不需要區(qū)別Protel 的自帶庫(kù)和設(shè)計(jì)的自建庫(kù)，名稱統(tǒng)一為電源模塊.lib、控制模塊.lib、電子元器件.lib、傳感器模塊.lib、接插件.lib、驅(qū)動(dòng)模塊.lib、儀器儀表.lib、專用單元.lib 以及纜線.lib，對(duì)應(yīng)的Ddb 文件為“***公共元件庫(kù)2015Vn”，Vn 表示版本號(hào)。

各設(shè)備研制部門(mén)需要按照產(chǎn)品系列分別建立不同的特性庫(kù)，比如CMP.lib、光刻.lib、探針.lib、激光劃切.lib、聲掃.lib、線切割.lib、印刷.lib、清洗.lib 等，為便于查找，不需要進(jìn)行模塊細(xì)分。為方便管理，特性庫(kù)僅包括已入PLM 系統(tǒng)的產(chǎn)品，未用元件不要隨意放置，隨著進(jìn)入PLM 系統(tǒng)的增加，逐步增加庫(kù)的內(nèi)容。

1.2 進(jìn)入PLM 系統(tǒng)

需要進(jìn)入PLM 系統(tǒng)的元件庫(kù)，和物料建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，經(jīng)技術(shù)管理部門(mén)審核后方可進(jìn)入相應(yīng)的元件庫(kù)。凡是提交圖紙中元件對(duì)應(yīng)的圖形不屬于上述元件庫(kù)，技術(shù)管理部門(mén)將圖紙文檔返回設(shè)計(jì)人員，重新修改入庫(kù)后方可提交，這是強(qiáng)制性紀(jì)律要求，否則給后期管理帶來(lái)不便。

2 基本要求

2.1 外形與顏色

庫(kù)元件的放置位置規(guī)定為庫(kù)文件的第四象限，即右下角，其中“接插件1.lib”中庫(kù)圖形的本體放在第四象限的左側(cè)，引腳在第三象限。

絕大部分的圖形庫(kù)除符合相應(yīng)規(guī)范外，還要比例適當(dāng)，外形美觀大方。需要指出的是，外形要符合國(guó)標(biāo)，不要增加其他一些東西。具體要求有三方面：第一，字體要求設(shè)計(jì)圖樣本身要一致，常見(jiàn)設(shè)置如字體：Times New Roman，字形：常規(guī)，大小：10，字體為小四的詳見(jiàn)下文所述；第二，顏色以黑色（3）、藍(lán)色（229）、淺黃色（218）、紫色（221）為主，線寬采取默認(rèn)線寬設(shè)置的居多，需要加粗的見(jiàn)下文描述；第三，外形如寬度、長(zhǎng)度以及邊框等，有的元件要求明確。

2.2 引腳

引腳使用“Pin”工具，而不要使用“Line”工具畫(huà)線。引腳線寬采用Protel 的默認(rèn)設(shè)置，引腳長(zhǎng)度以20、30 單位（具體見(jiàn)下文）長(zhǎng)度為主。要求引腳名稱和編號(hào)填寫(xiě)完整，需要隱藏的應(yīng)用Show選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)有的元件對(duì)引腳間隔有明確要求。

2.3 庫(kù)的命名和描述

庫(kù)中各元件的命名方法如下，以英文大寫(xiě)為主，必要時(shí)可以加入中文、數(shù)字等，如“NAND”寫(xiě)成“NAND 非門(mén)”。若無(wú)法嚴(yán)格分類的，可以把名稱、規(guī)格等加入到庫(kù)元件中，比如Drive_ 松下_伺服1、Drive_ 東方_ 步進(jìn)1、開(kāi)關(guān)電源_ 明緯_NES1、開(kāi)關(guān)電源_明緯_T6 等。

傳感器暫定按引線（引腳）及布局進(jìn)行分類，如2 根、3 根、4 根等，其中編碼器也是按照類似方法。如圖1所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，代號(hào)和內(nèi)容描述要準(zhǔn)確，庫(kù)名稱優(yōu)先選擇“名稱_ 主要特征”的命名方法，特征相近的再依次按照流水號(hào)進(jìn)行，其中若有國(guó)標(biāo)號(hào)的以“名稱_主要特征_ 國(guó)標(biāo)號(hào)”的方式命名。

3 建庫(kù)方法

由于來(lái)源比較多且復(fù)雜，要求選用的優(yōu)先順序?yàn)閲?guó)標(biāo)庫(kù)GB4728.Ddb、Protel 自帶庫(kù)（Miscellaneous Devices.Ddb、Protel DOS Schematic Libraries等）、設(shè)計(jì)人員的自建元件庫(kù)。建庫(kù)的基本原則是自建庫(kù)“先入為主”，即先入庫(kù)的為準(zhǔn)，同時(shí)需要滿足后面的基本設(shè)置。

現(xiàn)在以驅(qū)動(dòng)器等為例，說(shuō)明具體的分類命名與建庫(kù)方法。庫(kù)中各元件的命名方法如下，以英文大寫(xiě)為主，必要時(shí)可以加入中文、數(shù)字等，如"NAND" 寫(xiě)成“NAND 非門(mén)”。若無(wú)法嚴(yán)格分類的，可以把名稱、規(guī)格等加入到庫(kù)元件中，比如Drive_松下_ 伺服1、Drive_ 東方_ 步進(jìn)1、開(kāi)關(guān)電源_明緯_NES1、開(kāi)關(guān)電源_明緯_T6 等。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接口（引腳）各個(gè)廠家差異較大，所以按照廠家進(jìn)行分類，如日本東方、北京中創(chuàng)天勤、日本松下、美國(guó)Copley、西門(mén)子等。要求元件庫(kù)的所有接口全部畫(huà)出，不要隱藏。當(dāng)利用該庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)"Edit" 指令編輯庫(kù)特征。如圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)器_ 伺服

（1）針對(duì)控制模塊中的工控機(jī)，建立元件庫(kù)時(shí)，分類首先以廠商為準(zhǔn)，然后以具體的機(jī)箱型號(hào)分類，最后按照順序流水號(hào)細(xì)分。針對(duì)工控機(jī)的內(nèi)部配置，如硬盤(pán)、鼠標(biāo)、底板、顯示器等，元件庫(kù)中不做要求，根據(jù)需要申請(qǐng)物料碼。

其他類似的按“套”采購(gòu)的組合式單元，如西門(mén)子驅(qū)動(dòng)、專用控制平臺(tái)、光柵尺等，除了整體作為一個(gè)元件外，其內(nèi)部配置可以根據(jù)需要單獨(dú)申請(qǐng)物料碼。

（2）除了全單位共用的“*** 公共元件庫(kù)2015Vn” 之 外，產(chǎn) 品 特 性 庫(kù) “*** 特 性 庫(kù)_2014_Vn.Ddb”的元件庫(kù)，務(wù)必經(jīng)過(guò)技術(shù)管理部門(mén)核準(zhǔn)后方可進(jìn)入。

操作辦法分為三步。

第一步：由各部門(mén)的電氣設(shè)計(jì)人員按照一定的規(guī)范，創(chuàng)建產(chǎn)品特性庫(kù)“*** 特性庫(kù)_2014_Vn.Ddb”的元件庫(kù)。

第二步，以上所有.lib 文件和整機(jī)電子版電氣圖紙一起提交到技術(shù)管理部門(mén)，由相關(guān)人員審核元件庫(kù)的正確性、重復(fù)性、美觀性等。

第三步，經(jīng)審核不合適的經(jīng)過(guò)重新修改并經(jīng)技術(shù)管理部門(mén)審核后，入庫(kù)提交，具體方法為：技術(shù)管理部門(mén)相關(guān)人員在打開(kāi)兩個(gè)庫(kù).lib 的編輯環(huán)境中，通過(guò)對(duì)事業(yè)部提交的元件庫(kù)中的元件進(jìn)行“拷貝（Copy）”，然后“粘貼（Paste）”進(jìn)“*** 特性庫(kù)_2014_Vn.Ddb”中相應(yīng)的.lib 庫(kù)中（格式為“只讀”），最后進(jìn)入PLM 系統(tǒng)更新，客戶端即可下載到本機(jī)后使用。如圖2所示。

需要注意元件的屬性維護(hù)，Protel 自帶庫(kù)中已有的，優(yōu)先選擇，有類似的，參照已有元器件庫(kù)開(kāi)始創(chuàng)建，要求元件屬性填寫(xiě)完整，即“Tools->Description->Component Text Fields”對(duì)話框，“Default Designator”標(biāo)示符、“Description”注釋和“Footprint”封裝以及“Sheet Part”。

圖2 產(chǎn)品特性庫(kù)

“Sheet Part”物料編碼能唯一確定的，則輸入PLM 系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的物料編碼。當(dāng)提交元件庫(kù)的，確保提交庫(kù)的命名、分類、圖形設(shè)置等正確無(wú)誤，并在“Tools->Description->Component Text Fields”對(duì)話框的“Description”文本框中注明來(lái)源，即“來(lái)源”GB4728-Gb2.lib、Protel 的某個(gè)自帶庫(kù)、摩托羅拉公司的某個(gè)庫(kù)、設(shè)計(jì)人員自建庫(kù)等。

每個(gè)庫(kù)元件的二維圖實(shí)體和該元件物料碼同時(shí)提交。操作為三步，第一步，元件的二維圖實(shí)體提交審核；第二步，按照事前已經(jīng)定版的電氣外購(gòu)件型號(hào)規(guī)格書(shū)寫(xiě)要求填寫(xiě)完整的物料表，通過(guò)PLM 系統(tǒng)申請(qǐng)物料編碼；第三步，把物料編碼輸入“Tools->Description->Component Text Fields”的“Sheet Part”文本框中。當(dāng)庫(kù)元件的二維圖無(wú)法保證“一物一碼”的，即無(wú)法確定唯一性的，則“Sheet Part”文本框?yàn)榭?，Sheet 屬性需要在Protel 設(shè)計(jì)時(shí)手動(dòng)輸入。如圖3所示。

圖3 元件屬性圖

3.1 基本設(shè)置

Protel 原理圖環(huán)境設(shè)置是非常重要的一環(huán)，也是建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化、美觀化的基礎(chǔ)。采用系統(tǒng)設(shè)置字體“Times New Roman”，常規(guī)10 號(hào)字。捕捉網(wǎng)格的尺寸默認(rèn)為5，可視網(wǎng)格的尺寸為10，電氣網(wǎng)格為8。庫(kù)圖形的坐標(biāo)原點(diǎn)要建在十字坐標(biāo)附近，便于設(shè)計(jì)圖紙的元件更新。元件庫(kù)編輯環(huán)境的設(shè)置為默認(rèn)設(shè)置，即“Options”->“Document Options”和“Options”->“Preference”菜單的默認(rèn)設(shè)置。

另外，引腳約定設(shè)計(jì)人員平時(shí)常忽略的，需要強(qiáng)調(diào)的是，元件引腳表示該元件的電氣連接點(diǎn)，既有電氣特性，又有圖形特性。電氣特性不做具體要求，要進(jìn)行電路仿真分析的引腳屬性需要設(shè)定；圖形特性中長(zhǎng)度的常用設(shè)置為30、20，顏色的常用設(shè)置為黑色。

3.2 PCB 封裝庫(kù)

半導(dǎo)體器件的封裝實(shí)現(xiàn)了器件的物理保護(hù)和電氣連接，是電子產(chǎn)品的重要組成部分，通常包括尺寸、形狀、引腳數(shù)量、間距、長(zhǎng)度等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，便于加工以及和印刷電路板的配合，比如DIP、SOP、QFP、BGA、MCP 再到SIP，還有封裝形式一樣但封裝材料也有金屬、陶瓷、金屬- 陶瓷、塑料多種類型。有時(shí)，同一技術(shù)參數(shù)的器件會(huì)有多種封裝形式，不同廠家表示方法也不盡相同。另外，封裝形式不斷改進(jìn)和升級(jí)，給封裝庫(kù)的建設(shè)提出了較高的要求。封裝庫(kù)的基本要求是，必須和實(shí)物的尺寸、大小一致，凡是不確定的必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)證才能作為正式文件。

該庫(kù)是應(yīng)用于PCB 格式的封裝庫(kù)，名稱為“*** 封裝庫(kù)_2014_Vn.Ddb”（2014_Vn 表示年份、版本號(hào)）。由于來(lái)源比較多且復(fù)雜，要求參照的優(yōu)先順序?yàn)镻rotel 自帶庫(kù)Advpcb.Ddb、設(shè)計(jì)人員的自建封裝庫(kù)。建庫(kù)的基本原則是自建封裝庫(kù)“先入為主”，即先入庫(kù)的為準(zhǔn)，同時(shí)需要滿足后面的基本設(shè)置。如果封裝形式超出了庫(kù)的范圍，可通過(guò)PLM 系統(tǒng)申請(qǐng)?jiān)黾?，入?kù)后便可使用。要求封裝庫(kù)的內(nèi)部參數(shù)及尺寸等準(zhǔn)確無(wú)誤。如圖4所示。

圖4 封裝庫(kù)

該庫(kù)編輯環(huán)境的設(shè)置采用默認(rèn)設(shè)置，即“Document Options”和“Preference”默認(rèn)設(shè)置。

4 示例

在半導(dǎo)體專用設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)科研信息化管理的需要，對(duì)所用到的電子元器件進(jìn)行嚴(yán)格分類是信息化的基礎(chǔ)，是必要的也是必須的。根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行一級(jí)分類，可分為八大模塊，比如電源模塊、控制模塊、電子元器件、傳感器模塊、接插件、纜線、驅(qū)動(dòng)模塊、儀器儀表及專用單元。其中纜線、電氣自制件和電氣輔料等對(duì)入庫(kù)沒(méi)有具體要求，盡可能把常用的入庫(kù)如多股單芯電纜等，便于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理；另外六個(gè)模塊中的通用部分較多，下面分別描述。由于電氣輔料沒(méi)有參考的庫(kù)資源、種類繁多并且圖紙上沒(méi)有體現(xiàn)，為方便提高研發(fā)、生產(chǎn)的效率，設(shè)計(jì)人員盡可能多的建立輔料庫(kù)。下面所述為典型圖庫(kù)，更多的圖庫(kù)在“*** 公共元件庫(kù)2015Vn.Ddb”中，在PLM 系統(tǒng)中可以下載作為規(guī)范參考。見(jiàn)表1。

表1 傳感器元件庫(kù)示例

4.1 傳感器模塊

傳感器模塊包括：光電開(kāi)關(guān)、限位傳感器、光柵尺、編碼器、開(kāi)關(guān)等。

4.2 驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊包括：步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)器、線性電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、其它電機(jī)（包含各種異步電機(jī)、減速電機(jī)、減速器、泵等）。變頻器、軸流風(fēng)機(jī)、品牌專用驅(qū)動(dòng)模塊。見(jiàn)表2。

表2 驅(qū)動(dòng)模塊庫(kù)示例

4.3 控制模塊

控制模塊包括：PLC、計(jì)算機(jī)、CF 卡、運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品、網(wǎng)卡、觸摸屏，還包括圖像相關(guān)的CCD/相機(jī)、鏡頭、圖像處理卡、圖像密鑰、圖像軟件包等。框內(nèi)填寫(xiě)的內(nèi)容主要是控制模塊的名稱。見(jiàn)表3。

電源模塊包括：開(kāi)關(guān)電源、斷路器、熔斷器、濾波器、繼電器、交流接觸器、整流橋、變壓器、電源插線板等控制模塊。電子元器件包括：電容、電阻、二極管、三極管、集成電路等。另外，把開(kāi)關(guān)按鈕、熒光燈也歸入該類型。接插件包括：接線端子；浮動(dòng)連接器、圓型插頭/座、PCB 用接插件、以及其他特殊的接插件。儀器儀表及專用單元包括計(jì)數(shù)器、溫度控制器、NTC 熱敏電阻、轉(zhuǎn)換模塊等。以上這些內(nèi)容也是非常重要的，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)也必須在企業(yè)內(nèi)統(tǒng)一。

表3 控制模塊庫(kù)示例

5 結(jié) 論

本文詳細(xì)分析和描述了電氣設(shè)計(jì)軟件庫(kù)的創(chuàng)建和規(guī)范，為企業(yè)電氣設(shè)計(jì)的規(guī)范化和便捷化奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也是信息化管理PLM 系統(tǒng)的必然要求。另外，隨著電氣設(shè)計(jì)工具軟件的發(fā)展，Protel99已經(jīng)比較落后，AD12 作為比較新的版本已開(kāi)始拓展使用，由于AD12 的元件庫(kù)和封裝庫(kù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，所以還有必要進(jìn)一步探討庫(kù)在不同版本軟件之間的共享問(wèn)題。

[1]中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所.技術(shù)規(guī)范匯編[Z].北京，2011.

[2]趙偉軍.Protel99SE 教程[M].北京：人民郵電出版社，2004.