الأهمية المتزايدة للنمذجة 3D في التصميم الحديث لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

وتشكل لوحات الدوائر المطبوعة العمود الفقري لكل جهاز إلكتروني تقريباً، من الأدوات الاستهلاكية إلى نظم الرقابة الصناعية، حيث إن الكثافة المكوّنة ترتفع، وتتقلص الأجهزة التقليدية للتصميم المزدوج، لا توفر الوضوح اللازم لضمان تصميم موثوق به وقابل للتأثر، وقد برزت ثلاثة نماذج متقنة للتصميم، كثغرة أساسية.

ومن الناحية التاريخية، كان تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور يتم بكامله ببعدين، حيث تم تحديد آثار المكونات ببطاقات 2D ومخططات الحرير، بينما كانت القيود الميكانيكية مثل الجدران الضامنة، والثقوب المتصاعدة، والمرتفعات الموصلية تُرسل عبر رسمات منفصلة من 2D، وكثيرا ما أدت هذه العملية إلى مفاجآت متأخرة: مخرج من القبو المتداخل مع غطاء،

الفوائد الرئيسية لنمذجة ثلاثية الأبعاد في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

وتمتد مزايا اعتماد أدوات الـ 3D إلى ما يتجاوز مجرد التبصر، وهي تمس كل مرحلة من مراحل دورة التصميم، من مرحلة التنسيب الأولي إلى مرحلة التسليم النهائي، وتتجاوز المجالات الرئيسية التي يؤدي فيها النموذج الثلاثي الأبعاد إلى تحسينات قابلة للقياس.

Mechanical Interference Detection

ومن أكثر الفوائد إلحاحاً القدرة على كشف الصراعات الميكانيكية في وقت مبكر، وقد تمتد عناصر طويلة مثل أجهزة الاستطلاع الكهربائي، والوصلات، والموصلات الكبيرة، والموصلات فوق اللوحة، وتختلط مع أجهزة الإغلاق، أو اللوحات المتاخمة، أو أجزاء طويلة أخرى.

بصيرة الإدارة الحرارية

ويتزايد تحدي تفكك الحرارة، لا سيما في تصميمات الطاقة العالية، ويمكِّن نموذج 3D المصمم من وضع عناصر تتعلق بمسارات التدفق الجوي، والثبات الحرارية، والمعجبين، ومن خلال مشاهدة اللوحة من كل زاوية، يصبح من الواضح عندما يحجب التسخين جزئياً جزء طويل، أو عندما يجلس جهاز كهرباء يعمل في إطار التعبئة والتنظيف في إطار أدوات متحركة.

Electromagnetic Compatibility (EMC) and Signal Integrity

وفي حين أن التصوير بالأشعة من 3 دال لا يحل محل المذيبات الكهربائية، فإنه يساعد المصممين على تحديد المسائل المحتملة للشركة مثل عمليات التعقب المتوازية التي يمكن أن تقطع أو تحلق الهوائيات التي تشكلها قنابل العودة ذات الوضع الضعيف، كما أن رؤية المجلس في 3 دال يجعل من العلاقات القائمة على التواؤم مع بعضها البعض، وعلاقات التصاميم من نوع إلى آخر، القدرة على النظر إلى الشكل الذي يصفح به خطوط النقل.

تصميم لتحسين التصنيع

وتساعد نماذج الـ 3D على التحقق من إمكانية تجميع اللوحة بواسطة آلية آلية، وتحتاج آلات الاختراع والأماكن إلى الوصول دون عائق إلى كل عنصر، وتكشف عملية التصوير بواسطة ثلاثية الأبعاد عن وجود جزء في ظل مكون طويل متاخم، وبالمثل، تحتاج كاميرات التفتيش الضوئي الآلية إلى خط البصر إلى جميع المفاصل المبيعة؛ وتبرز آراء المفاجئات التي قد تصل من الكاميرا.

تخفيض الرسوبيات المادية

وكل نموذج أولي للعمود يكلف الوقت والمال. ويقلل النموذج 3D بشكل كبير من عدد مرات التكرار لأنه يمكن التحقق من التصميم تقريبا ضد القيود الميكانيكية والحرارية والكهربائية، وعندما يعثر على نزاع، يمكن للمهندس أن يُحدث تغييرات على الفور، ويشهد النتيجة في وجهة نظر الـ 3D، ويعيد تصميمه بثقة، وتُبلغ شركات كثيرة عن قطع دورات نموذجية من أربع أو خمس دورات دراسية إلى ثلاث دورات قبلية فقط بعد اعتماد تدفق دقيق.

How 3D Visualization Enhancement component Placement

ويشكل وضع العناصر أساس تصميم ناجح لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور.() وترفع أدوات ثلاثية الأبعاد هذه المهمة من لغز ثنائي إلى مشكلة تُحدّد مكانياً في ثلاثة مستويات، وتُحدَّد أدناه الطرق المحددة التي يؤدي بها وضع تصور ثلاثي الأبعاد إلى تحسين قرارات الإيداع.

الاستحقاق العالمي الديموني

وكل عنصر في مكتبة حديثة من طراز 3D يحمل ارتفاعاً دقيقاً وطولاً وشعراً وجسدياً، وعند وضعه، يحتل العنصر حجماً حقيقياً وليس نمطاً من النمط، ويمكن للمصمم أن يرى فوراً ما إذا كان غطاء كهربائي طوله 10 مم سيزيل غطاء عالياً من الضيافة يبلغ 5 ملم، وهذه الدقة مهمة بوجه خاص بالنسبة للمجالس التي يجب أن تلائم المورِّدين في نماذج مشددة ذات شكل غير منتظم، مثل أجهزة التحكم في أجهزة القياس.

التحقق من إزالة الألغام في غلانس

ويمكن للمصمم أن يحدد مسافات الحرق والتطهير بمعايير السلامة مثل IEC 60950 أو IPC2221B. وفي مخطط رقم 2D، فإن قياس هذه المسافات على طبقات معقدة أمر مضلل ومعرض للأخطاء، وفي بيئة ثلاثية الأبعاد، يمكن أن يحدد نقاط القياس بين أي سطحين، بغض النظر عن طبقة أو اتجاه، كما أن الأداة تحسب أقصر مسار من خلال تكييف الهواء أو على طول سطح العلم المعزول.

Mechanical Constraint Integration

ويمكن للبرمجيات الحديثة من نوع PCB 3D استيراد النموذج الميكانيكي الكامل لضميمة المنتجات، بما في ذلك الأقواس المتصاعدة، ونواقل التدفق الجوي، وأجهزة الترميز بالكابلات، ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور مصممة داخل هذا المظروف، بحيث يستطيع المهندس أن يرى كيف يتفاعل المجلس مع كل جزء من أجزاء الميكانيكية المحيطة، ويجب أن يكون الموصلون متوافقين مع التخفيضات، وأجهزة السحب يجب أن تكون متماسكة تماماً، وأجهزة مصممة من المؤشرات، وأجهزة المقياسات المميزات المميزة للأجهزة المقياسية للاختبارزة للاختبارزة للاختبارات.

التنسيب الحسائي

وتحتاج العناصر التي تتطلب التسخينات الحرارية أو الرصف الحراري إلى وضع دقيق فيما يتعلق بالفوضى أو الهواء القسري. ويبين التصوير بالأشعة 3D قرب الأجزاء الساخنة من الأجهزة الحساسة من قبيل أجهزة الاستنشاق بالكهرباء أو البطاريات أو أجهزة الاستشعار، ويمكن للمصمم أن يرتب المخطط لإنشاء جهاز تسلسل حراري، ويضع الأجزاء الأكثر حرارة بالقرب من الحافة أو الخيال، مع إبقاء الأجزاء الحساسة بعيدا عن الأنظار.

التفعيل الأمثل

وفي كثير من المنتجات، تكون قيود الارتفاع العامة صارمة، إذ يجب أن يكون للمجمع الذي يضم مكونات من الجانبين مستوى منخفضاً من الناحية السفلية إذا كان يقترب من غطاء من القاعدة.() وتسمح أدوات التنمية للمصمم بأن يتحول إلى وجهة نظر " خريطة حية " ، ومكونات ملونة من خلال إزالة هذه المكونات إلى أقرب سطح ميكانيكي، وهذا يكشف فوراً عن الأجزاء التي تنتهك حدود المرتفعات، مما يتيح الانتقال السريع أو استبدالها ببدائل أقصر.

Routing Optimization with 3D Tools

وفي حين أن النموذج 3D يرتبط في معظم الأحيان بالإيداع، فإنه يثور أيضاً في مرحلة تحديد المسارات، وتوجد طرق طرق طرق ثلاثية الأبعاد (من خلال الطبقات)، ويجعل التصوير بالأشعة 3D العلاقة بين الميول بشكل لا يمكن فيه رؤية التركيب المكون من 2D.

تحديد نقاط الاكتظاظ

لدى لوحات الكثافة الكثير من الإشارات تحاول أن تبحر عبر قنوات ضيقة بين قوارير بي جي، من خلال دبابيس ثقوب، وفتحات ميكانيكية، في رأي رقم 2، الازدحام هو مجرد - قد ترى مجموعة من الخطوط الكثيفة ولكن لا تستطيع قياس التطهير الرأسي، ومن وجهة نظر 3D، يمكن للمصمم أن يتناوب اللوحة ويرى بالضبط عدد طبقات الانتشار في مكان ما بعد

التخطيط على الطرق

وبالنسبة للأزواج المتمايزة، أو الوصلات المتسلسلة العالية السرعة، أو خطوط الإشارة المشابهة، يساعد التصوير المرئي 3D على تحقيق قياس ثابت لتتبع الأرض، ويمكن للمصمم أن ينظر إلى المسار بأكمله من السائق إلى جهاز الاستقبال، ويرصد مدى مطابقة طول الطول، ويتجاوز عدد الأدوات التي يبلغ طولها 3D الشبكة التي تُرسل بها صورة شبحية عن الهيئات المكوّنة، بحيث يمكن للمصمم أن يرى مدى قرب أي أثر من مسار تُقلّد فيه الضوء إلى مُتَتَتَتَتَتَتَتَتْعَة.

التنسيب والتفريغ

فالأثار هي آثار الارتقاء الثالثة، ولكن وضعها أمر حاسم بالنسبة لأداء الإشارة وقابلية التصنيع، وفي 3 دال، يرى المصمم الموقع الدقيق لكل منها على أساس العناصر، والأثر العكسي، وأي عراقيل آلية، أما بالنسبة لوحات الربط بين الكثافة العالية، فهي مجهزة على نطاق ضيق أو متراكم، فتبين أن الرواسب الثلاثية الأبعاد لا غنى عنها.

إزالة الأجزاء الميكانيكية والخفيفة

وحتى بعد الإيداع، يمكن أن يقترب أثر ما من جدار الضميمة، أو إدخال مسمار معدني، أو تركيبة من الرصيف 3D، أو أدوات تحديد المسارات، تسمح للمصمم بفحص التطهيرات بصورة دينامية مع اقتفاء آثارها، وتدفع بعض الأدوات تلقائياً آثاراً من العقبات الميكانيكية، وتطبق نفس قواعد التطهير المستخدمة في التقلبات المعدنية المركبة، مما يحول دون اختلال مسارات معدنية أو تردي الإشارة بسبب وجودها.

محاكاة حرارية متكاملة مع 3D Visualization

وكثيرا ما تكتشف المسائل الحرارية بعد الاختبار الأولي فقط. ويتحول التحليل الحراري 3D إلى مرحلة التصميم، ومن خلال تحديد تذبذبات الطاقة لكل عنصر (من الجدول الزمني أو صحيفة البيانات)، يمكن أن تقارن أداة الـ 3D خرائط درجات الحرارة على سطح السفينة وأسطح المكوّنات، وتقدم بعض الطرود خدمات مباشرة في إطار البرمجيات المموَّلة من الـ ديوكسينات، حيث تصدر المقياس الجغرافي من 3D إلى مذيب الحراري.

ثم يستطيع المهندس أن يسحب عنصرا ساخنا إلى منطقة أكثر برودة، ويضيف دوارا، ويتناوب جزءا لمواجهة التدفق الجوي، أو يضيف قنابل حرارية تحت غطاء مركب ثنائي الفينيل متعدد الأطراف - وكل ذلك يشاهد تحديث المحاكاة الحرارية في وقت قريب من الوقت الحقيقي، وهذا يغلق حلقة التغذية المرتدة بين التنسيب، والطرق، والأداء الحراري، مما يقلل بدرجة كبيرة من خطر الفشل الميداني.

دراسة حالة: تحقيق الحد الأمثل من وجود مجلس اتصال عالٍ - ديني

وشمل مشروع حديث لوحة لأجهزة الاستنشاق ذات التردد العالي المائي العالي المائي المطوّق من أجل وحدة قياس بُعدية في الفضاء الجوي، وقيس المجلس بـ 75 مم × 50 ملم مع ثلاث أجهزة ضغط مدفعية (0.5 مم)، ومنظمات التحويل المتعددة، ومجموعة متنوعة من الموصلات، وتجاوزت المحاولات الاستغناءية الأولى التي أجريت بحجم 2D مجالاً ضئيلاً للربط بالخطوط، وتجاوزت مستويات طولها بحجم 6 ملم.

واعتمد فريق التصميم تدفقاً للعمل من 3D إلى 1 باستخدام أداة ذات استيراد كامل من المادة MCAD، واستوردوا نموذج الضميمة من التيتانيوم، وأوقعوا قيوداً على الارتفاع، ورأى 3D أن المكثف الكهربائي الرئيسي (8 مم) والوصل من طراز RF (7 مم) ينتهكان عملية إزالة الغطاء، وحلا محل المكثف بجهاز متعدد الوسائط أقل بروفة (4.5 مم) ونقلاً إلى منطقة موصلات ذات مقطعة أقل (4.5 مم).

وخلال عملية تحديد المسار، كشفت وجهة نظر الـ 3 دال أن الكثافة التي تدور في المجموعة الرئيسية من طراز BGA قد تجاوزت بشكل خطير حفرة متصاعدة من المسامير، وحوّل الفريق أنماط الهروب إلى زيادة التطهير، كما اكتشفوا نقطة حرارية ساخنة: فقد وضع مركز إدارة الطاقة الدولية تحت مجموعة تحجب تدفق الهواء، وذلك بنقل درجة حرارة IC إلى حافة اللوحة وإضافة درجة حرارة.

وقد نجح المجلس النهائي في تنفيذ النموذج الأولي الأول، ومكنته من التحقق من التدخل في مرحلة مبكرة من مراحل الـ 3D، وقدرته على فرض قيود على تحديد المسارات.

التشغيل الآلي والتعاون في مجال محاكاة 3D

وكثيراً ما تشمل أدوات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحديثة محركات آلية يمكن أن تضع آثاراً وعبرات بذكاء، وعندما تقترن ببيئة ثلاثية الأبعاد تصبح هذه المحركات أكثر قوة، ويمكن تقييد الآلية بمظروف آلية ثلاثية الأبعاد: فهي تعلم المناطق التي تحجبها المكونات الطويلة أو بواسطة الضميمة، ويمكنها أيضاً قراءة نتائج المحاكاة الحرارية لتفادي توجيه إشارات حرجة.

غير أن التوجيه الآلي لا يزال يستفيد من الرقابة البشرية في 3 دال. ويمكن للمهندس أن يستعرض عمل جهاز النقل الآلي من أي زاوية أو حلقات غير مقصودة في المسار العرقي أو مفرطة في المصابيح، وأن يلمس يدويا أسوأ المناطق، وهذا النهج الهجين يقلل من الوقت المحدد بنسبة 30 في المائة مع الحفاظ على سلامة الإشارات وقابلية الصنع.

اختيار برامج تصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ولا توجد جميع القدرات على أساس الـ 3 دال على قدم المساواة، وعند تقييم الأدوات، النظر في المعايير التالية:

  • ] نوعية المكتبات وتوافرها - هل تشمل الأداة مكتبة كبيرة من نماذج 3D، أو أنها تدعم استيراد ملفات خطوات من موردين مكوّنين؟ هل يمكنك تحرير أو استحداث نماذج عرفية بسهولة؟
  • MCAD integration] - هل يمكن أن تستورد أشكال الصناعة المكيفة (STEP, IGES, Parasolid) من البرمجيات الميكانيكية للشركة مثل SolidWorks, Creo, or Fusion 360? هل يمكنك تحديث نموذج MCAD دون فقدان 3D تنسيب؟
  • Thermal simulation] - هل مذيب حراري متكامل، أو هل هناك تصدير سلس إلى برامجيات طرف ثالث من البرمجيات ذات الصلة بالديوكسينات المشبع بالفلور؟ هل تقبل قيم تفكك الطاقة من المخطط؟
  • Interference detection] - هل تقدم الأداة كشفا عن الاصطدام في الوقت الحقيقي؟ هل يمكنها التحقق من التطهير للضميمة وكذلك بين المكونات؟
  • Performance and usability ] – How large a board can the 3D motor handle without lag? Are the navigation controls intuitive for both electrical andميكانيكيal engineers?

وتشمل الأدوات التجارية الشعبية مصممة ألتيوم (بتعاونها المتكامل مع جهاز إدارة 3D و MCAD)، و Cadence Allegro / OrCAD (عن طريق 3D Canvas add‐on)، و EAGLE (مع دمج برنامج " Fusion 360 " )، وقد قطعت البدائل المفتوحة المصدر مثل كيكاد خطوات كبيرة مع 3D مشاهد وقدرات تصديرية تدريجية.

خاتمة

وقد انتقلت أدوات النموذج 3D من سمة لطيفة إلى متطلب أساسي لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخطير، حيث أنها تمكن المهندسين من تصور وضع العناصر وتحديد مسارها في السياق المادي نفسه الذي سيسكنه المنتج النهائي، ومن خلال الإمساك بالتدخلات الميكانيكية، وبؤر الحرارة، والازدحام قبل الصنع، فإن هذه الأدوات ستخفض تكلفة التنمية، وتقصر الوقت اللازم لتكوين الأسواق، وتحسن موثوقية المنتجات.

For further reading on 3D design workflows, consider the Altium 3D PCB design guide and the ]Cadence PCB design solutions overview]]. Standards bodies such as the ]]IPC provide guidelines on clearance and