Modern PCB Tasarımda 3D Modellemenin Büyütmesi
Baslı devre tahtaları (PCB), neredeyse her elektronik cihazın arka kemiğini oluşturur, tüketici gadget'larından endüstriyel kontrol sistemlerine kadar.Dektörler yükselir, işletim frekansları yükselir ve muhafazalar küçülür, geleneksel 2D düzen araçları artık güvenilir, üretilebilir bir tasarım garanti etmek için gerekli olan açıklıkları sağlayabilir. Üç boyutlu modelleme temel bir araç olarak ortaya çıktı, bu grafik tasarıma ve fiziksel gerçeklik arasındaki boşluğu köprüleme araçlarına izin verir.
Tarihsel olarak, PCB düzeni tamamen iki boyutta gerçekleştirildi. Bitirme ayak izi 2D pedler ve ipek ekranları tarafından tanımlanıyordu, ancak yakınlardaki bir kaplama ile mekanik kısıtlamalar ve kablo yükseklikleri bu işlem genellikle geç aşama sürprizleri ile iletişim kurdu: uzun bir kapasitör bir kapakla birlikte, bir RF konektörü bir araya getirerek, bir tanecikleme duvarı veya bir ısıtımı nasıl kapatıp, 3D modelleme ile bir araya getirir.
PCB Tasarımda 3D Modellemenin Anahtar Faydaları
3D aletlerini benimsemenin avantajları basit görselleştirmenin ötesine uzanır. Tasarım döngüsünün her aşamasına dokunurlar, ilk yerleştirmeden son üretim eloff'a. Aşağıda 3D modellemenin ölçülebilir iyileştirmeler sağladığı ilk bölgelerdir.
Mekanik Interferans Tespiti
En acil avantajlardan biri, mekanik çatışmaları erken tespit etme yeteneğidir. elektrolitik kapasitörler, konektörler ve büyük girişçiler, kullanıcının hemen hemen hemen üzerinde tutulması ve muhafaza ile çarpıtılması, bitişik yönetimler veya diğer uzun parçalar. 3D modelleme araçları otomatik olarak ihlal bölgeleri vurgular, sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan bir bileşen tarafından ortaya çıkmaktadır.
Termal Yönetim İçgörü
Heat deployment, özellikle kompakt, yüksek güç tasarımlarında büyüyen bir meydan okumadır. 3D model, tasarıma göre bileşenleri hava akışı yollarına göre yerleştirmek için tasarımcının yer almasını sağlar, ısıtıcılar ve her açıdan tahtayı izlemek, ısıtılabileceği zaman ısıtılır.Bu, yüksek bir parçayla veya sıcak bir şekilde çalışan FPGA, PCB aracı olmadan ısıtılır.
Elektromanyetik Uyumluluk (EMC) ve Signal Integrity
3D görselleştirme elektromanyetik alan çözücüleri değiştirmese, tasarımcılar, iletim hatlarının tam 3D şeklini görme yeteneğine yardımcı olur, planlayıcı dalga kılavuzları tarafından oluşturulan antenler ve zeminli çitler kritiktir. 3D araçları da, tasarıma giriş yapmak için tahta yapısını 3D olarak çözmeye olanak sağlar.Fort doğrulama hatlarının tam 3D şeklini görme yeteneği, koplanar dalga kılavuzlarını ve zeminli çitleri ile oluşturulan yüzeysel 3D araçları da tasarımlarını artırmak için tasarıma izin verir.
Üretim için tasarım (DFM) İyileştirme
3D modeller, yönetim kurulunun otomatik makineler tarafından toplanıp toplanacağını doğrulamaya yardımcı olur. Pick-place makineleri her bileşene sınırsız erişim gerektirir ve 3D görselleştirme, bir parçanın bir bitişik yüksek çözünürlükle fabrikaya geldiğini gösterir. Benzer şekilde, otomatik optik denetim (AOI) kameralar tüm satışa açıklığa ihtiyaç duyar; kameradan gizlenmiş köşeler.
Fiziksel Prototiplemeyi Yeniden Üretin
Her fiziksel prototip spin zaman ve para gerektirir. 3D modelleme dramatik bir şekilde, tasarım mekanik, termal ve elektrik kısıtlamalarına karşı neredeyse doğrulanabilir. Bir çatışma bulunduğunda, mühendis 3D görünümünde değişiklikler yapabilir ve tasarıma güven ile tekrar dönebilirsiniz. Birçok şirket prototip döngülerini dört veya beş spinden sadece bir veya ikisine kadar hızlandırabilir.
3D Görselleştirme nasıl Geliştirilir
Bitirme başarılı bir PCB düzeninin temelidir. 3D araçlar bu görevi iki boyutlu bir bulmacadan üç boyutlu bir uzaysal optimizasyon problemine yükseltmektedir. Aşağıda 3D görselleştirmenin yerleştirme kararları geliştirir.
Gerçek Dünya Boyutlu
Modern 3D kütüphanesindeki her bileşen doğru yüksek, uzun, genişlik ve vücut şekli taşır. Ne zaman yerleştirilen, bileşen gerçek bir hacime kapılır, sadece bir ped kalıbına sahip değildir. Tasarımcı, 10 mm yüksek elektrolitik kapakın gerçek üretim parçalarıyla eşleşmesini sağlayabilir. Bu doğruluk özellikle de kontrol edilebilir cihazlarla sıkıltma hatalarıyla donatılması gereken tahtalar için önemlidir.
Bir Glance'de açıklık
Creepage ve permissions, IEC 60950 veya IPC-2221B gibi güvenlik standartları tarafından tanımlanır.2D bir düzende, bu mesafeleri karmaşık katmanlarda ölçmek, 3D ortamında, tasarımcının herhangi bir iki yüzey arasında ölçüm noktaları belirleyebilir, farklı gerilim sınıfları veya yönlendirmeleri için en kısa yolu hesaplar. yüksek gerilim kaynakları için bu kapasitede, bu tür düzenleyici gereksinimlerin hemen hemen karşılaştırılabilir hale getirilmesini sağlar.
Mekanik Constraint Entegrasyon
Modern 3D PCB yazılımı, her çevredeki parçalarıyla bağlantı kurmasını sağlar, LED'ler, hava akışı kanallarını ve kablo kullanımlarını optimize eder. PCB bu zarf içinde tasarlanmıştır, böylece mühendis her çevredeki kısımdaki tüm montajlarla nasıl uyum sağlar ve tasarımcılar, göstergelerin arkasında oturmalıdır ve test noktalarının dışında erişilebilir olması gerekir.3D olmadan bu özellikleri sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sıkılır.
HeatSensitive Placement
Sıcaklıklı veya termal pedler gerektiren öğeler, eğime veya fanatik havaya bağlı olarak dikkatli bir yerleştirmeye ihtiyaç duyar. 3D görselizasyon, sıcak parçaların elektroliz kapasitörler, bataryalar veya sensörler gibi hassas parçaları ısıtmasını gösterir. Tasarımcı, model oluşturmanın uygun olduğunu gösterir.
Yüksek Profil Optimisation
Birçok üründe, genel yüksek kısıtlamalar katıdır. Her iki tarafta da bileşenlerle bir tahta, alt tarafa yakın otururken alt tarafta düşük profilli bir şekilde profilli olmalıdır. 3D araçlar tasarımcının “height haritası” görünümüne geçiş yapmasına izin verir, en yakın mekanik yüzeye göre renklendirme bileşenleri.
3D Tools ile Routing Optimizasyon
3D modelleme en sık yerleştirme ile ilişkilendirilirken, aynı zamanda üç boyutta (kömüller aracılığıyla) var olan rota yolları da vardır ve 3D görselleştirme, 2D yığın görünümünde görünür olan iç içe geçmiş bir ilişki yapar.
Congestion Noktaları
Yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, BGA ile arasındaki dar kanallardan uzaklaşmaya çalışan birçok sinyal izi vardır, en iyi boşluk pins ve mekanik apertures.In a 2D view, congestion is abstract - you might see a cluster of line but fail to tracks across the bottlen before şişencks are exactly how many katmanların are available at a given location, where microvias are installed, and if an escaped pattern leave enough room for next levels.This help to traces across available.
SignalSpecific Route Planlama
Eksi çiftler için, yüksek hızlı seri bağlantıları veya analog sinyal hatları için, 3D görselleştirme tutarlı bir iz geometriye ulaşmada yardımcı olur. Tasarımcı, alıcının tüm yolunu görebilir, uzun eşleştirme ve tabaka geçişlerini izlemek. birçok 3D araçları, bileşen vücutlarının hayaletli bir görüntüsü ile rotayı aşırıya doğru ilerler, böylece tasarımcı gürültülü bir geçiş düzenleyicisine veya uzun bir indüktöre nasıl yakın olduğunu görebilir.Bu uzaysal farkındalık, post-layout sinyal bütünleme ihlallerini azaltır.
Via Placement ve Micro-Via Optimizasyon
Vias, her bir parçanın tam yerini alır ve tam tersi parçalar için, yüksek çözünürlükte bağlantı (HDI) tahtaları hem de sabit mikrovias ile birlikte, 3D görünümü kaçınılmaz olarak görür.Ins the full location of each via-inpad pattern leave enough permission for the Thur-side component, and any machine blocked between high-density interconnected or stacked microvias, the 3D view is essential.
Enclosure ve Mekanik Parçalara Temizlik
yerleştirmeden sonra bile, bir iz bir muhafaza duvarına çok yakın olabilir, metal bir vida ekler veya montaj peg. 3D routing araçları, tasarımcının yakındaki metallere karşı dinamik olarak kontrol etmesine izin verir. Bazı araçlar otomatik olarak parçaları mekanik engellerden uzaklaştırır, aynı düzeltme kurallarını kullanır.
Termal Simülasyon 3D Görselleştirme ile Entegre
Sıcaklık sorunları genellikle sadece prototip testinden sonra keşfedildi. 3D modelleme, tasarım aşamasına termal analizler yaparak (her bileşen için güç dağıtımlarını tanımlamakla (Bampiyonik veya veri tablosundan), 3D aracı ve bileşen yüzeylerde sıcaklık haritalarını hesaplamak için. Bazı paketler doğrudan CFD darbe teklif ediyor, 3D tahta geometrisi bir termal çözünürlükte ihraç ediliyor ve sonuçlar aynı 3D görünümünde aşırı kodlanmış.
Mühendis daha sonra serin bir alana sıcak bir bileşeni sürükleyebilir, bir ısıtın, hava akışıyla yüzleşmek veya BGA altında termal vias ekleyebilir - tüm yakın zamanda termal simülasyon güncellemeyi izlemek için geri bildirim döngüsü kapatır, geri yükleme ve ısı performansı arasındaki geri bildirim döngüsü çarpıcı şekilde azaltılır.
Vaka Çalışması: Yüksek seviyeli bir Interconnect (HDI) Board
Son bir proje, kompakt bir uzay telemetri ünitesi için 10 katmanlı HDI kurulu içeriyordu. Kurul, 75 mm × 50 mm'yi üç BGAs (0.5 mm) ile ölçtü ve çeşitli konektörler.İlk 2D düzeni girişimlerde bulundu ve birkaç bileşen yüksekliğini aştı.
Tasarım ekibi, tam MCAD ithalat ile bir araç kullanarak 3D ilk iş akışı benimsemiştir.Zenginlik modelini ithal ettiler ve yüksek çözünürlükte RF bağlantısını kesmiş bir bölgeye taşıdılar.
Routing sırasında, 3D görüş, ana BGA altında yoğun bir kümenin bir montaj vida deliğe tehlikeli bir şekilde yakınlaştığını ortaya çıkardı. Takım, kaçış kalıplarının da kontrol edilmesi için yeniden yol açtı. Ayrıca termal sıcak bir nokta keşfetti: Güç yönetimi IC (Sesipating 2.5 W), uçağı bloke eden bir körü altında konumlandırdı.
Nihai yönetim kurulu ilk prototip üzerinde işlevsel, mekanik ve termal doğrulamayı geçti. Ekip, ilk 3D müdahale kontrollerine ve routing kısıtlamalarına yönelik yeteneği verdi.
Otomatik Routing ve 3D Simülasyon İşbirliği
Modern PCB tasarım araçları genellikle 3D mekanik zarf tarafından kısıtlanabilir ve muhafaza tarafından engellenebilir.3D çevre ile çiftleştirildiğinde, bu motorlar daha güçlü hale gelir. Autorouter 3D mekanik zarf tarafından kısıtlanabilir: hangi alanların uzun bileşenler veya muhafaza tarafından bloke edildiğini bilir.
Ancak, 3D'deki insan gözetiminden otomatik routing hala fayda sağlar. Mühendis, sinyal bütünlüğü ve manufacturability korumak için otomatik olarak çalışır.
Doğru 3D PCB Tasarım Yazılımını Seçin
Tüm 3D yetenekleri eşit değildir. araçları değerlendirdiğinde, aşağıdaki kriterleri göz önünde bulundurun:
- [FONT:0] ⁇ kalitesi ve kullanılabilirlik[[DD=D)[D)[FONT=0))) - Aracın 3D modellerinin büyük bir kütüphanesini içeriyor mu yoksa bileşen satıcılarından adım dosyalarını ithal ediyor mu? kolayca düzenleyebilir veya özel modeller yaratabilir misiniz?
- [FONT, Parasolid) KatıWorks, Creo veya Fusion 360 gibi mekanik CAD yazılımlarından, MCAD modelini güncelleyebilir misiniz?
- [FONT:0] ⁇ simülasyonu[[DÜT:1] - Bir termal çözücü entegre mi, yoksa üçüncü taraf CFD yazılımlara sorunsuz bir ihracat mı var?
- [FONT=0]Stference algılaması[[[Dönetici: 1 ) – Aracın gerçek zamanlı çarpışma algılaması sunuyor mu?
- [FONT:0]Performance ve kullanılabilirlik[DÜT:1] – Bir tahtanın ne kadar büyük bir 3D motorun gecikmeden idare edebilir? Hem elektrik hem de mekanik mühendisler için sezgisel kontroller mi?
Popüler ticari araçlar Altium Tasarımcısı (tüm 3D motoru ve MCAD işbirliği ile), Cadence Allegro / OrCAD (ÜçD Canvas ekleniyor), ve EAGLE (Fon 360 entegrasyonu ile) 3D görüntüleyici ve adım ihracat yetenekleri ile önemli adımlar attı.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
3D modelleme araçları, mekanik müdahaleleri, termal noktaları yakalamak ve üretimden önce bir temel gereksiniminden hareket etti. Mühendisleri, ürün yerleştirmelerini ve son üründe büyümeye devam ederken, üç boyutta çalışma yeteneğinin herhangi bir tasarım ekibi için önemli bir rekabetçi avantaj olarak kalacağınız.
3D PCB tasarım akışları hakkında daha fazla okuma için, [[DÜyetim:0)Altium 3D PCB tasarım rehberi[D 1: 1) ve [[Üyetim:2)Cadence PCB tasarım çözümleri genel bakış[[DDÜyetim: 3D)[DÜye ait standartlar[DÜyetim:0)IPC[D)[DÜyetim: 3D ortamında kolayca doğrulanmış olan modüller sağlar.