Notizie PCB - Progettazione elettronica e meccanica della scheda PCB

Per lungo tempo, abbiamo un consenso sul fatto che l'industria manifatturiera di PCB di solito migra naturalmente nei paesi con i costi più bassi e i paesi sviluppati ne risentiranno in questo processo. Tuttavia, un altro punto di vista è che esternalizzando lavori riproducibili, le risorse precedentemente impegnate in lavori di basso valore dovranno affrontare maggiori opportunità. Lo stesso vale per il design. Adottando strumenti di automazione di progettazione, gli ingegneri possono migliorare la loro efficienza di progettazione. È difficile immaginare che gli ingegneri di oggi progettino PCB senza utilizzare metodi informatici, anche se a volte possono farlo.

I progressi realizzati dagli strumenti EDA consentono di simulare più facilmente la composizione e la funzione del prodotto prima della sua fabbricazione. Tuttavia, è ancora diverso dalla progettazione IC in quanto lo sviluppo di strumenti di automazione del design nel campo dei prodotti elettronici utilizzati per prestare particolare attenzione ai mercati di nicchia per applicazioni in settori specifici. Gli strumenti di progettazione PCB ne sono un esempio. Esistono molti strumenti di progettazione PCB a basso costo che possono essere utilizzati per progettare schede semplici, monofacciali o bifacciali, ma ci sono meno strumenti in grado di gestire segnali ad alta velocità e PCB multistrato a segnale misto e fornire una soluzione perfetta ai problemi di integrità del segnale. Gli strumenti PCB sono ancora più rari.

Per progetti con queste esigenze, gli strumenti di progettazione sono essenziali. Essi forniscono l'unica soluzione fattibile per aiutarci a vivere la vita digitale di oggi. Ad esempio, senza sofisticati strumenti EDA, è impossibile implementare le comunicazioni mobili; gli strumenti aiutano ingegneri di talento a sviluppare le complesse apparecchiature e i sistemi a segnale misto necessari per implementare reti 3G e telefoni intelligenti.

Ci sono molti esempi rilevanti, ma la tendenza di base può essere riassunta come: più complesso è il design, più sofisticato lo strumento deve essere. Tuttavia, gli strumenti di progettazione sono sempre utilizzati per sviluppare i prodotti, indipendentemente dalla complessità funzionale del prodotto o dal valore finale di mercato.

Campo di progettazione trasversale

L'integrazione della progettazione elettronica e meccanica è inevitabile. La maggior parte dei progetti PCB non sono influenzati solo dai componenti installati su di esso, ma anche dallo spazio che può occupare. Oggi c'è solo un PCB in molti prodotti. In questi casi, le dimensioni e la forma del PCB sono raramente determinate dalla sua funzionalità, ma sono influenzate principalmente dall'involucro che lo imballa. Infatti, in alcuni casi, soprattutto nei prodotti di consumo, la forma e le dimensioni del prodotto finale determinano anche lo spazio disponibile del PCB e tutti i componenti su di esso. In questo caso, la progettazione meccanica dominerà la progettazione di questi due campi, ma l'interazione tra strumenti CAD meccanici e strumenti CAD elettronici è molto limitata.

I fornitori di strumenti di progettazione elettronica sono più focalizzati sulla complessità della progettazione elettronica e le loro controparti-fornitori di strumenti meccanici stanno anche lavorando duramente per migliorare gli strumenti di progettazione meccanica, fanno pieno uso delle più recenti funzioni di elaborazione e grafica di computer PC e desktop. Al giorno d'oggi, è comune per gli ingegneri di progettazione meccanica utilizzare il 3D per mostrare i loro progetti e renderli in tempo reale. Come mezzo per migliorare l'efficienza progettuale, non possiamo negare il valore visualizzato nell'ambiente 3D dei prodotti progettati dagli ingegneri, e tali display supportano anche la commutazione dell'angolo di visione in tempo reale.

Inoltre, poiché l'IC continua a ridursi di dimensioni, è difficile o impossibile ridurre le dimensioni di altri componenti supportati. In particolare, i principi di base definiscono le dimensioni fisiche di componenti passivi come trasformatori, resistenze, condensatori e induttori. Oggigiorno, i connettori che non sono più utilizzati in grandi quantità nei dispositivi elettronici sono anche soggetti a molte limitazioni fisiche, come ad esempio quanto possono essere ridotti in dimensioni e dove devono essere posizionati sul circuito stampato. Ciò che possiamo trarre vantaggio è che esistono molti modelli 3D di componenti standard come componenti passivi e connettori. Questi modelli possono essere utilizzati in un numero crescente di pacchetti software CAD.

L'ampia creazione di questi modelli 3D mostra i nuovi sforzi del fornitore per integrare progettazione elettronica e progettazione meccanica. Molte persone del settore credono inoltre che tale integrazione continuerà e consentirà agli ingegneri nei due settori di migliorare significativamente l'efficienza progettuale.

Forse il progresso più significativo nel raggiungimento della piena integrazione è l'introduzione di protocolli di interazione di progettazione che i fornitori di strumenti di progettazione elettronica e progettazione meccanica possono adottare con fiducia. Sebbene in passato vi siano stati molti tentativi di integrazione nei due principali settori, tutti sono stati ostacolati dalla mancanza di cooperazione tra fornitori, con conseguente crescente complessità. Tuttavia, con l'introduzione dello STEP (Product Model Data Interaction Standard), in particolare del modello 3D definito nella versione AP214, lo scambio dei dati di progettazione è diventato semplice. Il campo MCAD ha impiantato rapidamente il modello STEP AP214 nei propri strumenti, ma il campo E-CAD non lo ha ancora fatto. Tuttavia, Altium Designer, l'ambiente di progettazione unificato di Altium, può davvero supportare l'importazione/esportazione e la generazione di file STEP. In combinazione con le sue funzioni complete di progettazione PCB, Altium Designer può aumentare l'efficienza di progettazione di tutti gli ingegneri elettronici a un nuovo livello.

Funzioni 3D nello spazio PCB

Molti strumenti di progettazione meccanica sono ora in grado di supportare modelli 3D in PCB creati da strumenti di terze parti, ma oltre a fornire la visualizzazione dei risultati dell'assemblaggio della scheda PCB e dell'alloggiamento, non possono fornire ai progettisti PCB dimensioni critiche, lacune o altra conformità spaziale. Feedback delle domande. Inoltre, i progettisti meccanici spesso non sono in grado di soddisfare i requisiti di posizionamento di componenti specifici, soprattutto in presenza di segnali ad alta velocità, a segnale misto o ad alta tensione.

Altium Designer utilizza il formato STEP per superare queste limitazioni. Non solo consente agli ingegneri di utilizzare il modello 3D del guscio per presentare le condizioni finali del prodotto, ma fornisce anche agli ingegneri un metodo di progettazione tridimensionale. Con abbastanza dati incorporati nel formato di file AP214, gli ingegneri possono davvero utilizzare il modello di alloggiamento importato per determinare le dimensioni del PCB. Risolve completamente i problemi causati dal trasferimento manuale di dati chiave da un campo all'altro in passato. Collegando strettamente la progettazione meccanica al processo di progettazione elettronica, gli ingegneri di progettazione elettronica hanno fatto un grande passo avanti nella progettazione per la produzione.

Inoltre, la capacità di definire lacune nel formato 3D consente agli ingegneri nei due principali campi della meccanica e dell'elettronica di vedere immediatamente l'impatto delle modifiche progettuali. Combinando l'alloggiamento con il modello PCB in Altium Designer, gli ingegneri possono generare una visualizzazione 3D del prodotto e misurare il divario tra di loro. Questa caratteristica senza precedenti significa che gli ingegneri elettronici possono consegnare con sicurezza i loro progetti ai produttori.

Per rendere questo processo più efficiente, è possibile utilizzare l'approccio modello link. In questo modo, le modifiche apportate in un settore possono essere riflesse in modo affidabile nell'altro. Ciò significa che l'ingegnere elettronico può vedere eventuali modifiche all'alloggiamento e, allo stesso modo, eventuali modifiche apportate al PCB o ai componenti saranno viste anche dall'ingegnere meccanico.

La chiave di questa funzione non è solo quella di poter generare un singolo modello 3D, ma anche di poter stabilire le coordinate di ogni modello nello spazio 3D in base al punto di riferimento. Posizionando accuratamente il modello dei componenti dell'alloggiamento e del PCB, i progettisti possono verificare il divario tra di loro per garantire se il PCB può essere installato nell'alloggiamento o se aggiungere forti costole e dispositivi di fissaggio, mantenendo l'obiettivo generale di mercato del prodotto.

Un altro vantaggio di lavorare nel mondo virtuale è che gli ingegneri possono fare vari tentativi senza costi. Ad esempio, quando si utilizzano tre punti di riferimento per allineare un componente, è probabile che un componente passi attraverso un altro componente. Immaginate la situazione in cui il PCB passa attraverso l'alloggiamento durante la regolazione. Questo può sembrare non convenzionale, ma fornisce indizi per risolvere i colli di bottiglia nel design. Utilizzare modelli reali per ottenere questo effetto richiederà tempo e costi, ma nel mondo virtuale è semplice come cambiare un unico punto di riferimento. Solo con il formato STEP, la stretta interazione tra campo elettronico e campo meccanico diventa possibile. L'inclusione del formato STEP nell'ambiente di progettazione PCB significa che abbiamo raggiunto grandi risultati nella creazione di un metodo unificato di sviluppo elettronico del prodotto.