Was wir von einem kompletten erwarten PCB is usually a neat rectangular shape. Während die meisten Designs tatsächlich rechteckig sind, erfordern viele Boards mit unregelmäßigen Formen, die nicht immer einfach zu gestalten sind. This paper introduces how to design PCB with irregular shape.

Heute werden PCBs immer kleiner und die Platinen werden mit immer mehr Funktionen ausgestattet, was in Verbindung mit der Erhöhung der Taktraten die Designs komplexer macht. Schauen wir uns also an, wie man mit einer Platine mit einer komplexeren Form umgeht.

As figure 1 shows, simple PCI board shapes can be easily created in most EDA Layout tools.

Abbildung 1: Aussehen einer gemeinsamen PCI-Platine.

Wenn jedoch Leiterplattenformen an komplexe Gehäuse mit hohen Einschränkungen angepasst werden müssen, ist es für PCB-Designer nicht einfach, da die Funktionen dieser Tools nicht mit denen in mechanischen CAD-Systemen übereinstimmen. Die in Bild 2 dargestellte komplexe Leiterplatte ist in erster Linie für explosionsgeschützte Gehäuse konzipiert und unterliegt vielen mechanischen Einschränkungen. Trying to reconstruct this information in EDA tools can take a long time and be unproductive. Es ist wahrscheinlich, dass der Maschinenbauer das Gehäuse, die Leiterplattenform, die Position der Montagelöcher und die Höhenbegrenzungen, die der PCB-Designer benötigt, bereits erstellt hat.

Abbildung 2: In diesem Beispiel muss die Leiterplatte nach bestimmten mechanischen Spezifikationen ausgelegt werden, damit sie in explosionsgeschützten Behältern untergebracht werden kann.

Abbildung 2: In diesem Beispiel muss die Leiterplatte nach bestimmten mechanischen Spezifikationen ausgelegt werden, damit sie in explosionsgeschützten Behältern untergebracht werden kann.

Aufgrund von Radianten und Radien in der Leiterplatte kann die Rekonstruktion länger als erwartet dauern, selbst wenn die Leiterplattenform nicht komplex ist (wie in Abbildung 3 gezeigt).

Abbildung 3: Das Entwerfen mehrerer Bogenmaße und verschiedener Radiuskurven kann lange dauern.

Abbildung 3: Das Entwerfen mehrerer Bogenmaße und verschiedener Radiuskurven kann lange dauern.

These are just a few examples of complex circuit board shapes. However, from today’s consumer electronics, you’d be surprised how many projects try to cram all the functionality into a small package that isn’t always rectangular. Smartphones and tablets are the first things that come to mind, but there are plenty of examples.

Wenn Sie einen Mietwagen zurückgeben, können Sie möglicherweise einen Begleiter sehen, der mit einem Handheld-Scanner die Fahrzeuginformationen liest und dann drahtlos mit dem Büro kommuniziert. The device is also connected to a thermal printer for instant receipt printing. Nahezu alle diese Geräte verwenden starre/flexible Leiterplatten (Abbildung 4), bei denen herkömmliche Leiterplatten mit flexiblen gedruckten Schaltungen verbunden sind, sodass sie auf kleinem Raum gefaltet werden können.

Abbildung 4: Starre/flexible Leiterplatte ermöglicht eine maximale Ausnutzung des verfügbaren Platzes.

Abbildung 4: Starre/flexible Leiterplatte ermöglicht eine maximale Ausnutzung des verfügbaren Platzes.

Die Frage lautet dann: „Wie importiert man definierte Maschinenbauspezifikationen in ein PCB-Designtool?“ Durch die Wiederverwendung dieser Daten in mechanischen Zeichnungen werden Doppelarbeit und vor allem menschliche Fehler vermieden.

Wir können dieses Problem lösen, indem wir alle Informationen im DXF-, IDF- oder ProSTEP-Format in die PCB-Layout-Software importieren. Das spart viel Zeit und eliminiert die Möglichkeit menschlicher Fehler. Next, we’ll take a look at each of these formats.

Graphics interchange format – DXF

DXF ist eines der ältesten und am weitesten verbreiteten Formate für den elektronischen Datenaustausch zwischen mechanischen und PCB-Designbereichen. AutoCAD hat es in den frühen 1980er Jahren entwickelt. Dieses Format wird hauptsächlich für den zweidimensionalen Datenaustausch verwendet. Die meisten Anbieter von PCB-Tools unterstützen dieses Format und es vereinfacht den Datenaustausch. DXF-Importe/-Exporte erfordern zusätzliche Funktionen, um die Layer, verschiedene Entitäten und Einheiten zu steuern, die im Austauschprozess verwendet werden. Abbildung 5 ist ein Beispiel für den Import sehr komplexer Leiterplattenformen im DXF-Format mit den PADS-Tools von Mentor Graphics:

Figure 5: PCB design tools (such as PADS described here) need to be able to control the various parameters required using DXF format.

Figure 5: PCB design tools (such as PADS described here) need to be able to control the various parameters required using DXF format.

Vor einigen Jahren begann die 3D-Funktionalität in PCB-Tools zu erscheinen, und es bestand Bedarf an einem Format, das 3D-Daten zwischen Maschinen und PCB-Tools übertragen konnte. Daraus entwickelte Mentor Graphics das IDF-Format, das seither weit verbreitet ist, um Leiterplatten- und Komponenteninformationen zwischen Leiterplatten und Werkzeugmaschinen zu übertragen.

Während das DXF-Format die Leiterplattengröße und -dicke enthält, verwendet das IDF-Format die X- und Y-Positionen des Bauteils, die Bauteilbitnummer und die Z-Achsenhöhe des Bauteils. This format greatly improves the ability to visualize a PCB in a 3D view. Additional information about forbidden areas, such as height restrictions on the top and bottom of the board, may also be included in the IDF file.

Das System muss in der Lage sein zu steuern, was in der IDF-Datei enthalten sein soll, ähnlich wie bei den DXF-Parametereinstellungen, wie in Abbildung 6 gezeigt. Wenn einige Komponenten keine Höheninformationen haben, können IDF-Exporte während der Erstellung fehlende Informationen hinzufügen.

Figure 6: Parameters can be set in the PCB design tool (PADS in this example).

Figure 6: Parameters can be set in the PCB design tool (PADS in this example).

Ein weiterer Vorteil der IDF-Schnittstelle besteht darin, dass jede Partei die Komponente an einen neuen Ort verschieben oder die Platinenform ändern und dann eine andere IDF-Datei erstellen kann. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Sie die gesamte Datei mit den Änderungen an der Platine und den Komponenten erneut importieren müssen, was in einigen Fällen aufgrund der Dateigröße lange dauern kann. In addition, it can be difficult to determine from the new IDF file what changes have been made, especially on larger boards. Users of IDF can eventually create custom scripts to determine these changes.

STEP und ProSTEP

Um dreidimensionale Daten besser übertragen zu können, suchen Designer nach einem verbesserten Weg, das STEP-Format wurde ins Leben gerufen. Das STEP-Format kann Leiterplattenabmessungen und Bauteillayouts übertragen, aber was noch wichtiger ist, Bauteile haben keine einfache Form mehr mit nur einem Höhenwert. Das STEP-Komponentenmodell ist eine detaillierte und komplexe Darstellung von Komponenten in dreidimensionaler Form. Zwischen Leiterplatte und Maschine können sowohl Leiterplatten- als auch Bauteilinformationen übertragen werden. Es gibt jedoch noch keinen Mechanismus zum Verfolgen von Änderungen.

Um den STEP-Dateiaustausch zu verbessern, haben wir das ProSTEP-Format eingeführt. This format moves the same data as IDF and STEP and has a big improvement – it can track changes and also provide the ability to work within the discipline’s original systems and review any changes once a baseline has been established. In addition to viewing changes, PCB and mechanical engineers can approve all or individual component changes in layout, board shape modifications. Sie können auch unterschiedliche Platinengrößen oder Komponentenpositionen vorschlagen. This improved communication creates an ECO (Engineering Change Order) between ECAD and the mechanical team that never existed before (Figure 7).

Abbildung 7: Schlagen Sie eine Änderung vor, zeigen Sie die Änderung im ursprünglichen Tool an, genehmigen Sie die Änderung oder schlagen Sie eine andere vor.

Abbildung 7: Schlagen Sie eine Änderung vor, zeigen Sie die Änderung im ursprünglichen Tool an, genehmigen Sie die Änderung oder schlagen Sie eine andere vor.

Heutzutage unterstützen die meisten ECAD- und mechanischen CAD-Systeme die Verwendung des ProSTEP-Formats, um die Kommunikation zu verbessern, viel Zeit zu sparen und kostspielige Fehler zu reduzieren, die aus komplexen elektromechanischen Konstruktionen resultieren können. Darüber hinaus können Ingenieure Zeit sparen, indem sie eine komplexe Leiterplattenform mit zusätzlichen Einschränkungen erstellen und diese Informationen dann elektronisch übertragen, um zu vermeiden, dass jemand die Abmessungen der Leiterplatte falsch interpretiert.

Abschluss

Wenn Sie noch keines dieser DXF-, IDF-, STEP- oder ProSTEP-Datenformate zum Austausch von Informationen verwendet haben, sollten Sie deren Verwendung überprüfen. Ziehen Sie in Betracht, dieses Edit zu verwenden, um keine Zeit mit der Neugestaltung komplexer Board-Shapes zu verschwenden.