Naučite se oblikovati PCB z nepravilno obliko

Kar pričakujemo od popolnega PCB je običajno čiste pravokotne oblike. Medtem ko je večina modelov res pravokotnih, mnogi zahtevajo plošče nepravilne oblike, ki jih ni vedno enostavno oblikovati. Ta članek predstavlja, kako oblikovati PCB z nepravilno obliko.

Danes so PCBS manjši in ploščam dodajamo vse več funkcij, ki skupaj s povečanjem urnih frekvenc otežujejo zasnovo. Torej, poglejmo, kako ravnati s tiskanim vezjem bolj zapletene oblike.

Kot prikazuje slika 1, lahko v večini orodij za postavitev EDA preprosto ustvarite preproste oblike plošč PCI.

Slika 1: Videz običajnega vezja PCI.

Ko pa je treba oblike plošč prilagoditi kompleksnim ohišjem z visokimi omejitvami, oblikovalcem tiskanih vezij ni lahko, ker funkcije v teh orodjih niso enake kot v mehanskih CAD sistemih. Kompleksno vezje, prikazano na sliki 2, je namenjeno predvsem ohišju, odpornemu proti eksplozijam, in je podvrženo številnim mehanskim omejitvam. Poskus rekonstrukcije teh podatkov v orodjih EDA lahko traja dolgo in je neproduktiven. Verjetno je strojni inženir že ustvaril ohišje, obliko tiskanega vezja, mesto montažne luknje in omejitve višine, ki jih zahteva oblikovalec tiskanih vezij.

Slika 2: V tem primeru mora biti tiskano vezje oblikovano v skladu s posebnimi mehanskimi specifikacijami, tako da ga je mogoče postaviti v posode, ki so odporne proti eksploziji.

Zaradi radianov in polmerov na vezju lahko rekonstrukcija traja dlje, kot je bilo pričakovano, tudi če oblika vezja ni zapletena (kot je prikazano na sliki 3).

Slika 3: Oblikovanje več radianov in različnih krivulj polmera lahko traja dolgo.

To je le nekaj primerov zapletenih oblik vezja. Vendar pa bi bili iz današnje potrošniške elektronike presenečeni, koliko projektov poskuša vso funkcionalnost strpati v majhen paket, ki ni vedno pravokoten. Pametni telefoni in tablični računalniki so prve, ki mi pridejo na misel, a primerov je ogromno.

Če vrnete najeti avto, boste morda lahko videli spremljevalca, ki bo z ročnim skenerjem prebral podatke o avtu in nato brezžično komuniciral s pisarno. Naprava je priključena tudi na termični tiskalnik za takojšnje tiskanje računov. Skoraj vse te naprave uporabljajo toge/fleksibilne vezja (slika 4), kjer so običajne plošče PCB povezane s prilagodljivimi tiskanimi vezji, tako da jih je mogoče zložiti v majhne prostore.

Slika 4: Togo/prilagodljivo vezje omogoča maksimalno uporabo razpoložljivega prostora.

Vprašanje je torej: “Kako uvozite določene specifikacije strojništva v orodje za oblikovanje tiskanih vezij?” Ponovna uporaba teh podatkov v mehanskih risbah odpravlja podvajanje napora in, kar je še pomembneje, človeško napako.

To težavo lahko rešimo z uvozom vseh informacij v programsko opremo za postavitev tiskanih vezij v obliki zapisa DXF, IDF ali ProSTEP. To prihrani veliko časa in odpravi možnost človeške napake. Nato si bomo ogledali vsako od teh oblik.

Oblika izmenjave grafike – DXF

DXF je eden najstarejših in najbolj razširjenih formatov za elektronsko izmenjavo podatkov med mehanskimi domenami in področji oblikovanja PCB. AutoCAD ga je razvil v zgodnjih osemdesetih letih. Ta oblika se uporablja predvsem za dvodimenzionalno izmenjavo podatkov. Večina prodajalcev orodij za PCB podpira to obliko in poenostavlja izmenjavo podatkov. Uvoz/izvoz DXF zahteva dodatne funkcije za nadzor nad plastmi, različnimi entitetami in enotami, ki bodo uporabljene v procesu izmenjave. Slika 5 je primer uvoza zelo zapletenih oblik vezja v formatu DXF z orodji PADS Mentor Graphics:

Slika 5: Orodja za oblikovanje tiskanih vezij (na primer PADS, opisana tukaj) morajo biti sposobna nadzorovati različne parametre, potrebne z uporabo formata DXF.

Pred nekaj leti se je v orodjih za tiskane plošče začela pojavljati 3D funkcionalnost, zato je bila potrebna oblika, ki bi omogočala prenos 3D podatkov med stroji in orodji za tiskane vezje. Na podlagi tega je Mentor Graphics razvil format IDF, ki se od takrat pogosto uporablja za prenos informacij o vezju in komponentah med PCBS in obdelovalnimi stroji.

Medtem ko format DXF vsebuje velikost in debelino plošče, format IDF uporablja položaje X in Y komponente, bitno število komponent in višino osi z komponente. Ta oblika močno izboljša sposobnost vizualizacije tiskanega vezja v 3D pogledu. Dodatne informacije o prepovedanih območjih, kot so omejitve višine na vrhu in dnu plošče, so lahko vključene tudi v datoteko IDF.

Sistem mora biti sposoben nadzorovati, kaj bo vsebovano v datoteki IDF, podobno kot nastavitve parametra DXF, kot je prikazano na sliki 6. Če nekatere komponente nimajo informacij o višini, lahko izvoz IDF med ustvarjanjem doda manjkajoče podatke.

Slika 6: Parametre lahko nastavite v orodju za oblikovanje tiskanih vezij (v tem primeru PADS).

Druga prednost vmesnika IDF je, da lahko katera koli stran premakne komponento na novo mesto ali spremeni obliko plošče in nato ustvari drugo datoteko IDF. Pomanjkljivost tega pristopa je, da morate znova uvoziti celotno datoteko, ki predstavlja spremembe plošče in komponent, v nekaterih primerih pa lahko zaradi velikosti datoteke traja dlje časa. Poleg tega je iz nove datoteke IDF težko ugotoviti, katere spremembe so bile narejene, zlasti na večjih ploščah. Uporabniki IDF lahko sčasoma ustvarijo skripte po meri, da določijo te spremembe.

KORAK in PROSTEP

Za boljši prenos tridimenzionalnih podatkov oblikovalci iščejo izboljšano pot, nastal je format STEP. Oblika STEP lahko prenaša dimenzije tiskanega vezja in postavitve komponent, vendar je še pomembneje, da komponente nimajo več preproste oblike z vrednostjo samo višine. Model komponente STEP je podroben in kompleksen prikaz komponent v tridimenzionalni obliki. Tako vezje kot informacije o komponentah se lahko prenašajo med tiskanim vezjem in strojem. Vendar še vedno ni mehanizma za sledenje spremembam.

Za izboljšanje izmenjave datotek STEP smo uvedli format ProSTEP. Ta oblika premika iste podatke kot IDF in STEP in ima velike izboljšave – lahko sledi spremembam in tudi omogoča delo v okviru prvotnih sistemov discipline ter pregled vseh sprememb, ko je vzpostavljena izhodiščna vrednost. Poleg pregledovanja sprememb lahko inženirji tiskanih vezij in strojni inženirji odobrijo vse ali posamezne spremembe sestavnih delov v postavitvi, obliki plošče. Predlagajo lahko tudi različne velikosti plošč ali lokacije komponent. Ta izboljšana komunikacija ustvari ECO (Inženiring Change Order) med ECAD -om in mehanično ekipo, ki prej ni obstajala (slika 7).

Slika 7: Predlagajte spremembo, si oglejte spremembo na izvirnem orodju, potrdite spremembo ali predlagajte drugo.

Danes večina ECAD in mehanskih CAD sistemov podpira uporabo formata ProSTEP za izboljšanje komunikacije, kar prihrani veliko časa in zmanjša drage napake, ki so lahko posledica zapletenih elektromehanskih konstrukcij. Še več, inženirji lahko prihranijo čas, tako da ustvarijo zapleteno obliko tiskanega vezja z dodatnimi omejitvami in nato te informacije pošljejo v elektronski obliki, da se izognejo napačni interpretaciji dimenzij vezja.

Sklenitev

Če za izmenjavo informacij še niste uporabili katerega od teh formatov podatkov DXF, IDF, STEP ali ProSTEP, preverite njihovo uporabo. Uporabite ta edi, da nehate izgubljati čas pri ustvarjanju zapletenih oblik plošč.