Teach you to design PCB with irregular shape

Vad vi förväntar oss av en komplett PCB is usually a neat rectangular shape. While most designs are indeed rectangular, many require boards with irregular shapes, which are not always easy to design. This paper introduces how to design PCB with irregular shape.

Idag blir PCBS mindre och fler och fler funktioner läggs till på korten, vilket tillsammans med ökningen av klockhastigheter gör konstruktioner mer komplexa. Så, låt oss titta på hur man hanterar ett kretskort med en mer komplex form.

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

ipcb

Figur 1: Utseende av vanligt PCI -kretskort.

Men när skivformar måste anpassas till komplexa kapslingar med höga begränsningar är det inte lätt för PCB -konstruktörer eftersom funktionerna i dessa verktyg inte är desamma som i mekaniska CAD -system. The complex circuit board shown in Figure 2 is designed primarily for explosion-proof housing and is subject to many mechanical limitations. Trying to reconstruct this information in EDA tools can take a long time and be unproductive. It is likely that the mechanical engineer has already created the housing, circuit board shape, mounting hole location, and height limits required by the PCB designer.

Figur 2: I detta exempel måste kretskortet utformas enligt specifika mekaniska specifikationer så att det kan placeras i explosionssäkra behållare.

Figur 2: I detta exempel måste kretskortet utformas enligt specifika mekaniska specifikationer så att det kan placeras i explosionssäkra behållare.

På grund av radianer och radier i kretskortet kan rekonstruktion ta längre tid än väntat, även om kretskortets form inte är komplex (som visas i figur 3).

Figur 3: Att designa flera radianer och olika radiekurvor kan ta lång tid.

Figur 3: Att designa flera radianer och olika radiekurvor kan ta lång tid.

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.

Om du lämnar tillbaka en hyrbil kan du kanske se en skötare använda en handhållen skanner för att läsa bilens information och sedan kommunicera trådlöst med kontoret. The device is also connected to a thermal printer for instant receipt printing. Nästan alla dessa enheter använder styva/flexibla kretskort (Figur 4), där konventionella kretskort är sammankopplade med flexibla tryckta kretsar så att de kan vikas till små utrymmen.

Figur 4: Hårt/flexibelt kretskort möjliggör maximal användning av tillgängligt utrymme.

Figur 4: Hårt/flexibelt kretskort möjliggör maximal användning av tillgängligt utrymme.

The question, then, is “How do you import defined mechanical engineering specifications into a PCB design tool?” Återanvändning av dessa data i mekaniska ritningar eliminerar dubbelarbete och, ännu viktigare, mänskliga misstag.

Vi kan lösa detta problem genom att importera all information till PCB Layout -programvara med DXF-, IDF- eller ProSTEP -format. Detta sparar mycket tid och eliminerar risken för mänskliga misstag. Next, we’ll take a look at each of these formats.

Graphics interchange format – DXF

DXF är ett av de äldsta och mest använda formaten för elektronisk utbyte av data mellan mekaniska och PCB -designområden. AutoCAD utvecklade det i början av 1980 -talet. Detta format används huvudsakligen för tvådimensionellt datautbyte. De flesta PCB -verktygsleverantörer stöder detta format, och det förenklar datautbyte. DXF -import/export kräver ytterligare funktioner för att styra de lager, olika enheter och enheter som kommer att användas i utbytesprocessen. Figure 5 is an example of importing very complex circuit board shapes in DXF format using Mentor Graphics’ PADS tools:

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.

A few years ago, 3d functionality began to appear in PCB tools, and there was a need for a format that could transfer 3D data between machines and PCB tools. Från detta utvecklade Mentor Graphics IDF -formatet, som sedan har använts i stor utsträckning för att överföra kretskort- och komponentinformation mellan PCBS och verktygsmaskiner.

Medan DXF-formatet innehåller kortets storlek och tjocklek, använder IDF-formatet komponentens X- och Y-position, komponentbitnumret och komponentens z-axelhöjd. 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.

Systemet måste kunna styra vad som kommer att finnas i IDF -filen på ett liknande sätt som DXF -parameterinställningarna, som visas i figur 6. Om vissa komponenter inte har höjdinformation kan IDF -export lägga till saknad information under skapandet.

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).

En annan fördel med IDF -gränssnittet är att vardera parten kan flytta komponenten till en ny plats eller ändra kortets form och sedan skapa en annan IDF -fil. Nackdelen med detta tillvägagångssätt är att du måste återimportera hela filen som representerar ändringar i kortet och komponenterna, och i vissa fall kan det ta lång tid på grund av filstorleken. 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.

STEG och PROSTEP

För att bättre överföra tredimensionella data letar designers efter ett förbättrat sätt, STEP-format kom till. STEP -formatet kan överföra kretskortsdimensioner och komponentlayouter, men ännu viktigare är att komponenter inte längre har en enkel form med bara ett höjdvärde. STEP -komponentmodellen är en detaljerad och komplex representation av komponenter i tredimensionell form. Both circuit board and component information can be transferred between the PCB and the machine. Det finns dock fortfarande ingen mekanism för att spåra ändringar.

To improve STEP file exchange, we introduced the ProSTEP format. 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. They can also suggest different board sizes or component locations. This improved communication creates an ECO (Engineering Change Order) between ECAD and the mechanical team that never existed before (Figure 7).

Figur 7: Föreslå en ändring, se ändringen på det ursprungliga verktyget, godkänn ändringen eller föreslå en annan.

Figur 7: Föreslå en ändring, se ändringen på det ursprungliga verktyget, godkänn ändringen eller föreslå en annan.

Idag stöder de flesta ECAD och mekaniska CAD -system användningen av ProSTEP -formatet för att förbättra kommunikationen, spara mycket tid och minska kostsamma fel som kan uppstå på grund av komplexa elektromekaniska konstruktioner. Dessutom kan ingenjörer spara tid genom att skapa en komplex kretskortform med ytterligare begränsningar och sedan överföra den informationen elektroniskt för att undvika att någon misstolkar kretskortets dimensioner.

slutsats

Om du inte redan har använt något av dessa DXF-, IDF-, STEP- eller ProSTEP -dataformat för att utbyta information bör du kontrollera deras användning. Consider using this edi to stop wasting time recreating complex board shapes.