教你設計不規則形狀的PCB

我們期望一個完整的 PCB 通常是一個整潔的矩形形狀。 雖然大多數設計確實是矩形的,但許多設計需要不規則形狀的板,這並不總是容易設計。 This paper introduces how to design PCB with irregular shape.

今天,PCBS 變得越來越小,而且越來越多的功能被添加到電路板上,再加上時鐘速度的提高,使設計變得更加複雜。 那麼,讓我們來看看如何處理形狀更複雜的電路板。

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

印刷電路板

圖 1:常見 PCI 電路板外觀。

然而,當電路板形狀需要適應具有高限制的複雜外殼時,PCB 設計人員並不容易,因為這些工具中的功能與機械 CAD 系統中的功能不同。 圖 2 中所示的複雜電路板主要設計用於防爆外殼,並受到許多機械限制。 Trying to reconstruct this information in EDA tools can take a long time and be unproductive. 機械工程師很可能已經創建了 PCB 設計人員所需的外殼、電路板形狀、安裝孔位置和高度限制。

圖 2:在此示例中,PCB 必鬚根據特定的機械規格進行設計,以便將其放置在防爆容器中。

圖 2:在此示例中,PCB 必鬚根據特定的機械規格進行設計,以便將其放置在防爆容器中。

由於電路板中的弧度和半徑,即使電路板形狀並不復雜(如圖 3 所示),重建時間也可能比預期的要長。

圖 3:設計多個弧度和不同半徑的曲線可能需要很長時間。

圖 3:設計多個弧度和不同半徑的曲線可能需要很長時間。

這些只是複雜電路板形狀的幾個例子。 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.

如果您還車,您可能會看到服務員使用手持掃描儀讀取汽車信息,然後與辦公室進行無線通信。 The device is also connected to a thermal printer for instant receipt printing. 幾乎所有這些設備都使用剛性/柔性電路板(圖 4),其中傳統的 PCB 板與柔性印刷電路互連,以便它們可以折疊成小空間。

圖 4:剛性/柔性電路板可以最大限度地利用可用空間。

圖 4:剛性/柔性電路板可以最大限度地利用可用空間。

那麼,問題是“如何將定義的機械工程規範導入 PCB 設計工具?” 在機械圖紙中重複使用這些數據可以消除重複工作,更重要的是消除人為錯誤。

我們可以通過使用 DXF、IDF 或 ProSTEP 格式將所有信息導入 PCB Layout 軟件來解決這個問題。 這樣可以節省大量時間並消除人為錯誤的可能性。 接下來,我們將看看這些格式中的每一種。

Graphics interchange format – DXF

DXF 是最古老、使用最廣泛的格式之一,用於在機械和 PCB 設計領域之間以電子方式交換數據。 AutoCAD 在 1980 年代初期開發了它。 這種格式主要用於二維數據交換。 大多數 PCB 工具供應商都支持這種格式,它確實簡化了數據交換。 DXF 導入/導出需要額外的功能來控制將在交換過程中使用的層、不同的實體和單元。 圖 5 是使用 Mentor Graphics 的 PADS 工具以 DXF 格式導入非常複雜的電路板形狀的示例:

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.

幾年前,3d 功能開始出現在 PCB 工具中,並且需要一種可以在機器和 PCB 工具之間傳輸 3D 數據的格式。 由此,Mentor Graphics 開發了 IDF 格式,此後該格式被廣泛用於在 PCBS 和機床之間傳輸電路板和元件信息。

DXF 格式包含電路板尺寸和厚度,而 IDF 格式使用組件的 X 和 Y 位置、組件位數和組件的 z 軸高度。 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.

系統需要能夠以類似於 DXF 參數設置的方式控制 IDF 文件中將包含的內容,如圖 6 所示。 如果某些組件沒有高度信息,IDF 導出可以在創建過程中添加缺失的信息。

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).

IDF 接口的另一個優點是任何一方都可以將組件移動到新位置或更改電路板形狀,然後創建不同的 IDF 文件。 這種方法的缺點是您需要重新導入表示電路板和組件更改的整個文件,並且在某些情況下,由於文件大小的原因,可能需要很長時間。 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 和 ProSTEP

為了更好地傳輸三維數據,設計人員正在尋找一種改進的方式,STEP格式應運而生。 STEP 格式可以傳輸電路板尺寸和元件佈局,但更重要的是,元件不再具有隻有高度值的簡單形狀。 STEP 組件模型是以三維形式對​​組件進行詳細而復雜的表示。 電路板和元件信息都可以在 PCB 和機器之間傳輸。 但是,仍然沒有跟踪更改的機制。

為了改進 STEP 文件交換,我們引入了 ProSTEP 格式。 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. 他們還可以建議不同的電路板尺寸或組件位置。 這種改進的溝通在 ECAD 和機械團隊之間創建了一個前所未有的 ECO(工程變更單)(圖 7)。

圖 7:建議更改、查看原始工具上的更改、批准更改或建議不同的更改。

圖 7:建議更改、查看原始工具上的更改、批准更改或建議不同的更改。

今天,大多數 ECAD 和機械 CAD 系統都支持使用 ProSTEP 格式來改善溝通,從而節省大量時間並減少複雜機電設計可能導致的代價高昂的錯誤。 此外,工程師可以通過創建具有附加約束的複雜電路板形狀,然後以電子方式傳輸該信息以避免有人誤解電路板的尺寸,從而節省時間。

結論

如果您尚未使用任何這些 DXF、IDF、STEP 或 ProSTEP 數據格式來交換信息,則應檢查它們的使用情況。 考慮使用此 edi 來停止浪費時間重新創建複雜的電路板形狀。