Dạy bạn thiết kế PCB với hình dạng bất thường

Những gì chúng tôi mong đợi về một hoàn chỉnh PCB is usually a neat rectangular shape. Trong khi hầu hết các thiết kế thực sự là hình chữ nhật, nhiều người yêu cầu bảng có hình dạng bất thường, không phải lúc nào cũng dễ thiết kế. This paper introduces how to design PCB with irregular shape.

Ngày nay, PCBS ngày càng nhỏ hơn và ngày càng có nhiều chức năng được thêm vào bo mạch, cùng với sự gia tăng tốc độ xung nhịp, làm cho các thiết kế trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, chúng ta hãy xem xét làm thế nào để xử lý một bảng mạch có hình dạng phức tạp hơn.

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

Hình 1: Diện mạo của bảng mạch PCI thông dụng.

Tuy nhiên, khi các hình dạng bảng mạch cần được điều chỉnh phù hợp với các thùng máy phức tạp với những hạn chế cao, điều đó không dễ dàng đối với các nhà thiết kế PCB vì các chức năng trong các công cụ này không giống với các chức năng trong hệ thống CAD cơ khí. 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. Có khả năng là kỹ sư cơ khí đã tạo ra vỏ, hình dạng bảng mạch, vị trí lỗ lắp và giới hạn chiều cao theo yêu cầu của nhà thiết kế PCB.

Hình 2: Trong ví dụ này, PCB phải được thiết kế theo các thông số kỹ thuật cơ khí cụ thể để có thể đặt nó trong các thùng chứa chống cháy nổ.

Do radian và bán kính trong bảng mạch, việc xây dựng lại có thể mất nhiều thời gian hơn dự kiến, ngay cả khi hình dạng bảng mạch không phức tạp (như trong Hình 3).

Hình 3: Việc thiết kế nhiều radian và các đường cong bán kính khác nhau có thể mất nhiều thời gian.

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.

Nếu bạn trả lại một chiếc xe đã thuê, bạn có thể nhìn thấy nhân viên sử dụng máy quét cầm tay để đọc thông tin của chiếc xe và sau đó giao tiếp không dây với văn phòng. The device is also connected to a thermal printer for instant receipt printing. Hầu như tất cả các thiết bị này đều sử dụng bảng mạch cứng / linh hoạt (Hình 4), trong đó các bảng PCB thông thường được liên kết với nhau bằng các mạch in linh hoạt để chúng có thể được gấp lại thành các Khoảng trắng nhỏ.

Hình 4: Bảng mạch cứng / linh hoạt cho phép sử dụng tối đa không gian có sẵn.

Sau đó, câu hỏi đặt ra là “Làm cách nào để bạn nhập các thông số kỹ thuật cơ khí đã xác định vào một công cụ thiết kế PCB?” Việc sử dụng lại dữ liệu này trong các bản vẽ cơ khí giúp loại bỏ công sức trùng lặp và quan trọng hơn là lỗi của con người.

Chúng ta có thể giải quyết vấn đề này bằng cách nhập tất cả thông tin vào phần mềm PCB Layout sử dụng định dạng DXF, IDF hoặc ProSTEP. Điều này giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian và loại bỏ khả năng xảy ra lỗi của con người. Next, we’ll take a look at each of these formats.

Graphics interchange format – DXF

DXF là một trong những định dạng lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất để trao đổi dữ liệu điện tử giữa các lĩnh vực thiết kế cơ khí và PCB. AutoCAD đã phát triển nó vào đầu những năm 1980. Định dạng này chủ yếu được sử dụng để trao đổi dữ liệu hai chiều. Hầu hết các nhà cung cấp công cụ PCB đều hỗ trợ định dạng này và nó giúp đơn giản hóa việc trao đổi dữ liệu. Nhập / xuất DXF yêu cầu chức năng bổ sung để kiểm soát các lớp, các thực thể và đơn vị khác nhau sẽ được sử dụng trong quá trình trao đổi. 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.

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. Từ đó, Mentor Graphics đã phát triển định dạng IDF, từ đó đã được sử dụng rộng rãi để truyền thông tin bảng mạch và linh kiện giữa PCBS và máy công cụ.

Trong khi định dạng DXF chứa kích thước và độ dày của bảng, định dạng IDF sử dụng vị trí X và Y của thành phần, số bit thành phần và chiều cao trục z của thành phần. 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.

Hệ thống cần có khả năng kiểm soát những gì sẽ được chứa trong tệp IDF theo cách tương tự như Cài đặt tham số DXF, như thể hiện trong Hình 6. Nếu một số thành phần không có thông tin về chiều cao, các bản xuất IDF có thể thêm thông tin bị thiếu trong quá trình tạo.

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

Một ưu điểm khác của giao diện IDF là một trong hai bên có thể di chuyển thành phần đến một vị trí mới hoặc thay đổi hình dạng bảng, sau đó tạo một tệp IDF khác. Nhược điểm của phương pháp này là bạn cần nhập lại toàn bộ tệp đại diện cho các thay đổi đối với bo mạch và các thành phần, và trong một số trường hợp, có thể mất nhiều thời gian do kích thước tệp. 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.

BƯỚC và BƯỚC

Để truyền dữ liệu ba chiều tốt hơn, các nhà thiết kế đang tìm kiếm một cách cải tiến, định dạng STEP đã ra đời. Định dạng STEP có thể truyền kích thước bảng mạch và bố trí linh kiện, nhưng quan trọng hơn, các thành phần không còn có hình dạng đơn giản với chỉ giá trị chiều cao. Mô hình thành phần STEP là một biểu diễn chi tiết và phức tạp của các thành phần ở dạng ba chiều. Both circuit board and component information can be transferred between the PCB and the machine. Tuy nhiên, vẫn không có cơ chế để theo dõi các thay đổi.

Để cải thiện việc trao đổi tệp STEP, chúng tôi đã giới thiệu định dạng ProSTEP. 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).

Hình 7: Đề xuất thay đổi, xem thay đổi trên công cụ gốc, phê duyệt thay đổi hoặc đề xuất một thay đổi khác.

Ngày nay, hầu hết các hệ thống ECAD và CAD cơ khí đều hỗ trợ việc sử dụng định dạng ProSTEP để cải thiện giao tiếp, tiết kiệm nhiều thời gian và giảm các lỗi tốn kém có thể phát sinh từ các thiết kế cơ điện phức tạp. Hơn nữa, các kỹ sư có thể tiết kiệm thời gian bằng cách tạo ra một hình dạng bảng mạch phức tạp với các ràng buộc bổ sung và sau đó truyền thông tin đó bằng điện tử để tránh ai đó hiểu sai về kích thước của bảng mạch.

phần kết luận

Nếu bạn chưa sử dụng bất kỳ định dạng dữ liệu DXF, IDF, STEP hoặc ProSTEP nào này để trao đổi thông tin, bạn nên kiểm tra việc sử dụng chúng. Cân nhắc sử dụng edi này để ngừng lãng phí thời gian tạo lại các hình dạng bảng phức tạp.