技術工程師分享：為何PCB設計需要3D功能?

　　設計和建造下一代電子產品是一個復雜的過程，特別是電子行業(yè)這樣一個全球高度競爭的行業(yè)，在這個行業(yè)中快速而持續(xù)的技術變革已成為一件普通的事情和創(chuàng)新規(guī)則。如果設計者不能接受這些變化，就會面臨被競爭對手甩在身后的風險，甚至完全無法再加入競爭。對于印刷電路板（PCB）設計而言，這種形勢尤為明顯。在這個市場中，消費者更希望得到體積更小、價格更低、速度更快和功能更多的電子產品，再加上不斷縮短的設計周期以及在地理上分散的設計團隊，正在不斷推進設計的復雜性，并將傳統(tǒng)的設計工具的使用推向其極限水平。網(wǎng)絡數(shù)量的增加、更嚴格的設計約束和布線密度，以及向高速度、高密度項目的逐步遷移，進一步加劇了PCB復雜性。這種趨勢正在影響這個產業(yè)的各個領域，而不僅僅是高端消費電子產品。

　　幸運的是，PCB設計工具近年來已得到穩(wěn)步發(fā)展，以應對這種日漸復雜的設計領域所帶來的挑戰(zhàn)。一項重大改變——3D功能的采用，有望使設計者可以兼顧設計創(chuàng)新和全球市場的競爭力。

　　在3D世界中設計所面臨的挑戰(zhàn)

　　傳統(tǒng)上，電路板設計者都依賴于設計樣機，以便在制造前確保設計的形狀、適配度和功能性。雖然可行，但這種方法有許多缺點。首先，在制造出實際樣機之前設計者不能確定電路板是否適合。其次，這種方法一般會導致設計過程中需要多次制作樣機。再有，多次樣機非常耗費時間，而且對于一項中度復雜的設計樣機的平均成本為8，929美元。在設計過程中的任何額外時間或費用的增加，不僅會影響一個公司的競爭力，也會阻礙我們向新業(yè)務的進軍，這就不難理解為何這種方法不受歡迎了。

　　另一個缺陷是PCB設計傳統(tǒng)上是二維設計?；旧?，設計都是以2D方式創(chuàng)建的，經過手工標注后，傳遞給機械設計工程師。機械工程師采用機械CAD軟件對設計進行3D重繪。由于完全是手動操作，這種方法非常耗時，且容易出錯。所以，它無法為設計下一代電子產品提供有競爭力的差異性。現(xiàn)在問題很明顯了，電路板設計者需要找到更好的方法來查看和分析他們日漸復雜的設計。

　　PCB設計者的最終目的是為真實世界（具有3個維度）創(chuàng)造產品，因此最佳的解決方法就是使用一種具有先進的3D功能的設計工具。它可讓設計者在生產之前就能夠查看設計真實的3D圖像，不再需要制作樣機，節(jié)省時間和資金（圖1）?？梢暂p松地生成準確的3D模型，然后把它們用于在真實的3D中進行電路板布局。此外，還可將目標外殼的3D模型導入到PCB設計中，確保設計出來的電路板能夠完美地放置到這個殼體中。最后，設計者能夠滿懷信心地提交他們的設計文件用于生產了。

　　圖1.通過對設計的3D視覺化，設計者能夠以3D的形式對一項設計的內外各個方面進行檢查。

　　3D導出功能提供給設計者在其他分析工具中進行進一步分析的能力，比如散熱分析和電磁仿真分析。對于如今每種使用無線連接的、緊湊型電池供電設備，散熱效果完全取決于電路板形狀，這個功能極為關鍵。由于這些功能，PCB設計工具中的3D功能對于快速、準確而低成本設計下一代電子產品是絕對是必不可少的。

　　你我需要：全3D功能

　　PCB設計中添加3D功能的價值是無可否認的，因此許多公司目前均以能夠提供此功能作為一個宣傳點。但是，這些設計工具提供的3D功能是大不相同的。為了發(fā)揮3D的全部好處，僅僅實現(xiàn)真實3D圖像的查看是不夠的，還要擴展到全3D的功能，包括：

　　●為設計創(chuàng)建3D動畫/視頻的能力。通過此功能，設計者能夠輕松分享、展示他的產品設計，甚至還可以把它們作為營銷用的資料。它還能夠促進與其它設計團隊或制造商的更好的合作。比如，通過一段3D視頻，設計者可以向制造商展示完成裝配后產品的樣子，視頻還可以用于說明元器件在電路板上的焊裝順序。

　　●將3D模型（包括元器件）導入電路板設計中的能力。請注意，一些設計工具缺乏此項功能，僅允許設計者以2D形式執(zhí)行基本可視化和元件間隙檢查。但是，如果能夠導入外殼及其它機械物體，就可以保證第一時間把元器件放在合適的位置。

　　●在設計規(guī)則中支持3D檢查的能力。由于規(guī)則就是設計過程中的實時指南，所以這是一項非常重要的功能。3D的設計規(guī)則檢驗器可告訴設計者，兩個元器件之間、元器件與外殼之間或者元器件與散熱器之間，在3D空間內（所有軸上）是否存在干擾。

　　●對PCB內層結構中的銅層建模的能力。盡管使用具有3D功能的ECAD包，在制造過程中仍有可能會出現(xiàn)問題。在設計后期這種階段才發(fā)現(xiàn)問題，會大大增加成本。對PCB內層結構中的銅層建模能力，讓設計者能夠輕松查看和檢驗管腳與內層的連接或者熱連接（thermal reliefs）。

　　以3D形式進行設計帶來的好處

　　以3D形式進行設計可為您帶來許多益處。它可以把MCAD與ECAD迭代循環(huán)減至一個循環(huán)（某些情況下為零），從而縮短設計周期，而且最大程度地減少設計錯誤，從而大大提高生產效率。而且，通過消除電路板布局與外殼相適配的不確定性，能夠讓設計者安心地將精力放到產品美觀性的設計上。

　　3D設計的其它好處有：

　　●競爭優(yōu)勢。通過在一個組織內以及供應商和客戶之間改進溝通，3D設計可加快產品設計速度，讓制造流程更加合理高效，并加速產品的推廣。設計成本降低，利潤率提高，同時上市時間的提前和產品質量的提升意味著收益的增加。

　　●提升全球合作。一個真實的3D設計圖像可以提高同供應商、客戶以及制造商的溝通效率。它甚至允許非CAD人員參與到這個過程中來（比如，應用于客戶問卷調查、明確說明或產品配置）。這對于目前許多公司都傾向于外部生產（在中國或本地）的情況下尤為重要。不論設計意圖或所需最終產品為何，全球性的設計和制造極其容易引入錯無和誤解。而3D設計圖像可提供通用的、易于理解、所有團隊成員均能操作的平臺。

　　●更高效的設計審核和修改。創(chuàng)建3D渲染和動畫的能力簡化了編寫設計方案以及在設計團隊成員中審核設計等工作。它還允許設計者輕松實施修改并更新最新的設計改動。比如，一旦完成改動或修改，即可以輕松地生成一個新的3D渲染或動畫。

　　●更高效的制造和裝配過程。3D模型提供了一個通用的基礎，制造商能夠利用它來工作，同時也能夠更準確而明晰地傳達設計意圖及相關設計細節(jié)。以前只有生產后才能發(fā)現(xiàn)的錯誤可以在設計過程中就能及早被發(fā)現(xiàn)。因此，采用3D模型來制造和裝配產品會要準確、更高效。

　　●促進銷售，推動營銷。產品的3D模型可成為一種寶貴的營銷工具，它可以在生產出產品之前讓客戶看到產品的全貌，所以銷售部門可以快速地做出市場評估報告，從而幫助我們帶來額外的收益。

　　結論

　　多年來，實時3D圖形技術已經徹底地改變了社會與計算機的互動方式。通過3D PCB設計工具，這種變革目前已來到PCB設計領域。它正在改變電子產品的設計與制造方法。然而，與任何新技術或方法一樣，找到最佳的實施和使用方式是非常重要的。對于希望從3D中獲益的PCB設計者，這意味著要選擇一種能夠提供全3D功能的軟件方案。這種方案提供了電路板設計者所需要的、能夠幫助他們在日趨復雜的設計環(huán)境中創(chuàng)建出具有競爭力的下一代電子產品的功能。