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PCB機械集成的發(fā)展方向.第1部分

發(fā)布人:電子資料庫 時間:2023-01-06 來源:工程師 發(fā)布文章
1.簡介

當你開始使用電子產(chǎn)品時,你不必擔心你正在開發(fā)的電路板的“實用”方面:你正在快速開發(fā)一個電路板,因為你必須先制作一個電路板,然后再開發(fā)PCB。然而,在大學培訓中,人們很快意識到,尤其是通過項目,部件的放置在電子裝配的正確運行中起著關(guān)鍵作用(在這項任務中,示意圖可以起到幫助作用),而且,如果一個人至少有一點實際意義(跟蹤學生項目的經(jīng)驗表明情況并非總是如此……),那么通常必須將連接器放置在 one在印刷電路板的邊緣!!!

使用傳統(tǒng)制造步驟(透明膠片印刷、平板日曬、曝光、高氯化鐵蝕刻、丙酮清漆去除、最終鍍錫、鉆孔、部件釬焊等)手工制作原型的時間,沉淀可能會忘記機械固定卡的固定孔(例如然而,在大多數(shù)情況下,卡的外部連接通常是用焊接在卡上的多股鋼絲進行的,這導致了許多剪切/切割問題和巨大的挫折感:最初是“漂亮”的卡,最后,我們得到了一盤特別無味的意大利面圖1 ).

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圖1.“意大利面”裝置示例

由于原型可以通過低成本的池服務制造,并且具有值得專業(yè)成就的質(zhì)量(節(jié)省的清漆、金屬化的孔,有時甚至帶有ENIG飾面),因此產(chǎn)生這種結(jié)果是非常不幸的,尤其是在現(xiàn)代計算機技術(shù)的幫助下,電子設(shè)計與機械設(shè)計相結(jié)合 [1]環(huán)境中的一個(或多個PCB)(或多或少復雜的外殼)。

  • 組件的三維模型與其物理指紋的關(guān)聯(lián);

  • 在PCB的布局/布線部分考慮機械集成(碰撞)的具體規(guī)則;

  • 回到?層堆棧管理器?考慮到電介質(zhì)厚度對于獲得電路的正確三維模型以將其集成到復雜系統(tǒng)中的重要性;

  • 在一個項目中添加多個三維模型,包括不同的PCB,但也包括外殼元件甚至其他機械部件;

  • 與機械CAD(MCAD)工具的接口。

為了說明這些文章,我們將以一個模塊化設(shè)計的電力電子轉(zhuǎn)換器項目為基礎(chǔ),該項目實現(xiàn)的PCB數(shù)量相對較大,幾何/熱約束嚴重。我們將不再討論對文章中已經(jīng)討論過的柔性元件(剛性-柔性電路)的考慮。設(shè)計和制造應力(第4部分) ?.

2.組件級2.1.物理示意圖和三維視圖

在“物理封裝外形側(cè)”元件庫中,基本上需要找到元件的二維描述,該二維描述包含不同的層,這些層對PCB本身的描述有用(默認情況下,元件位于PCB頂部):

  • 頂部(頂層)et底部(底層 ),

  • “Soldermask”層(頂層阻焊層可能的話底部焊料)為了讓銅島裸露,

  • “粘貼”沙發(fā)(頂部粘貼默認情況下),用于制作重熔過程中使用的釬焊膏沉積所需的模板(模具),

  • 絲網(wǎng)印刷層(絲印層默認設(shè)置)

當然,在將組件放置在地圖上時,可以使用鍵盤快捷鍵“L”(表示層)反轉(zhuǎn)默認層,以便將最初放置在頂部的組件切換到底部。

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圖2:PCB中的機械集成:最大高度(A)和元件間“3D碰撞”規(guī)則(B)

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圖2:部件間最大高度(A)和“3D碰撞”規(guī)則(B)

所有這些分層元素基本上都是“2D”的,不能完全解釋電路板上一個組件的擁擠程度:如果對電路板表面的其他組件有很好的了解,那么就缺少高度信息(以及相關(guān)的基本規(guī)則–cf。

圖2(a):對于復雜的3D對象,如果可用空間足夠(例如連接器),則評估將組件放置在對象某些元素下方的可能性。

圖2(b):1這些3D支持功能在Altium Designer的組件和PCB級別上都可用,組件模型的集成可以通過以下段落中討論的不同方法進行。

2.2.可用的基本體

將三維模型與零部件關(guān)聯(lián)的最簡單方法是使用“基本體”。對于簡單部件,如表面安裝的MLCC型電容器(多層陶瓷電容器)這是最快的解決方案,因為3個矩形平行六面體足以獲得令人滿意的結(jié)果(見。圖3 ).

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圖3.PCB中的機械集成:表面安裝陶瓷電容器(MLCC)的三維建模(3個“擠出”型原語-并置)

  • 可以使用命令訪問“高程”下可用的基本體放置>拉伸三維實體,因為默認情況下,這些對象本質(zhì)上是棱柱形的,因此需要繪制多邊形基礎(chǔ)。我們可以看到圖3 "Let" is the key to success屬性?提供3種類型的3D模型(非模型)通用下一段將討論誰:

  • 擠壓因此,這是默認模型,對于繪制矩形平行六面體(通常是CMS型無源元件)非常有用,

  • 圓柱例如,可以用來模擬電解鋁電容器,

  • 球體,我個人從來沒有用過,但是…你知道嗎??

2.3.詳細的STEP模型

對于更復雜的三維模型,可以使用STEP文件:

  • 使用機械CAD工具自行開發(fā),

  • 從制造商的網(wǎng)站或合作網(wǎng)站檢索。

在任何情況下,只需定義三維模型輪廓(與基本體相同),然后選擇?通用?在窗戶里?屬性?然后選擇STEP模板文件(參見。圖4頁:1您也可以使用以下命令直接訪問此選項:位置>三維實體歐萊德放置>拉伸三維實體 .

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圖4.PCB中的機械集成:使用用于天線的U.FL型CMS連接器的STEP模型(2D俯視圖和3D俯視圖)

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圖4.使用U.FL型CMS天線連接器的STEP模型(2D俯視圖和3D俯視圖)

2.2.一些有用的來源

越來越多的制造商為用戶提供其產(chǎn)品的三維模型,尤其是連接器。其中包括:

  • 莫仕

  • 樣品

  • 兩性酚(其產(chǎn)品-通過第三方網(wǎng)站-超出連接器,如電位計等)

某些型號可參數(shù)化,如某些SAMTEC產(chǎn)品線(圖5)在某些情況下,還提供物理指紋。有這種幫助總是很有趣的,因為創(chuàng)建一個包含3D模型的物理足跡是耗時的。

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圖5.機械集成:PCB連接器制造商網(wǎng)站上提供的示例數(shù)據(jù)(來源:SAMTEC)

對于許多組件,即使是簡單的組件(如CMS外殼電阻器),擁有這些資源也很有用,但在制造商的網(wǎng)站上(至少目前)沒有。然而,這些資源存在于與機械CAD工具相關(guān)的協(xié)作網(wǎng)站上,這些工具免費提供其他用戶在線提供的各種組件(尤其是電子組件)的三維模型。有許多這樣的網(wǎng)站,但這里有兩個社區(qū)網(wǎng)站的例子 two :

  • 3D內(nèi)容中心: www.3dcontentcentral.com網(wǎng)站

  • 格拉布卡德:www.grabcad.com

然而,一般來說,只需在您喜歡的搜索引擎中輸入一個類似于“[name de case]3D step model”的查詢,即可獲得指向可操作解決方案的鏈接。

重新制作:在CMS電阻器的情況下,可以想象使用原語已經(jīng)足夠了,但是,如果我們想獲得盡可能接近現(xiàn)實的視覺效果,要求在外殼上記錄電阻值(與MLCC電容器不同,在任何情況下,如果您有良好的眼睛,則為0603格式)。對于基本體來說,這是不可行的,恢復STEP模型仍然是最好的選擇。

3.在PCB范圍內(nèi)

當然,將三維模型與組件庫(.pcblib或.libpkg類型的嵌入式庫)中的所有物理封裝相關(guān)聯(lián)是有意義的,因為這些模型將在將組件放置在PCB上時使用。

PCB本身與一個三維對象關(guān)聯(lián),其中:

  • 厚度與“層堆棧管理器”中定義的銅和電介質(zhì)厚度配置相關(guān),

  • 輪廓基本上可以用兩種方式定義:在二維中,具有表示地圖等高線的線段(和圓?。?/span>Design > Board Shape > Define from Selected Objects )在3D中,通過合并一個表示PCB的對象,我們將使用命令將Altium Designer與地圖有效關(guān)聯(lián)Design > Board Shape > Define 3D body (requires 3D mode) .

顧名思義,第二種方法需要切換到3D視圖(“3”鍵)才能使用。在2D模式下,它是灰色的(因此不活動)。

因此,板的3D模型必須以與物理封裝外形(命令)相關(guān)的元件“通用”模型相同的方式放置在PCB文件(類型為.pcbdoc)中位置>三維實體)選擇使用地圖STEP格式模板的選項。然后,此模板必須(與組件一樣):

  • 內(nèi)部(在Altium Designer下)使用可用的基本體生成,

  • 使用外部CAD工具開發(fā),

  • 從制造商處回收

在后一種情況下,需要注意的是,一些(但不是所有)外殼制造商可以為其產(chǎn)品提供3D模型(尤其是在“復雜”的情況下)。這正是Schroff公司的情況,該公司的某些產(chǎn)品用于19英寸機架,如6U 14HP 167D磁帶(參考 24813 714–參考圖6 ).

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圖6.機械集成:制造商提供詳細3D模型的電子外殼示例

對于這個特定的制造商來說,STEP格式是許多機械CAD格式中的一種。在機械CAD軟件中打開此文件將顯示包含大量零件(包括PCB模型)。如果沒有機械CAD軟件,感興趣的讀者可以使用該軟件 形狀如圖所示圖7只要它只需要一個互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器(兼容性測試)ici公司)以及創(chuàng)建一個基本形式的免費賬戶 three .

重新制作:掌握OnShape非常簡單,初學者可以使用豐富的文檔資源(這里提供PDF格式的法語教程ici公司et公司這里以及一系列6個英語視頻ici公司 ).

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圖7.打開Schroff 24813714外殼的STEP模型

圖7中可見的粉紅色部分正是要放置在外殼中的PCB的代表性板,具有合適的輪廓,特別是在“籃子底部”的中間有一個可見的凹槽。從原始文件中提取這一部分,就可以創(chuàng)建一個新的三維模型,該模型可以在Altium Designer下使用,以定義PCB的輪廓。

要做到這一點,只需使用常規(guī)命令放置一個3D對象。位置>三維實體,選擇相應的STEP文件。第二,它可能需要改變方向(參見。圖8 ).

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圖8.使用PCB三維模型定義其輪廓

在這種情況下,沿X軸旋轉(zhuǎn)90°是合適的。然后,您必須保持在3D視圖中才能使用命令?Design > Board Shape > Define from 3D body ? (圖9頁:1然后使用彈出窗口(圖10 ).

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圖9.從三維模型定義輪廓

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圖10.建議將3D模型對準PCB的頂面或底面

關(guān)閉此窗口后,可以返回2D視圖(圖11)觀察獲得的地圖(黑色區(qū)域),包括內(nèi)部切口。值得注意的是,3D模型的粉紅色陰影最終可以刪除,因為它不再有用(即使在3D視圖中)。

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圖11.獲得的PCB外形(包括內(nèi)部切口)

重新制作:然后,可以在Altium Designer下(至少部分地)添加剩余的外殼,以檢查整個系統(tǒng)組件(而不僅僅是電路板)的機械集成。

4.結(jié)論

本文的目的是展示如何在PCB設(shè)計的“電子”部分(包括組件庫)中集成3D建模方面,從而將設(shè)計的機械集成到更大的項目(外殼,機電一體化系統(tǒng)或簡單的電子設(shè)備,實現(xiàn)多個卡)。

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圖12.說明本研究后續(xù)工作的設(shè)計示例

在第二篇文章中,我們將看到如何管理“系統(tǒng)”方面,特別是通過圖12,即集成在6U 14HP機架盒內(nèi)的IGBT橋臂,其不僅實現(xiàn)控制接口,還實現(xiàn)對功率晶體管的近距離控制,溫度監(jiān)測和電量測量(輸出電流和橋臂端子電壓)。


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