PCB機械集成的發(fā)展方向.第1部分

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 ).

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，電子設計與機械設計相結(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計的電力電子轉(zhuǎn)換器項目為基礎，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。設計和制造應力（第4部分） ?.

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。

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）

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。

將三維模型與零部件關聯(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 ).

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。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？？

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 .

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）

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）

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）

• 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。

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。

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，

• 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（和圓弧）（命令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 ).

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 ).

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 ).

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 ).

圖9.從三維模型定義輪廓

圖10.建議將3D模型對準PCB的頂面或底面

關閉此窗口后，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）。

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。

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

圖12.說明本研究后續(xù)工作的設計示例

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）。