3D-MID Design-Leitfaden: Ein umfassendes Whitepaper

Ein mechatronisch integriertes Gerät (MID) ist ein spritzgegossener Kunststoff, der ein leitfähiges Schaltungsmuster integriert und sowohl mechanische als auch elektrische Funktionen vereint. Es ist die Fusion zwischen einem Kunststoffteil und einer Schaltung. 

Kupferbahnen werden auf die Oberfläche des Kunststoffteils geätzt und bilden Spuren und Pads, auf denen dann elektrische Komponenten platziert werden können. Was man erhält, ist ein cooles elektromechanisches Hardwarestück.  

Diese innovativen Geräte bieten eine einzigartige Lösung für die Herausforderungen des modernen Designs und bieten eine Plattform für die Integration elektronischer Schaltkreise direkt in dreidimensionale Strukturen. Altium Designer unterstützt diese innovative Technologie. Das 3D-MID-Designwerkzeug von Altium Designer bietet Unterstützung für 3D-Layout, Routing und Designregeln.

Möchten Sie tiefer in das 3D-MID-Design und seine Anwendungen eintauchen? Laden Sie jetzt das umfassende Whitepaper herunter und entdecken Sie, wie diese Technologie das Elektronikdesign transformiert!

MID vor und nach der Komponentenplatzierung

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Wo & Warum werden MIDs verwendet

Laut IDTechEx wird erwartet, dass der Markt für 3D/additive Elektronik von etwa 800 Millionen US-Dollar im Jahr 2020 auf rund 1,3 Milliarden US-Dollar bis 2030 ansteigt.

Sie können MIDs in vielen Branchen und Produkten finden, von der Medizin- bis zur Automobilindustrie, bei Mobiltelefonen und Tablets. MIDs sind für diese Branchen und Produkte sinnvoll aufgrund des Bedarfs an schlankeren Designs. Manchmal ist es nicht praktisch oder möglich, viele Verbindungskomponenten und Kabel zu haben. Telefone sind ein großartiges Beispiel dafür. 

Wir versuchen immer, mehr in ein kleineres Paket zu packen, daher kann uns etwas wie ein MID dabei helfen. Indem wir ein mechatronisch integriertes Gerät in einem Telefon verwenden, können wir die Antenne mit dem mechanischen Gehäuse integrieren, was uns Platz auf unserer Platine spart und sogar eine besser funktionierende Antenne bietet. Diese gleichen Prinzipien können auf jedes Feld angewendet werden, einschließlich der Automobilindustrie. Unten können Sie die MID-Technologie in einem Auto-Lenkrad sehen, die den Bedarf an Kabelbäumen eliminiert.

Das medizinische Feld profitiert ebenfalls von MIDs bei der Entwicklung fortschrittlicher medizinischer Geräte, die die Miniaturisierung elektronischer Komponenten ermöglichen und kleinere, patientenfreundliche Lösungen schaffen. 

MIDs dienen als innovative Technologie in verschiedenen Sektoren und bieten kompakte und integrierte Lösungen, die die Leistung verbessern, das Gewicht reduzieren und zur Gesamteffizienz und Zuverlässigkeit elektronischer Systeme beitragen. 

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Schauen Sie sich an, was Harting gemacht hat. Durch die Verwendung der MID-Technologie konnte Harting ein Beleuchtungsmodul mit einer kompatiblen Schnittstelle entwickeln, das eine Kostenreduktion von 35% im Vergleich zur vorherigen Lösung ermöglicht, mit einer deutlich geringeren Einbauhöhe und reduzierter Anzahl von Teilen.

Das aktuelle Problem beim Entwerfen von 3D-MIDs

Die meisten MID-Entwürfe werden mit mechanischen CAD-Tools durchgeführt, was nicht ideal ist, wenn man mit Elektronik arbeitet. Dieser bestehende Workflow hat mehrere Nachteile.

• Es fehlt an schematischer Intelligenz, um das Layout zu steuern
• Manueller Prozess der Footprint-Erstellung
• Verzerrung und manuelle Zusammenführungsprobleme durch das Projizieren von 2D-Skizzen auf 3D-Oberflächen
• 2D zu 3D-Projektionsprobleme einschließlich Verzerrung und manueller Zusammenführung

Die Verwendung von Altium Designer, um diese MIDs nativ zu entwerfen, löst diese Probleme.

Vorteile des MID-Designs in Altium Designer 

• Genauere Entwürfe- Da Sie direkt auf einem 3D-Substrat entwerfen und nicht ein 2D-Design auf eine 3D-Struktur projizieren, können Sie genaue Ergebnisse erzielen.
• Reduziertes Risiko von Problemen- Wenden Sie Abstands-, Leiterbahnbreiten- und andere Designregeln auf Ihr Design an, um jegliche Designprobleme zu minimieren.
• Korrekte Passform - Die Zusammenarbeit mit mechanischem CAD garantiert die Designsynchronisation mit Ihrem elektromechanischen Produkt.
• Präzise Platzierung - Ausrichtungsgitter und visuelle Verbindungslinien gewährleisten eine korrekte Komponentenplatzierung und -verbindung für Ihr Produkt.
• Minimierte Fertigungsprobleme - Geben Sie den Herstellern genau das, was sie benötigen, mit vollständig anpassbaren Designausgaben.
• Einheitliche Designumgebung - Arbeiten Sie in einem elektronisch intelligenten Produkt, in dem das Schema Ihr Layout bestimmt

Zusammenfassung der Altium Designer MID-Fähigkeiten

Unten finden Sie die neuesten Funktionen für unsere 3D-Substrat-Design-Technologie. Diese neue Funktion befindet sich noch in aktiver Entwicklung, was bedeutet, dass wir weiterhin Verbesserungen vornehmen und neue Fähigkeiten einführen werden. Lassen Sie uns einige der Hauptfunktionen ansehen, die heute zur Verfügung stehen.

MCAD-Integration: Skizzenprojektion

Beim Entwerfen des Substrats in MCAD können 3D-Kurven auf der Oberfläche des Teils platziert und in die exportierte IGES-Datei aufgenommen werden. Diese „Kurven“ können dann mit der Option Export 3D Curve features in den IGES-Export einbezogen werden. Wenn die IGES-Datei in Altium Designer importiert wird, um das Substrat für ein 3D-MID zu bilden, können diese Elemente durch Auswahl des Befehls Ansicht » Skizzen anzeigen dargestellt werden.

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Ausrichtungswerkzeuge

Innerhalb des 3D-MID-Dokuments können Sie mühelos ein Raster auf einer der drei Bezugsebenen erzeugen, indem Sie den Abschnitt Ausrichtungsraster im Eigenschaften-Panel verwenden. Einmal erstellt, wird das Raster von der angegebenen Ebene auf die Oberflächen des 3D-Substrats projiziert. Dieses Raster funktioniert unabhängig von allen Skizzen, die als Teil des Substrats importiert wurden. Benutzer haben volle Kontrolle über die Eigenschaften des Rasters, mit Überlegungen zum Rasterschnappen, Sichtbarkeit und verschiedenen Dimensionen. 

Routing-Anpassung

Genau wie bei einem standardmäßigen flachen Design kann das Routing vollständig angepasst werden mit Routing-Breiten, Freiraumregeln und anderen Designregeln. Zudem ermöglichen visuelle Verbindungslinien und Ausrichtungsraster eine präzise und genaue Platzierung von Leiterbahnen und Komponenten.

Via-Platzierung

Vias können in den 3D-MID-Herstellungsprozess einbezogen werden, unterliegen jedoch Einschränkungen. Für detaillierte Fertigungsmöglichkeiten konsultieren Sie den Hersteller. Obwohl eine vollständige Via-Unterstützung im 3D-MID-Tool noch aussteht, können Sie diese manuell einfügen. Behandeln Sie jedes Via-Pad als eine Komponente und erstellen Sie ein entsprechendes Ein-Pin-Symbol und ein Footprint mit einem einzelnen Pad. Platzieren, weisen Sie Netznamen zu und verlegen Sie Vias manuell mit dem hier beschriebenen Prozess.

Platzierung von Festkörperbereichen

Die Unterstützung der Festkörperregion ermöglicht die Erstellung verschiedener Kupferformen auf einer 3D-Struktur. Zu den Funktionen gehören das Einrasten in Ausrichtungsgitter und importierte Skizzen sowie die Möglichkeit, Regionsflächen während der Platzierung umzuschalten. 

Nach der Platzierung können Regionen ausgewählt, für Netzverbindungen bearbeitet und gelöscht werden. Gekrümmte Regionen, die von importierten Skizzen nachgezeichnet werden, werden erkannt, und sich überlappende Regionen im selben Netz werden beim Export zusammengeführt, was die Erstellung komplexer Formen erleichtert.

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Schlussfolgerung 

MIDs markieren einen bahnbrechenden Sprung im elektronischen Design und ermöglichen die nahtlose Integration von Schaltkreisen in dreidimensionale Substrate. Das fortschrittliche 3D-MID-Designwerkzeug von Altium Designer positioniert sich an der Spitze dieser transformativen Technologie.

MIDs beweisen ihren Wert in verschiedenen Branchen, von der Automobil- und Unterhaltungselektronik bis hin zu medizinischen Geräten und Luft- und Raumfahrtanwendungen. Ihre direkte Integration in strukturelle Elemente verbessert die Systemleistung, reduziert Gewicht, senkt Kosten und trägt zur Gesamteffizienz bei. Mechatronisch integrierte Geräte treten als transformative Technologie hervor und bieten kompakte, integrierte Lösungen, die das Design elektronischer Systeme branchenübergreifend neu definieren.

Die Integration von MIDs in Ihr nächstes Elektronikprojekt ist eine transformative Wahl, und für optimale Designpräzision und Effizienz sticht Altium Designer als das führende Werkzeug hervor, um das volle Potenzial dieser Spitzentechnologie zu entfesseln.

Erforschen Sie, wie Altium Designer die Integration von elektrischen Schaltkreisen mit dreidimensionalen mechanischen Teilen unterstützt!