Mechanik trifft nahtlos auf Elektronik im Multi-Board-PCB-Design

Wenn man sich wirklich Zeit nimmt, das PCB-Layout zu würdigen, wird man feststellen, dass Leiterplatten ebenso sehr ein Kunstwerk sind wie sie von Wissenschaft und Ingenieurwesen angetrieben werden. Das Design von Mehrfach-PCBs erweitert nur die Möglichkeiten in Bezug auf Form, Funktion und Fähigkeiten. Die Realität ist, dass viele Produkte Mehrfach-PCB-Systeme sind und die Notwendigkeit, mehrere PCBs in einem einzigen Paket oder Ökosystem zu integrieren, ein spezialisiertes Gebiet der Elektronikentwicklung ist.

Was macht Mehrfach-PCB-Systeme komplexer als die Arbeit mit einem einzelnen PCB? Es geht nicht um die Schwierigkeit des Konzepts, sondern eher um die Tatsache, dass Verbindungen zwischen mehreren PCBs fehleranfällig sein können. Darüber hinaus ist die manuelle Überprüfung und Rückkontrolle zeitaufwendig und lässt, offen gesagt, viel in Bezug auf Genauigkeit zu wünschen übrig. Wann immer dies passiert, tritt die EDA-Industrie mit einer Vielzahl von Design- und Verifizierungswerkzeugen ein, die die Konnektivität in Mehrfach-PCB-Systemen leicht überprüfen können. Wenn Sie diese Werkzeuge noch nie in Aktion gesehen haben, hier ist eine Liste der großen Probleme, die sie sowohl mechanisch als auch elektrisch lösen.

Die mechanische Seite

Platzersparnis ohne die Kosten

Mehrteilige Designs bieten Ihnen mehrere interessante Möglichkeiten, den verfügbaren Platz in Ihrem Gehäuse effizient zu nutzen. Verglichen mit einer anderen Option, wie einer starren-flexiblen Leiterplatte, tendieren mehrteilige Systeme dazu, weniger zu kosten, aufgrund der geringeren Herstellungskosten für Leiterplatten und der niedrigeren Kosten für Verbindungen zwischen den Platinen.

Wie können Sie diese Raumeffizienz in mehrteiligen Systemen erreichen? Hier sind einige Ideen:

• Platinen-Stapelung mit Headern oder Mezzanin-Verbindern
• Rechtwinklige Stapelung entlang der Gehäusewände
• Platinenstapelung unter Verwendung von mechanischen Schienen im Gehäuse
• Niedrigprofil-Verbindungen mit Edge-Connectoren
• Ungewöhnliche Winkelstapelung oder Verbindungen mit Flex-Printed-Circuit (FPC)-Bändern

Diese Stapel- und Verbindungstechniken erfordern alle die Erkundung der Z-Dimension innerhalb Ihres Gehäuses. Das bedeutet, Sie benötigen mindestens 3D-Visualisierungswerkzeuge, die Standard-3D-Modellformate für die Leiterplatte und ihre Komponenten verwenden.

Was ist mit der Fehlerprüfung? Offensichtlich lassen Sie 3D-Designwerkzeuge Ihre Platinen beliebig orientieren, aber wie wissen Sie, dass sie korrekt zusammenpassen und ohne mechanische Interferenzen? Hier ist es an der Zeit, einen MCAD-Ingenieur einzubeziehen, um diese Designaufgaben zu übernehmen.

Arbeiten Sie mit Ihrem Maschinenbauingenieur zusammen

Mehrschichtige PCB-Entwürfe erfordern, dass Sie aus Ihrem Silo herauskommen und direkt mit einem Maschinenbauingenieur zusammenarbeiten. Der Maschinenbauingenieur spielt eine sehr wichtige Rolle im Design von Mehrschichtsystemen, die über die Erstellung eines Gehäuses hinausgeht. Ihre Aufgabe erstreckt sich auf mehrere wichtige Designaufgaben, die Ihre elektrische Anordnung beeinflussen werden:

• Planung von Kabel- oder Verdrahtungswegen
• Planung der mechanischen und elektrischen Montagereihenfolge im Gehäuse
• Bestimmung von Öffnungen im Gehäuse für Tasten, Anschlüsse usw.
• Identifizierung von Kollisionen zwischen Komponenten im Produkt
• Einbeziehung von aktiven oder passiven Kühlelementen

Der wichtigste Teil der Produktentwicklung in Bezug auf das mechanische Design ist die Form und Passung innerhalb des Gehäuses, einschließlich der Montage mehrerer PCBs zu einem System. Eng verbunden mit dem mechanischen Design ist das elektrische Design, da Strom und Signal zwischen den Platinen übertragen werden müssen. Hier können Mehrschicht-Designwerkzeuge direkt in Ihrer CAD-Plattform helfen, Ihr Design zu überprüfen und frei von elektrischen Fehlern zu halten.

Die elektrische Seite

Innerhalb einer einzelnen PCB ist das elektrische Design dasselbe wie bei einer Mehrfach-PCB. Die Layout- und Routing-Tools führen die wichtigen Funktionen der Überprüfung des Designs gegenüber Beschränkungen durch und automatisieren den Prozess der Erstellung des PCB-Layouts. Im Mehrfach-Board-Bereich müssen Sie sich mit mehreren Boards befassen, und es müssen Verbindungen zwischen diesen Boards definiert werden. Hier kommen die Designfunktionen für den Mehrfach-Board-Bereich ins Spiel, um sicherzustellen, dass das elektrische Design korrekt ist.

Mehrboard-PCB-Design-Tools können die Netzverbindungen über verschiedene Boards hinweg basierend auf ihren mechanischen Verbindungen über Steckverbinder oder Verkabelung überprüfen. Das DRC-System im Mehrfach-Board-Bereich stellt sicher, dass die richtigen Netze verbunden werden, wenn jedes Board im System zusammengebracht wird. Bei der Verbindung am Stecker können Verstöße gegen die logische Netzverbindung vom ERC-System erkannt werden.

Wenn Sie Verbindungsoberflächen zwischen Steckverbindern oder Randverbindungen haben, geht es bei der Regelüberprüfung darum, Kurzschlüsse oder nicht übereinstimmende Stecker-Pinbelegungen zu verhindern.

Sie sollten immer noch Ihre Pinbelegungen hinsichtlich ihrer individuellen Netzverbindungen und Ausrichtungen als Teil einer regelmäßigen Designprüfung überprüfen, aber eine Funktion zur Überprüfung der Verbindungsregeln zwischen mehreren Platinen hilft Ihnen, diese zwischen den Überprüfungssitzungen zu erkennen. Bei einem Board-zu-Board-Steckverbinder mit hoher Pinanzahl, wie solchen, die Hunderte von Verbindungen umfassen, ist dies eine enorme Zeitersparnis, da es einen sehr wichtigen Fehler aufdecken und möglicherweise Stunden des Neuroutings ersparen könnte.

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