Echtes ECAD/MCAD-Co-Design vermeidet Fehler bei der Platzierung von Bauteilen auf PCBs

^{Platzieren von Bauteilen auf der Leiterplatte beim ECAD/MCAD-Co-Design}

Haben Sie schon einmal ein PCB-Design zurückbekommen, weil ein von Ihnen platziertes Bauteil mit einem mechanischen Element in Konflikt geriet? Wenn Sie auch nur einen dieser Konflikte übersehen, kann es sehr unangenehm werden, wenn Sie die Leiterplatte in das finale System einbauen möchten. Mir passierte das einmal, als ein Bauteil an einer Stelle landete, an der es letztendlich nicht in das Gerätegehäuse passen konnte. Mein Layout hätte nur dann funktioniert, wenn ich für einen großen Elektrolytkondensator eine Öffnung in das Gehäuse geschnitten hätte.

Beim PCB-Design geht es nicht mehr nur darum, die Leiterplatte zu entwerfen und den Rest anderen zu überlassen. Nur ein echtes Co-Design von ECAD und MCAD sorgt dafür, dass die Arbeit schnell und korrekt erledigt werden kann. Leider sind viele PCB-Designwerkzeuge dieser Aufgabe nicht gewachsen. Die Designer müssen hier immer noch einen aufwändigen Prozess durchlaufen, bei dem die Platzierung der Bauteile mit einem System aus Reviews und Prototypen überprüft wird.

Glücklicherweise gibt es einige PCB-Designwerkzeuge, mit denen Sie noch während des Layouts selbst die Bauteilplatzierung in Bezug auf die mechanischen Vorgaben überprüfen können. Ich habe gemerkt, dass mir diese Funktion viel Zeit, Kosten und Peinlichkeiten erspart hat, und ich denke, dass dies auch vielen anderen Designern helfen kann. Lassen Sie mich noch ein wenig mehr darüber erzählen.

Das Platzieren von Bauteilen mit herkömmlichen PCB-Designwerkzeugen ist mühsam.

Als PCB-Designer sind wir es gewohnt, bei der Bauteilplatzierung mit vielen Regeln zu arbeiten. Das Arbeiten in verschiedenen Bereichen oder Regionen der Leiterplatte, um eine optimale Bauteilfunktionalität zu erzielen, ist für uns selbstverständlich geworden. Wir gruppieren die Bauteile dazu im Interesse der Signalintegrität oder der Stromversorgung. Eine ganz andere Sache ist der Umgang mit mechanischen Vorgaben. Dies kann sich mit herkömmlichen PCB-Designwerkzeugen mühsam gestalten, wenn Umrisse nicht in 3D dargestellt werden.

PCB-Designsysteme stellen Bauteile normalerweise in 2½D dar. Das Bauteil selbst wird also in 2D dargestellt und zusätzlich mit einer Angabe der maximalen Höhe versehen. So wird das gesamte Bauteil mit einer einzigen Höhe referenziert, auch wenn nur ein kleiner Teil davon tatsächlich so hoch ist.

Nehmen wir zum Beispiel einen rechtwinkligen D-Sub-Steckverbinder. Der zur Leiterplatte gewandte Rand des Steckverbinders ist der höchste Teil, aber trotzdem wird das gesamte Bauteil wie ein Würfel mit dieser Höhe referenziert. Wenn Sie das Design nicht in 3D sehen können, können Sie nur in 2D arbeiten, mit einer DRC-Benachrichtigung, falls die maximale Höhe nicht eingehalten wurde.

Herkömmliche Platzierungsüberprüfungen und Prototypen sind zeitaufwändig und teuer

Wir waren jahrelang damit zufrieden, in einer 2½D-CAD-Umgebung zu arbeiten (es sei denn, Ihr Kondensator ragt durch das Dach Ihres Gerätegehäuses – aber lassen Sie uns dieses peinliche Vorkommnis vergessen). Da für Anwendungen wie etwa IoT, Luft‑ und Raumfahrt und Kommunikationssysteme immer kleinere Leiterplatten in immer kleinere Gehäuse passen müssen, gilt es die Bauteile jetzt mit höherer Dichte zu platzieren als je zuvor.

Eine 2½D-Designumgebung genügt diesen Ansprüchen einfach nicht mehr. Ein Bereich auf der Leiterplatte, in dem das Platzieren eines Bauteils eigentlich unproblematisch sein sollte, könnte sich als absolut ungeeignet herausstellen, wenn das Bauteil eine andere Form hat als erwartet. Oder umgekehrt: Sie verlagern ein Bauteil aufgrund einer 2½D-Höhenverletzung von seiner optimalen Position, nur um dann festzustellen, dass es an seinem ursprünglichen Ort durchaus hätte bleiben können.

Neben unseren Problemen als PCB-Designer werden auch die Zeit‑ und Budgetvorgaben immer knapper. Da die Entwicklungszyklen zur Einhaltung der vorgesehenen Markteinführungszeiten immer kürzer werden, haben wir weniger Zeit und Geld für Überprüfungen und Prototypen, als wir es von früher gewohnt sind. Natürlich können Sie Ihre Designdateien immer noch an das für die Mechanik zuständige Team übergeben, dass Sie dann darüber informiert, welche Bauteile die Vorgaben nicht erfüllen.

Dies aber nimmt aber nicht nur mehr Zeit in Anspruch, sondern Sie haben dann möglicherweise immer noch die gleichen Schwierigkeiten wie vorher, weil die anderen Ihre 2½D-Darstellung interpretieren müssen. Was Sie wirklich brauchen, ist eine Möglichkeit, Ihre Bauteilplatzierung gemeinsam mit den mechanischen Elementen in derselben 3D-Umgebung zu sehen, in der Sie auch das Layout erstellen. Sie können dann Ihre Platzierung umgehend ändern, anstatt auf andere warten zu müssen. Die gute Nachricht ist: Genau dies ist jetzt möglich.

^{Screenshot einer 3D-Leiterplattenansicht in AD18}

Arbeitsablauf beim echten Co-Design für ECAD/MCAD

Die besten heute verfügbaren PCB-Designwerkzeuge geben Ihnen die Möglichkeit, beim Überprüfen und Verifizieren ihrer Bauteilplatzierung in einer 3D-Umgebung zu arbeiten. Hierfür bieten Ihnen diese Werkzeuge eine Vielzahl von Funktionen wie zum Beispiel die Möglichkeit, 3D-Körper entweder manuell oder mit automatischen Generierungswerkzeugen zu erstellen. Sie können auch mit STEP-Modellen arbeiten und diese Daten mit MCAD-Systemen austauschen.

Mit diesen Funktionen können Sie die mechanischen CAD-Daten importieren und umgehend sämtliche Verletzungen mechanischer Vorgaben bei der Bauteilplatzierung in 3D sehen, um daraufhin die erforderlichen Änderungen vorzunehmen. Mit dieser Funktionalität sind Sie tatsächlich auf dem Weg zu einer  echten ECAD/MCAD-Zusammenarbeit.

Ich bin zu dem Ergebnis gekommen, dass Altium Designer wegen der  modernen Bauteilplatzierung in 3D und der MCAD-Funktionen, über die wir hier gesprochen haben, mein bevorzugtes Werkzeug ist. Dank der nativen 3D-Engine von Altium Designer kann ich mit anderen zusammenarbeiten, um die Zahl der Design-Iterationen zu reduzieren und inkrementelle Designupdates durchzuführen.

Durch die Möglichkeit, meine Bauteilplatzierung in 3D zu sehen und anhand der importierten mechanischen Designdateien zu überprüfen, kann ich meine Entwürfe früher fertigstellen und habe eine größere Gewissheit, dass meine Bauteile tatsächlich dort platziert sind, wo sie sich für ein erfolgreiches Design befinden sollten.

Altium Designer ist die  PCB-Designsoftware, die für uns den Unterschied ausmacht. Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Altium Ihnen helfen kann, ein echtes Co-Design für ECAD und MCAD zu erreichen? Sprechen Sie mit einem Experten von Altium.