ECAD vs. MCAD: Was ist der Unterschied?

Mark Harris
|  Erstellt: July 16, 2021  |  Aktualisiert am: August 20, 2021
Was ist der Unterschied zwischen ECAD/MCAD?

Einführung

Für die Entwicklung eines elektronischen Geräts gibt es viele Werkzeuge, die den Entwicklern das Leben vereinfachen können. Vollständige Designs können bis ins kleinste Detail in der virtuellen Umgebung modelliert werden, so dass der Entwickler überprüfen kann, ob sein Design funktioniert und ob alle Bauteile zusammenpassen, wenn es die Fertigungsphase erreicht. Nachdem Prototypen der Schaltungen hergestellt und Gehäuse zur Validierung der Designs aufgezeichnet wurden, kann ein Computer dies jetzt in Sekundenschnelle tun, wobei Anpassungen schnell, einfach und kostengünstig vorgenommen werden können. Die zwei wesentlichen für den Entwickler verfügbaren Werkzeuge sind ECAD/MCAD: Electronic Computer-Aided Design (ECAD) und Mechanical Computer-Aided Design (MCAD).

ECAD vs. MCAD: Was ist ECAD?

Mit der ECAD-Software kann der Entwickler ein PCB (Printed Circuit Board)-Layout aus dem Schaltplan seines Schaltungsdesigns erstellen, eine virtuelle Darstellung der Leiterplatte generieren, die die Platzierung der Bauteile mit 3D-Modellen zeigt, und eine 2D-Fertigungsdokumentation der Leiterplatte erstellen bzw. anzeigen.

Eine standardisierte Bibliothek mit Bauteilabmessungen, ergänzt durch Details für kundenspezifische oder ungewöhnliche Bauteile, liefert die Informationen, die für die Platzierung innerhalb der definierten physischen Dimensionen der Leiterplatte erforderlich sind.

Computergestützte Routing-Logik für Leiterbahnen, kombiniert mit manueller und computergesteuerter Optimierung, beschleunigt das Layout-Design. Automatische Regelprüfungsfunktionen bieten auch eine gewisse Sicherheit, dass das Routing des Layouts korrekt ist, bevor manuelle Überprüfungs- und Leistungssimulationsaktivitäten durchgeführt werden.

Mithilfe der 3D-Modellierung der entworfenen Leiterplatte können Entwickler sicherstellen, dass es keine physischen Störungen zwischen Bauteilen oder Hindernisse für den geplanten Luftstrom für das Wärmemanagement gibt. Sie können auch überprüfen, ob das Design mit den automatisierten Bauteilplatzierungsgeräten während des Fertigungsprozesses kompatibel ist. Für komplexe Multi-Board-Designs ist die Fähigkeit, die komplette Baugruppe zu visualisieren und sicherzustellen, dass die Bauteile auf einer Leiterplatte mit einer anderen zusammenarbeiten können, ein wesentlicher Vorteil.

Ein zusätzlicher Vorteil von ECAD ist, dass Teammitglieder während des kollaborativen Designs, bei dem mehrere Mitarbeiter an verschiedenen Funktionsbereichen oder Aspekten eines Designs arbeiten, ihre verschiedenen Teile zusammenführen können.

ECAD vs. MCAD: Was ist MCAD?

Mit MCAD-Software können Designer physische Strukturen erstellen, unter anderem mechanische Teile, Gerätegehäuse und Montagekomponenten. Die Software kann eine virtuelle Darstellung der Bauteile als 3D-Bild wie auch die 2D-Fertigungsdokumentation generieren.

Parametrische und direkte Modellierungstechniken ermöglichen es Entwicklern, Strukturen entweder als 2D-Pläne oder 3D-Darstellungen zu erstellen und zu modifizieren. Mehrere Strukturen können separat entwickelt und in einem fertigen virtuellen mechanischen Design montiert werden. Auf diese Weise können Entwickler die Baugruppe auf Interferenzen zwischen Teilen oder Lücken in der Struktur überprüfen.

Mit Simulationswerkzeugen können Entwickler die mechanischen Eigenschaften des Designs, Faktoren wie Stärke und Starrheit, berechnen und die Einhaltung der Anforderungen an den Umweltschutz testen.

ECAD/MCAD-Integration

Durch Kombinieren der Ergebnisse aus ECAD/MCAD können Entwickler die elektrischen und mechanischen Bauteile in einer virtuellen Umgebung montieren und prüfen, ob sie zusammenpassen.

  • Befinden sich die Befestigungspunkte der Leiterplatte am Gehäuse am richtigen Platz?
  • Stimmen die Schraubenlöcher überein und haben die an der Leiterplatte befestigten Bauteile ausreichend Abstand?Passt die bestückte Leiterplatte in das Gehäuse oder berühren Bauteile das Gehäuse oder sind sie zu groß, um in das Gehäuse zu passen?
  • Befindet sich der geplante Luftstrom durch das Gehäuse über die Leiterplatte an der richtigen Stelle, um die Wirksamkeit der Kühlkörper zu maximieren?
  • Wird die auf der Leiterplatte erzeugte Wärme bei Bedarf auf das Gehäuse abgeleitet?
  • Werden Vibrationen oder mechanische Schläge auf das Gehäuse sich negativ auf die auf der Leiterplatte montierten Bauteile auswirken?

Ein 3D-Visualisierung des fertigen Designs gibt schnell und klar Antwort auf diese Fragen, indem sie zeigt, wie alle elektrischen und mechanischen Bauteile physikalisch zusammenwirken. Das Schöne an diesem integrierten ECAD/MCAD-Ansatz ist, dass Fehler erkannt, Designs angepasst und die Ergebnisse in Minutenschnelle validiert werden können.

Das Problem ist, dass Entwickler oft ECAD/MCAD-Werkzeuge erhalten, die nicht kompatibel sind. Das Exportieren von Daten aus einem Werkzeug in einem Format, das vom anderen Werkzeug verwendet werden kann, ist oft ein komplizierter Vorgang, bei dem sich Fehler im Datensatz einschleichen können. Plötzlich verschwenden Sie die Zeit, die Sie durch die Verwendung der Werkzeuge sparen, mit manuellen Überprüfungen auf konsistente Daten. Fehler werden womöglich erst dann bemerkt, wenn jemand am Fließband feststellt, dass die Leiterplatte nicht in das Gehäuse für das neue Produkt passt, dessen Fertigung soeben begonnen hat.

In den letzten Jahren haben Werkzeughersteller andauernd daran gearbeitet, formelle Standards für die Zusammenarbeit von ECAD und MCAD zu entwickeln. Das Ergebnis sind automatisierte Prozesse in Werkzeugen, welche die bidirektionale Kommunikation der Designangaben ermöglichen, die inkrementelle Änderungen auf beiden Seiten unterstützen, sodass sie effizient zwischen Teams ausgetauscht und verifiziert werden können.

Der integrierte Designprozess

In diesem Zusammenhang gibt es zu berücksichtigen, dass ECAD/MCAD-Prozesse nicht sequenziell oder isoliert durchgeführt werden können. Die Daten von einer Methode wirken sich auf die andere aus. Der ECAD-Vorgang kann zum Beispiel die grundlegenden physischen Abmessungen für die Leiterplatte bestimmen und Einschränkungen des Wärmemanagement und der Vibration identifizieren, die sich auf das Gehäusedesign auswirken. Gleichzeitig kann der MCAD-Prozess bestimmen, ob Einschränkungen der Leiterplattengröße oder der Bauteilplatzierung bestehen, um externe Größenanforderungen oder andere Faktoren wie die Positionierung der Luftein- und -auslässe zu erfüllen.

Es ist ungewöhnlich, dass ein Designteam die Kontrolle über das Gehäusedesign hat, die ihm ermöglicht, das PCB-Design unter Verwendung einer beliebigen Leiterplattengröße zu optimieren. Normalerweise bringt das Gehäusedesign Einschränkungen für das PCB-Design mit sich, die wiederum das Design der elektronischen Schaltung beeinflussen können. Die ECAD/MCAD-Integration ermöglicht es dem Designteam, ihre Optionen im Geiste der Zusammenarbeit innerhalb der Einschränkungen zu erforschen, um die optimale Lösung zu entwickeln.

Dies bedeutet, dass Entwickler nicht darauf beschränkt sind, rechteckige Leiterplatten in backsteinartigen Gehäusen zu verwenden. Stattdessen geben ihnen die Werkzeuge die Möglichkeit, komplexe Formen genauso schnell und kostengünstig zu erstellen wie herkömmliche einfache Designs. 

Zusammenfassung

Elektronische und mechanische Designteams, die parallel mit einer integrierten ECAD/MCAD-Lösung arbeiten, können jetzt in wenigen Tagen erreichen, was früher in einer virtuellen Umgebung Monate gedauert hat. Die ECAD-Lösung optimiert den Designprozess für die Platzierung elektrischer und elektronischer Bauteile. Die MCAD-Lösung optimiert den Designprozess für mechanische Bauteile. Die Integration beider Lösungen und das automatisierte Austauschen der Daten können den gesamten Designprozess revolutionieren. Diese Fähigkeit gibt den Unternehmen die Gewissheit, dass sie, nachdem sie die Fertigung der Leiterplatten und des Gehäuses festgelegt haben, nicht nur passen, sondern dass das montierte Produkt auch wie erwartet funktioniert.

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Über den Autor / über die Autorin

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Mark Harris ist Ingenieur mit mehr als 12 Jahren vielfältiger Erfahrung in der Elektronikindustrie, die von Aufträgen für die Luft- und Raumfahrt und Verteidigung bis hin zu kleinen Produktanläufen, Hobbys und allem dazwischen reicht. Bevor er nach Großbritannien zog, war Mark Harris bei einer der größten Forschungsorganisationen Kanadas angestellt; jeder Tag brachte ein anderes Projekt oder eine andere Herausforderung mit sich, bei der es um Elektronik, Mechanik und Software ging. Er veröffentlicht außerdem die umfangreichste Open-Source-Datenbank-Bibliothek von Komponenten für Altium Designer, die so genannte Celestial Database Library. Mark hat eine Affinität zu Open-Source-Hardware und -Software und den innovativen Problemlösungen, die für die täglichen Herausforderungen dieser Projekte, erforderlich sind. Elektronik ist Leidenschaft; zu beobachten, wie ein Produkt von einer Idee zur Realität wird und mit der Welt interagiert, ist eine nie endende Quelle der Freude.

Sie können Mark direkt kontaktieren unter: mark@originalcircuit.com

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