Cómo utilizar el co-diseño ECAD-MCAD para el diseño de carcasas de PCB y la disposición de la placa

Las placas de circuito impreso son divertidas de diseñar y maquetar, pero una PCB necesitará una carcasa para mantenerse mecánicamente estable. Las carcasas para PCB pueden comprarse prefabricadas o puedes crear un diseño de carcasa personalizado utilizando software MCAD. Independientemente del camino que elijas para crear tu carcasa, necesitarás importar el diseño de tu PCB a las herramientas MCAD para asegurarte de que la placa y los componentes no interfieran con la carcasa.

Cuando trabajas con un diseño complejo, un sistema de múltiples placas o una PCB flexible, necesitarás acceder rápidamente al software MCAD para inspeccionar interferencias entre el diseño de la carcasa de tu PCB, tus componentes electrónicos y tu placa. Altium contiene las herramientas MCAD que necesitas para verificar interferencias mecánicas mientras diseñas tu placa de circuito y tu diseño de carcasa personalizado, e incluye el conjunto más potente de funciones de diseño de placas de circuito. Los diseñadores pueden crear placas complejas para cualquier aplicación junto con sus carcasas.

Cómo diseñar una carcasa para PCB y un diseño para prevenir interferencias

Cuando necesitas diseñar una carcasa alrededor del diseño de tu PCB y evitar interferencias entre componentes, tienes algunas opciones para garantizar la precisión en tu diseño:

• Exportar el diseño de tu PCB como un archivo STEP e importarlo en una aplicación MCAD para el diseño de la carcasa
• Exportar tu carcasa como un archivo STEP e importarlo en tu software ECAD

Altium admite ambos procesos como parte del diseño de PCB y de carcasas. Sin embargo, cuando necesitas prevenir interferencias, puedes importar un archivo STEP en tu proyecto de PCB y comprobar las interferencias de forma manual o automática. Las definiciones de reglas de diseño pueden utilizarse para verificar la colocación de componentes respecto a la carcasa de la PCB en 3D e identificar cuándo es necesario mover piezas en la PCB.

Comprobación de separaciones y colisiones en 3D con Altium

Desafortunadamente, los diseñadores de PCB necesitan ingenieros mecánicos o software MCAD para realizar cambios en una carcasa existente o diseñar una carcasa personalizada para una PCB. Estos diseños de carcasas requieren un enfoque de codiseño ECAD-MCAD entre las disciplinas eléctrica y mecánica.

El diseño personalizado de carcasas para PCB exige colaboración ECAD-MCAD

Para muchos productos, crear la experiencia de usuario deseada requiere un codiseño entre diseñadores mecánicos y eléctricos. La interacción entre los dominios de la ingeniería mecánica y eléctrica ofrece dos enfoques para definir restricciones en el espacio de diseño.

• Enfoque mecánico primero: La carcasa deseada se determina primero y se utiliza como la principal restricción para el tamaño de la placa, los tamaños de los componentes y la colocación de los componentes.
• Enfoque eléctrico primero: El tamaño de la PCB se determina primero, a veces solo se finaliza después de completar el diseño. Una vez terminado el diseño, el ingeniero mecánico construye alrededor de la PCB.

El enfoque eléctrico primero es mucho más sencillo porque brinda al ingeniero eléctrico toda la libertad para seleccionar y colocar componentes en el diseño de la PCB. Una vez completado, el ingeniero mecánico toma un modelo de diseño terminado y construye el diseño de la carcasa personalizada a su alrededor. Esto es esencialmente un enfoque en cascada que nos remonta a la época de la ingeniería “over-the-wall”.

Estos diseños pueden parecer simples, y el diseño personalizado tiende a verse como una caja que rodea los componentes de la PCB con un margen mínimo para las paredes de la carcasa.

Cuando se requiere una experiencia funcional y estética más única en los productos, domina el enfoque mecánico primero. Esto significa que los equipos de diseño necesitarán un enfoque de codiseño donde las restricciones se definan inicialmente en el software MCAD en lugar de en el diseño de la PCB.

Codiseño MCAD para carcasas de PCB

Un proceso importante para desarrollar carcasas de PCB es el codiseño MCAD, donde diseñadores mecánicos y eléctricos iteran de un lado a otro para desarrollar una PCB y su carcasa. El proceso se utiliza con carcasas de PCB complejas, que pueden tener formas complejas e incluso integrar múltiples PCB en el mismo ensamblaje.

Para los ingenieros mecánicos, los enfoques de codiseño MCAD ofrecen muchos beneficios, siendo el más importante la capacidad de definir restricciones para el diseñador eléctrico. Imponer restricciones al diseño de la PCB significa establecer varios elementos necesarios para que la PCB se monte y encaje en la carcasa, tales como:

• Tamaño y dimensiones generales de la PCB
• Espesor total de la PCB
• Ubicación de zonas de exclusión, incluidas zonas de exclusión basadas en altura
• Ubicación de orificios de montaje, recortes o ranuras
• Colocación de componentes específicos, normalmente conectores
• Planificación y modelado de rutas de cableado y cables

Planificar estos elementos primero sí limita al diseñador de la placa, pero también garantiza que su diseño encajará dentro de la carcasa deseada. Normalmente, después de la colocación, se revisa un modelo 3D de la PCB con sus componentes para comprobar el ajuste con la carcasa.

Las separaciones e interferencias de la carcasa pueden comprobarse en 3D utilizando el conjunto integrado de herramientas MCAD de Altium.

Con estas restricciones definidas, el ingeniero mecánico puede centrarse en construir la carcasa y planificar su proceso de fabricación. Mientras tanto, el diseñador de la PCB puede centrarse en crear un diseño que se ajuste a estas restricciones. Serán necesarias revisiones periódicas de la colocación de componentes para garantizar que las restricciones mecánicas no se violen en el diseño de la PCB. Esto puede hacerse mediante el proceso estándar push-pull a través de una plataforma en la nube como Altium.

Carcasas prefabricadas para PCB

Existen muchas opciones prefabricadas para carcasas de PCB con una variedad de características. Esto hace que las carcasas prefabricadas sean útiles en muchos entornos, particularmente en el caso de prototipos o producción rápida en volúmenes bajos a moderados. Estas carcasas proporcionan una opción rápida de salida al mercado adaptable a muchos diseños. A menudo incluyen postes de montaje, orificios pasantes, orificios roscados para fijaciones, aberturas para cableado o conectores y ventilaciones para el flujo de aire. Algunas carcasas prefabricadas también pueden tener una clasificación IP alta y, cuando se combinan con un conector de montaje en panel o en chasis con clasificación similar, permiten un sistema de alta fiabilidad capaz de soportar las inclemencias.

A continuación se muestra un ejemplo de carcasa para PCB de Polycase. Estas carcasas son adecuadas para muchos diseños, incluidos sistemas digitales, sistemas embebidos y pequeños sistemas de electrónica de potencia.

Los proveedores de carcasas prefabricadas para PCB suelen proporcionar un modelo mecánico 3D de la carcasa, que puede utilizarse para definir restricciones para la PCB. Utilizar un modelo 3D para la carcasa y exportar un contorno 2D para la placa sigue el enfoque MCAD primero para diseñar con una carcasa de PCB y requiere un paquete de software MCAD. Basándose en el modelo 3D, el diseñador MCAD puede trazar el contorno de la PCB que encajará dentro de la carcasa y se ajustará a los postes o separadores de montaje. Los usuarios de CAD también pueden proporcionar una especificación del espesor de la placa dentro del modelo de la carcasa y transferir esta información al diseñador de la PCB.

Aunque entregar un archivo DXF suele ser el enfoque estándar para definir la geometría de la placa, los usuarios de software MCAD también pueden enviar directamente la geometría de la placa al software ECAD como Altium. El envío directo a la PCB elimina el intercambio de archivos y garantiza que el diseñador siempre tenga la especificación mecánica correcta para la PCB.

Colaboración ECAD-MCAD con Altium

Altium transforma la colaboración ECAD-MCAD al proporcionar una plataforma unificada en la nube que elimina los cuellos de botella tradicionales del intercambio de archivos. La plataforma permite la sincronización en tiempo real entre equipos de diseño eléctrico y mecánico, con intercambio fluido de diseños de PCB, modelos de componentes y restricciones de la carcasa.

Los ingenieros mecánicos pueden enviar directamente las especificaciones de la geometría de la placa a Altium. Los ingenieros eléctricos pueden compartir diseños actualizados sin transferencias manuales de archivos. La integración ECAD y MCAD admite un codiseño iterativo que simplifica el diseño de carcasas complejas.

Trabajo con diseños 3D complejos de PCB en Altium

Cuando trabajas con un diseño complejo, un sistema de múltiples placas o una PCB flexible, necesitarás acceder rápidamente a herramientas MCAD para inspeccionar interferencias entre la carcasa de tu PCB, tus componentes electrónicos y tu placa. Altium contiene las herramientas ECAD y MCAD que necesitas para comprobar interferencias mecánicas mientras diseñas tu placa de circuito y tu carcasa, e incluye el conjunto más potente de funciones de diseño de placas de circuito. Los diseñadores pueden crear placas complejas para cualquier aplicación junto con sus carcasas.

Altium es la única plataforma de diseño de PCB que proporciona un conjunto completo de funciones ECAD y MCAD para cualquier aplicación electrónica. Ya sea que estés diseñando PCBs simples o sistemas complejos de múltiples placas, Altium tiene las funciones de diseño eléctrico y mecánico que necesitas para crear tecnología de vanguardia.

Altium aporta un nivel de integración sin precedentes a la industria electrónica, visto anteriormente solo en el desarrollo de software, permitiendo a los diseñadores colaborar de forma segura y alcanzar niveles de eficiencia sin precedentes.

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