Co-progettazione ECAD/MCAD per la produzione di PCB con stampa dei PCB in 3D

È curioso come la progettazione di PCB abbia contribuito allo sviluppo di nuove tecnologie in tutti i settori industriali, inclusa l'automazione della produzione. Eppure i processi di produzione di PCB non hanno visto un'innovazione profonda per molti decenni. Alcune aziende innovative stanno cercando di cambiare questa situazione e portare la produzione di PCB nell'industria 4.0, con il processo di stampa dei PCB.

_{I futuri impianti di produzione tramite stampa dei PCB potrebbero avere questo aspetto}

La stampa 3D dei PCB sta già promuovendo nuove metodologie di produzione in tutti i settori industriali, come il “lights out” e quella digitale. La produzione di PCB non fa eccezione, con alcune rinomate aziende che forniscono sistemi completi per la prototipazione rapida di PCB in una sola operazione.

È qui che il software ECAD deve recuperare un po' di terreno. I progettisti che vogliono creare PCB con il processo di stampa 3D, utilizzano programmi ECAD per progettare gli schematici e i layout. Pertanto, hanno bisogno di ricreare i loro layout nel software di modellazione meccanica. Fortunatamente, esistono nuovi strumenti di collaborazione ECAD/MCAD che consentono ai progettisti di risparmiare una notevole quantità di tempo nella creazione di PCB tramite una stampante 3D.

Progettazione per la produzione di PCB additivi

Nella progettazione di PCB per la produzione additiva, gli aspetti meccanici di un progetto assumono un nuovo livello di importanza. L'utilizzo della stampa 3D dei PCB offre ai progettisti maggiore libertà nella creazione di nuove architetture di interconnessione, schede con forme uniche e persino schede con geometria non planare. Ciò include dispositivi di interconnessione stampati, componenti stampati su schede curve e persino PCB completamente flessibili. I progettisti sono liberi dai numerosi vincoli imposti dai tradizionali processi di fabbricazione sottrattivi.

Qualsiasi progettista che voglia creare un PCB tramite la stampa 3D dei PCB, da usare in un sistema additivo, deve tenere conto degli aspetti particolari del processo di fabbricazione additiva desiderato durante la progettazione della scheda. I vari sistemi additivi sono adattati per essere utilizzati con materiali diversi e non tutte le schede saranno universalmente producibili con ogni sistema. Materiali diversi porranno vincoli differenti sulla planarità di una data scheda, sull'architettura di interconnessione producibile e sulle proprietà meccaniche di un dispositivo finito.

_{Il giusto sistema di produzione additiva con stampa dei PCB può stampare progetti molto più piccoli di questo}

Oltre ai vincoli dei materiali, i vari processi additivi hanno limiti nella risoluzione di stampa dei PCB in 3D e richiedono tempi di esecuzione e operatori diversi con vari livelli di competenza. In termini di progettazione, alcuni processi saranno utilizzabili solo per la produzione additiva di PCB su substrati rigidi, piuttosto che per la stampa simultanea di substrati e conduttori. La risoluzione di stampa è un aspetto meccanico importante, in quanto determina la dimensione minima di un elemento conduttivo o isolante che può essere stampato in 3D durante il processo di stampa di un PCB.

Progettazione per diversi processi di stampa 3D dei PCB

Probabilmente, il vantaggio più importante fornito dalla stampa dei PCB in 3D è che i progettisti sono liberi di creare un'architettura di interconnessione unica che altrimenti non sarebbe realizzabile con i tradizionali processi di produzione. Ciò rende possibile l'utilizzo di architetture come ELIC, VeCS e progetti unici di microvia direttamente su un PCB, con architettura planare e non planare.

Il particolare processo della stampa del PCB in 3D utilizzato determinerà se il substrato e i conduttori di un PCB possono essere stampati in 3D contemporaneamente, come nella stampa a getto d'inchiostro o in aerosol, oppure se un isolatore dielettrico e i conduttori devono essere stampati sopra un substrato rigido, come nell'estrusione di materiale. Altri processi, come la fusione a letto di polvere o la sinterizzazione laser selettiva, non sono la scelta migliore per la stampa 3D dei PCB nella produzione di circuiti stampati.

_{Tipica testina di stampa per lo stampaggio a deposizione fusa per la stampa 3D dei PCB}

Alcune aziende innovative stanno rilasciando i propri plugin per i programmi MCAD al fine di aiutare i progettisti ad adattare il loro progetto con un sistema di produzione additiva e stampa 3D dei PCB. Quando lavori con un software di progettazione che si sincronizza con questi programmi, di conseguenza hai una suite completa di strumenti di progettazione elettrica e meccanica per creare circuiti stampati da utilizzare con i sistemi di fabbricazione additiva.

Conclusioni

In molti settori industriali, come quello aerospaziale e automobilistico, i sistemi di produzione additiva e tramite stampa dei PCB sono utilizzati per integrare i tradizionali processi di produzione e di assemblaggio. L'architettura di progettazione semplificata e le fasi di stampa strato per strato utilizzate nei processi di fabbricazione additiva comportano costi simili o inferiori rispetto ai tradizionali processi sottrattivi. Di conseguenza, i componenti prodotti in additivo hanno un peso inferiore, il materiale non viene sprecato durante la produzione e i pezzi finiti possono ancora essere utilizzati come parte di un processo di assemblaggio tradizionale.

La produzione di PCB non fa eccezione. Una scheda può essere completamente realizzata tramite stampa dei PCB in 3D, sia sopra un substrato rigido che nella sua interezza come singolo dispositivo. Quindi, la scheda finita può essere sottoposta al processo di assemblaggio tradizionale. Gli ingegneri di produzione e i progettisti devono aspettarsi che i futuri sistemi di produzione additiva di PCB saranno integrati con macchine automatiche per il pick and place e la saldatura, al fine di eliminare le fasi di assemblaggio manuale.

Gli strumenti di layout, simulazione e verifica di Altium Designer^® possono essere integrati con le funzionalità di collaborazione MCAD di Altium Concord Pro^®, offrendo ai progettisti un set completo di strumenti per la progettazione e la produzione additiva di PCB usando il processo di stampa 3D dei PCB. Le funzioni ECAD in Altium Designer offrono ai progettisti il set di strumenti necessario per la creazione di un layout elettrico completo, mentre Altium Concord Pro permette di importare un modello elettrico completo nei programmi MCAD. Gli aspetti meccanici ed elettrici di una scheda possono essere progettati in parallelo, facendo risparmiare del tempo ai progettisti e semplificando la progettazione di un dispositivo con un processo di fabbricazione additiva.

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