Sposta il controllo delle interferenze in ECAD per un flusso di lavoro più efficiente

Lo sviluppo di prodotti elettronici comporta assiemi meccanici ed elettrici che devono coesistere all’interno di un ingombro fisico limitato. Ottenere il corretto accoppiamento non è facoltativo: un connettore che sporge oltre la parete dell’involucro, un condensatore alto che entra in contatto con il telaio o un foro di montaggio che finisce su una traccia sono tutti problemi che bloccano la produzione. L’approccio tradizionale alla risoluzione di questi problemi sposta la verifica delle interferenze a valle, nel dominio del progettista meccanico, dopo che il layout del PCB è già completato. È in questa sequenza di passaggio che si accumula il rischio per la pianificazione.

Quando lo strumento ECAD non può importare la geometria dell’involucro o modelli 3D accurati dei componenti, il progettista elettrico non ha alcun modo pratico per verificare le distanze di sicurezza. La responsabilità di questa verifica ricade quindi interamente sul team meccanico, che riceve l’assieme completato, individua le violazioni e comunica al progettista elettrico le correzioni necessarie. L’altra opzione per il software ECAD carente sul fronte MCAD consiste nell’esportare file meccanici dall’ambiente ECAD e reimportarli nell’MCAD per ricostruire il modello dell’assieme PCB nel software MCAD.

Ogni ciclo attraverso questo processo richiede tempo. Nei programmi con tempistiche serrate o dipendenze di ingegneria concorrente, più iterazioni avanti e indietro possono far slittare di settimane le date di tape-out e di realizzazione dei prototipi.

Come si può abbreviare questa tempistica? Serve una metodologia che dia ai progettisti elettrici la possibilità di verificare le interferenze prima che il progetto venga trasferito ai progettisti meccanici. L’uso di questa metodologia può ridurre le iterazioni, far risparmiare tempo e migliorare l’accuratezza complessiva della pianificazione. Vediamo come funziona.

Non allungare la pianificazione con controlli tardivi delle interferenze

Un singolo passaggio ECAD-MCAD con violazioni di interferenza è gestibile. Il problema si amplifica quando le violazioni impongono il riposizionamento dei componenti, invalidano il routing, richiedono una nuova revisione dei vincoli di integrità del segnale e possono persino comportare un’ulteriore modifica dello stackup o del footprint. Un connettore che deve essere spostato di 2 mm per liberare una sporgenza dell’involucro può innescare il rirouting di coppie differenziali, correzioni di length matching e aggiornamenti delle note di fabbricazione. Nessuno di questi interventi aggiunge valore al progetto; serve solo a correggere un problema che esisteva prima del primo passaggio, ma che non era visibile all’ingegnere che stava eseguendo il layout.

L’impatto sulla pianificazione è sempre difficile da recuperare, e a nessuno piace rifare il layout di un PCB solo per adattarsi a modifiche meccaniche che avrebbero dovuto essere evidenti. I progettisti meccanici che lavorano in parallelo sugli stampi dell’involucro o sull’analisi strutturale non possono finalizzare il loro lavoro mentre attendono un contorno scheda stabile e un profilo affidabile delle altezze dei componenti. Ogni iterazione che ritorna con una violazione di interferenza non risolta blocca l’intero programma meccanico.

Sposta la verifica a monte con l’integrazione STEP

La metodologia che elimina gran parte di queste iterazioni è semplice: portare la geometria 3D nell’ambiente ECAD prima che il progetto esca dal team elettrico. Questo richiede due input. Il primo è un modello 3D accurato per ciascun componente, in genere un file STEP fornito dal produttore del componente o modellato in base all’ingombro meccanico pubblicato. Incorporare questi modelli come proprietà del componente nella voce di libreria garantisce che la rappresentazione 3D accompagni il footprint per tutto il progetto. Il secondo input è un’esportazione STEP dell’involucro meccanico dal team meccanico, importata nell’editor PCB come corpo 3D a livello di scheda.

Con entrambi gli input presenti, il progettista elettrico può eseguire il controllo delle distanze di sicurezza all’interno dello strumento ECAD rispetto a regole definite. I componenti che violano l’ingombro consentito o intersecano fisicamente la geometria dell’involucro vengono segnalati nella vista 3D. Il progettista risolve queste violazioni riposizionando i componenti, modificando il contorno della scheda o coordinando una variazione geometrica con il team meccanico prima che avvenga qualsiasi passaggio formale. Quando il progetto arriva al team meccanico, il controllo delle interferenze è già stato eseguito sulla geometria reale dell’involucro e la revisione rimanente si concentra sulla conferma dell’adattamento anziché sull’individuazione dei problemi.

Figura 1 - Flusso di esportazione file per la verifica meccanica rispetto al controllo integrato delle interferenze 3D in ECAD.

Regole di distanza di sicurezza 3D e controllo online in Altium Designer

Eseguire il controllo delle interferenze all’interno dell’ECAD richiede che lo strumento valuti la geometria dei corpi 3D rispetto ai vincoli di distanza di sicurezza, non solo le estensioni 2D del courtyard. Il controllo basato sul courtyard rileva le sovrapposizioni dei footprint sulla superficie della scheda, ma non tiene conto dell’altezza dei componenti, dei corpi inclinati dei connettori o delle caratteristiche dell’involucro che sporgono verso l’interno dal coperchio. L’interferenza reale è un problema tridimensionale.

Altium Designer supporta sia l’importazione sia l’esportazione di modelli e file STEP, consentendo il controllo delle interferenze elettriche all’interno del progetto elettrico. La regola di distanza di sicurezza dei componenti verifica che tutti i corpi e i modelli 3D all’interno del progetto rispettino i vincoli definiti.

La funzionalità di controllo online delle regole di progettazione in Altium Designer segnala le collisioni ed evidenzia in verde il punto in cui si verificano, identificando le primitive in violazione. È inoltre presente un indicatore quando un determinato modello STEP o corpo 3D viola la distanza di sicurezza specificata. Le primitive valutate sono i file STEP dei componenti e il file STEP dell’alloggiamento meccanico. L’immagine seguente mostra che i connettori non si inseriscono correttamente nell’involucro, quindi vengono evidenziati.

Figura 2 - Collisioni e violazioni delle distanze di sicurezza evidenziate in verde

I requisiti pratici per questa funzionalità sono:

• Importazione STEP per singoli componenti, incorporata come proprietà del componente nella libreria
• Importazione STEP per involucro e caratteristiche meccaniche a livello di scheda
• Controllo 3D delle distanze di sicurezza basato su regole con valori minimi configurabili
• DRC online che aggiorna lo stato delle violazioni durante il posizionamento interattivo

Se lo strumento ECAD non è in grado di soddisfare tutti e quattro questi requisiti, il controllo delle interferenze deve rimanere nell’MCAD e il problema delle iterazioni persiste. Il caso peggiore è la verifica su un prototipo, che crea sempre il rischio di dover rifare la scheda, riprogettare e ricostruire l’involucro, oppure entrambe le cose.

La figura successiva mostra il risultato delle modifiche apportate al posizionamento dei connettori affinché l’assieme elettrico si adatti correttamente all’interno dell’alloggiamento.

Figura 3 - L’assenza di qualsiasi evidenziazione significa che l’assieme ora si adatta all’interno dell’involucro

Risolvere le interferenze all’interno dell’ECAD non elimina del tutto la revisione MCAD. I progettisti meccanici devono comunque eseguire analisi strutturali, confermare gli accumuli di tolleranza dell’assieme dell’involucro, validare le lunghezze di ingaggio degli elementi di fissaggio e verificare i percorsi termici. La differenza è che il primo passaggio arriva con uno stato di interferenza già validato. Il team meccanico non è più la prima linea di difesa contro le violazioni delle distanze di sicurezza; sta revisionando un progetto che è già stato controllato rispetto alla propria geometria.

Invece di un’attività di identificazione delle violazioni che genera un elenco di correzioni, l’MCAD può fornire una revisione di conferma che o passa senza problemi oppure fa emergere questioni specifiche dell’analisi delle tolleranze o della sequenza di assemblaggio, che sono realmente problemi del dominio meccanico. Si tratta di un uso più efficiente del tempo del team meccanico e produce uno stato di passaggio più stabile per entrambi i team.

MCAD CoDesigner: integrazione meccanica completa con ECAD

Il co-design MCAD di Altium è progettato per colmare il divario tra i domini di progettazione ECAD (elettrico) e MCAD (meccanico), ponendo fine ai tempi in cui gli assiemi PCB venivano “passati oltre il muro” agli ingegneri meccanici. Collega i progetti Altium alle più diffuse applicazioni MCAD 3D, consentendo ai team multidisciplinari di partecipare all’ingegneria collaborativa ed eliminando molti dei processi manuali di scambio file normalmente richiesti per la progettazione dell’involucro, la definizione dei vincoli e il controllo retroattivo delle interferenze.

La collaborazione ECAD-MCAD è il processo di sincronizzazione dei dati di progettazione elettrica e meccanica. Per gli ingegneri meccanici, significa meno sorprese e meno rilavorazioni. Invece di fare affidamento su file STEP, IDF, IDX e DXF esportati o su aggiornamenti manuali, consente una collaborazione diretta per lavorare con geometria nativa all’interno del software CAD meccanico. Un ingegnere elettrico può trasferire le modifiche di progetto al software MCAD preferito, così che gli ingegneri meccanici dispongano di contorni scheda accurati, posizionamento dei componenti e geometria del rame. Questo consente a entrambe le parti di lavorare sulle modifiche più recenti senza ritardi o incomprensioni.

• Sincronizzazione bidirezionale: Gli ingegneri possono sincronizzare i progetti PCB tra Altium Designer e i più diffusi software MCAD, garantendo che entrambi i team lavorino sempre sulla stessa versione del progetto e riducendo il rischio di errori e rilavorazioni.
• Supporto avanzato della geometria del rame: Gli ingegneri meccanici ottengono i dati di ingegneria elettrica chiari di cui hanno bisogno per eseguire controlli meccanici dettagliati o analisi FEA, con supporto per rame estruso e trasferimento dei via per la geometria del rame e i layer maschera 3D.
• Condivisione efficiente dei file CAD: I progettisti usano i loro strumenti preferiti mentre l’integrazione con l’workspace Altium gestisce automaticamente il trasferimento di dati e progetto, riducendo i tempi di sviluppo, minimizzando le revisioni della scheda e accelerando il time-to-market.

Come funziona il processo Push-Pull

MCAD CoDesigner implementa un semplice processo Push-Pull. Gli aggiornamenti da un lato possono essere trasferiti a un collega in pochi secondi, attivando una notifica nel pannello di co-design del collaboratore, e ciascuna parte può tenere traccia delle modifiche aggiungendo commenti a ogni operazione di Push. Questo scambio istantaneo di dati critici avviene senza la necessità di importazioni ed esportazioni manuali di file IDF/IDX/STEP/DXF.

La funzionalità push-pull rende un progetto Altium accessibile a un ingegnere meccanico dall’interno di Altium Designer. Una volta importato il progetto in un’applicazione MCAD, tutte le modifiche effettuate nello strumento MCAD vengono sincronizzate di nuovo sul lato ECAD. Quando vengono recuperate in Altium Designer, i dati del layout PCB si aggiornano immediatamente per riflettere le modifiche al contorno della scheda e al rame.

Applicazioni MCAD supportate

I progetti PCB possono essere importati in SolidWorks, Autodesk Inventor, Fusion 360 o PTC Creo, offrendo tutto il necessario per lo sviluppo del prodotto in un flusso di lavoro ottimizzato.

Per maggiori dettagli, puoi visitare:

• Integrazione ECAD MCAD per la progettazione di prodotto
• Collaborazione progettuale ECAD-MCAD con MCAD Co-Design

Per una panoramica delle funzionalità di MCAD CoDesigner, guarda il video qui sotto.

Conclusione

Il controllo delle interferenze nella progettazione elettronica è una parte necessaria e critica del processo di sviluppo: in parole semplici, il tuo prodotto non può essere costruito se l’assieme elettronico non entra nell’involucro. Far rimbalzare un progetto avanti e indietro tra progettisti elettrici e meccanici costa tempo e denaro. Verificare le distanze di sicurezza all’interno dello strumento di progettazione elettrica è un’opzione molto migliore e più efficiente.

Spostare la verifica delle interferenze elettriche a una fase più iniziale del flusso di progettazione richiede uno strumento ECAD in grado di importare file STEP di componenti e contenitori ed eseguire il controllo delle regole 3D. Con i controlli integrati delle interferenze 3D in Altium Designer e lo strumento MCAD CoDesigner per la collaborazione con gli ingegneri meccanici, in Altium Designer è possibile qualsiasi flusso di lavoro. L’ambiente unificato di Altium Designer ti offre modalità più efficienti per completare il processo di progettazione. Il risultato è una riduzione dei tempi di sviluppo che porta al rilascio puntuale del prodotto.

Che tu debba realizzare un’elettronica di potenza affidabile o sistemi digitali avanzati, utilizza la suite completa di funzionalità per la progettazione PCB e gli strumenti CAD di livello mondiale di Altium. Altium offre la principale piattaforma al mondo per lo sviluppo di prodotti elettronici, completa dei migliori strumenti del settore per la progettazione PCB e di funzionalità di collaborazione interdisciplinare per team di progettazione avanzati. Contatta oggi stesso un esperto Altium!