3D-MID設計ガイド：包括的なホワイトペーパー

メカトロニクス統合デバイス（MID）は、導電性回路パターンを組み込んだ射出成形プラスチックであり、機械的および電気的機能を統合しています。プラスチック部品と回路の融合です。

銅のトレースがプラスチック部品の表面にエッチングされ、電子部品を収容できるトラックやパッドが作成されます。結果として得られるのは、クールな電気機械的ハードウェアです。

これらの革新的なデバイスは、現代の設計課題に対するユニークな解決策を提供し、電子回路を三次元構造に直接統合するためのプラットフォームを提供します。この革新的な技術をサポートしているのはAltium Designerです。Altium Designer 3D-MID設計ツールは、3Dレイアウト、ルーティング、および設計ルールに対するサポートを提供します。

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MIDの使用場所と理由

IDTechExによると、3D/付加価値電子の市場は、2020年の約8億ドルから2030年には約13億ドルに増加すると予測されています。

MIDは医療から自動車産業、携帯電話、タブレットに至るまで、多くの産業や製品で見られます。これらの産業や製品にとってMIDが理にかなっているのは、よりスリムなデザインが求められているからです。多くの接続コンポーネントや配線を持つことが実用的でない、または可能でない場合があります。電話はこの良い例です。

常により小さなパッケージにより多くを詰め込もうとしているので、MIDのようなものが役立ちます。電話にメカトロニクス統合デバイスを使用することで、アンテナを機械的エンクロージャと統合し、基板上のスペースを節約し、さらに機能性の高いアンテナを得ることができます。これらの同じ原則は自動車を含むあらゆる分野に適用できます。以下では、車のステアリングホイールにおけるMID技術を見ることができ、配線ハーネスの必要性をなくしています。

医療分野でも、MIDは先進的な医療機器の開発に利益をもたらし、電子コンポーネントの小型化とより患者に優しいソリューションの創出を可能にします。

MIDは様々なセクターにおいて革新的な技術として機能し、コンパクトで統合されたソリューションを提供することで、性能を向上させ、重量を減らし、電子システムの全体的な効率と信頼性に貢献します。

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Hartingが行ったことを見てみましょう。MID技術を使用することで、Hartingは互換性のあるインターフェースを備えた照明モジュールを開発することができ、これにより以前のソリューションと比較して35％のコスト削減が可能になりました。これは、大幅に低い設置高さと部品数の削減が特徴です。

3D-MIDを設計する際の現在の問題

ほとんどのMID設計は、電子機器を扱う際には理想的ではない機械CADツールを使用して行われます。この既存のワークフローにはいくつかの欠点があります。

• レイアウトを導くためのスキーマティックの知識が不足している
• フットプリント作成の手動プロセス
• 2Dスケッチを3D表面に投影する際の歪みと手動でのマージ問題
• 2Dから3Dへの投影に関する問題、歪みや手動でのマージを含む

Altium Designerを使用してこれらのMIDをネイティブに設計することで、これらの問題を解決します。

Altium DesignerでのMID設計の利点

• 正確な設計- 2D設計を3D構造に投影するのではなく、直接3D基板上で設計しているため、正確な結果を得ることができます。
• 問題のリスクの削減- 設計上の問題を最小限に抑えるために、クリアランス、トレース幅、その他の設計ルールを適用します。
• 正しいフィットメント - 機械CADのコラボレーションにより、電気機械製品との設計同期が保証されます。
• 正確な配置- アライメントグリッドと視覚的な接続ラインが、製品の適切なコンポーネント配置と接続性を保証します。
• 製造問題の最小化 - 完全にカスタマイズ可能な設計出力で、製造業者に正確に必要なものを提供します。
• 統合設計環境- スキーマがレイアウトを指導する電子的にインテリジェントな製品で作業します。

Altium Designer MID機能の概要

以下では、3D基板設計技術の最新機能を紹介します。この新機能は現在も積極的に開発中であり、新しい機能の改善と導入を続けていきます。今日使用できる主な機能をいくつか見てみましょう。

MCAD統合：スケッチ投影

MCADで基板を設計する際、3Dカーブを部品の表面に配置し、エクスポートされたIGESファイルに含めることができます。これらの「カーブ」は、Export 3D Curve機能オプションを使用してIGESエクスポートに含めることができます。IGESファイルがAltium Designerにインポートされ、3D-MIDの基板を形成すると、これらの要素は「View » Show Sketches」コマンドを選択することで表示されます。

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アライメントツール

3D-MIDドキュメント内では、プロパティパネルのアライメントグリッドセクションを使用して、3つの基準平面のいずれかに簡単にグリッドを生成できます。一度作成されると、指定された平面から3D基板の表面にグリッドが投影されます。このグリッドは、基板の一部としてインポートされたスケッチとは独立して動作します。ユーザーは、グリッドのスナッピング、可視性、さまざまな寸法に関するプロパティを完全に制御できます。 

ルーティングのカスタマイズ

標準的なフラットデザインと同様に、ルーティングはルーティング幅、クリアランスルール、その他の設計ルールを含め、完全にカスタマイズ可能です。さらに、視覚的な接続ラインとアライメントグリッドを使用することで、トレースとコンポーネントの配置が正確で精密になります。

ビアの配置

ビアは、制約の対象となる場合がありますが、3D-MID製造プロセスに組み込むことができます。詳細な製造能力については、製造業者に相談してください。3D-MIDツールでの完全なビアサポートは保留中ですが、手動でビアを含めることができます。各ビアパッドをコンポーネントとして扱い、対応する単一ピンのシンボルと単一パッドのフットプリントを作成します。ビアを手動で配置し、ネット名を割り当て、ここに記載されているプロセス

を使用してルーティングします。 ソリッドリージョンの配置

Solid Region のサポートにより、3D構造上に様々な銅形状を作成することができます。機能には、アライメントグリッドやインポートされたスケッチにスナップする機能、配置中にリージョンエリアを切り替える機能が含まれます。

配置されると、リージョンは選択され、ネット接続のために編集され、削除されることができます。インポートされたスケッチからトレースされた曲線リージョンが認識され、同じネット上の重複するリージョンはエクスポート時にマージされ、複雑な形状の作成を容易にします。

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結論

MIDsは電子設計において画期的な飛躍を示し、回路を三次元基板にシームレスに統合することを可能にします。Altium Designerの高度な3D-MID設計ツールは、この変革的な技術の最前線に位置しています。

MIDsは自動車、消費者向け電子機器、医療機器、航空宇宙アプリケーションなど、多様な産業でその価値を証明しています。構造要素への直接統合により、システム性能が向上し、重量が軽減され、コストが削減され、全体的な効率に貢献します。メカトロニクス統合デバイスは、セクター全体で電子システム設計を再定義するコンパクトで統合されたソリューションを提供する変革的な技術として登場します。

次の電子プロジェクトにMIDsを取り入れることは変革的な選択であり、最適な設計精度と効率のために、Altium Designerはこの最先端技術の全潜能を引き出すための最高のツールとして際立っています。

Altium Designerが電気回路と三次元の機械部品の統合をどのようにサポートしているかを探ってみましょう！