より効率的なフローのために、干渉チェックをECADへ移行する

電子製品の開発では、限られた物理的な外形内で機械アセンブリと電気アセンブリを共存させる必要があります。この適合を正しく実現することは任意ではありません。筐体壁からはみ出すコネクタ、シャーシに接触する背の高いコンデンサ、配線パターン上にかかる取付穴は、いずれも製造を妨げる問題です。こうした問題を解決する従来のアプローチでは、干渉検証はPCBレイアウト完了後に機械設計者の領域へと後工程で回されます。この受け渡しの流れの中で、スケジュールリスクが蓄積していきます。

ECADツールで筐体形状や正確な3D部品ボディを取り込めない場合、電気設計者にはクリアランスを検証する現実的な手段がありません。その結果、検証の責任は完全に機械チーム側に委ねられ、完成したアセンブリを受け取った機械チームが違反箇所を特定し、修正要求を電気設計者へ返すことになります。MCAD機能が不十分なECADソフトウェアにおけるもう1つの方法は、ECAD環境から機械用ファイルをエクスポートし、それをMCADに再インポートして、MCADソフトウェア内でPCBアセンブリモデルを再構築することです。

このループを1回回すたびに時間が失われます。タイトな日程やコンカレントエンジニアリング上の依存関係を抱えるプロジェクトでは、このような往復の反復が複数回発生すると、テープアウトや試作立ち上げの日程が数週間単位で後ろ倒しになることがあります。

では、どうすればこのタイムラインを短縮できるのでしょうか。必要なのは、設計を機械設計者へ引き渡す前に、電気設計者が干渉を検証できる手法です。この手法を使えば、反復回数を減らし、時間を節約し、スケジュール全体の精度を高めることができます。ここでは、その手法がどのように機能するのかを見ていきます。

後工程の干渉チェックでスケジュールを引き延ばさない

干渉違反を含んだECADからMCADへの受け渡しが1回だけであれば、まだ対処可能です。問題は、その違反によって部品の再配置が必要になり、それが配線を無効化し、さらに信号品質制約の再確認を必要とし、場合によってはスタックアップやフットプリントの変更まで必要になると、急速に複雑化することです。たとえば、ボス形状を避けるためにコネクタを2mm移動しなければならない場合、差動ペアの再配線、配線長マッチングの修正、製造指示の更新へと連鎖することがあります。これらの作業はいずれも設計価値を生むものではなく、最初の受け渡し前から存在していたにもかかわらず、レイアウト担当エンジニアには見えていなかった問題を修復しているにすぎません。

スケジュールへの影響は常に回復が難しく、明らかであるべきだった機械的変更に対応するためだけにPCBレイアウトをやり直すことを好む人はいません。筐体金型や構造解析を並行して進めている機械設計者も、安定した基板外形や部品高さプロファイルを待っている間は作業を確定できません。未解決の干渉違反を含んだまま戻ってくる反復が1回あるたびに、機械設計全体の進行が止められてしまいます。

STEP連携で検証を前倒しする

こうした反復の大半をなくす手法は明快です。設計が電気チームを離れる前に、3D形状をECAD環境へ取り込むことです。これには2つの入力が必要です。1つ目は各部品に対する正確な3Dボディで、通常は部品メーカー提供のSTEPファイル、または公開された機械的外形に基づいて作成したモデルです。これらのモデルをライブラリエントリ内の部品プロパティとして埋め込むことで、3D表現を設計全体でフットプリントとともに持ち運べます。2つ目は機械チームから受け取る筐体のSTEPエクスポートで、これを基板レベルの3DボディとしてPCBエディタにインポートします。

両方の入力がそろえば、電気設計者はECADツール内で定義済みルールに基づくクリアランスチェックを実行できます。クリアランス領域に違反する部品や、筐体形状と物理的に交差する部品は3Dビュー上でフラグ表示されます。設計者は正式な受け渡し前に、部品再配置、基板外形の調整、あるいは機械チームとの形状変更の調整によってこれらの違反を解消します。機械チームに設計が渡る時点では、実際の筐体形状に対する干渉チェックはすでに完了しており、その後のレビューは問題発見ではなく適合確認に集中できます。

図1 - 機械検証のためのファイルエクスポートワークフローと、ECADに統合された3D干渉チェックの比較。

Altium Designerにおける3Dクリアランスルールとオンラインチェック

ECAD内で干渉チェックを行うには、ツールが2Dのコートヤード範囲だけでなく、3Dボディ形状に対してクリアランス制約を評価できる必要があります。コートヤードベースのチェックは基板表面上でのフットプリント重なりを検出できますが、部品高さ、角度の付いたコネクタハウジング、または蓋側から内側へ張り出す筐体形状までは考慮できません。実際の干渉は3次元の問題です。

Altium DesignerはSTEPモデルおよびファイルのインポートとエクスポートの両方をサポートしており、電気設計内での干渉チェックを可能にします。部品クリアランスルールにより、設計内のすべての3Dボディおよびモデルが、定義した制約に準拠していることを検証できます。

Altium Designerのオンラインデザインルールチェック機能は、衝突を通知し、衝突箇所を緑色でハイライトして、違反しているプリミティブを特定します。また、指定したクリアランスに対して特定のSTEPモデルまたは3Dボディが違反している場合には、その識別表示も行われます。評価対象となるプリミティブは、部品のSTEPファイルと機械筐体のSTEPファイルです。以下の画像では、コネクタが筐体内に正しく収まっていないため、ハイライト表示されています。

図2 - 緑色でハイライトされた衝突およびクリアランス違反

この機能に必要な実用要件は次のとおりです。

• 個別部品のSTEPインポート。ライブラリ内で部品プロパティとして埋め込み可能であること。
• 筐体および機械要素を基板レベルで取り込むためのSTEPインポート
• 最小クリアランス値を設定可能な、ルールベースの3Dクリアランスチェック
• インタラクティブ配置中に違反状態を更新するオンラインDRC

ECADツールがこれら4つすべてを満たせない場合、干渉チェックはMCAD側に残さざるを得ず、反復の問題は解消されません。最悪なのは試作段階で検証するケースで、これは常に基板の再スピン、筐体の再設計・再製作、あるいはその両方のリスクを生みます。

次の図は、電気アセンブリが筐体内に確実に収まるようコネクタ位置を変更した結果を示しています。

図3 - ハイライトが何も表示されていないことは、アセンブリが筐体内に収まっていることを意味します

ECAD内で干渉を解決しても、MCADレビューが完全に不要になるわけではありません。機械設計者は依然として、構造解析、筐体組立の公差スタックアップ確認、締結部のかみ合い長さの妥当性確認、熱経路のレビューを行う必要があります。違いは、最初の受け渡し時点で干渉状態が問題ないことが確認済みである点です。機械チームはもはやクリアランス違反に対する最初の防衛線ではなく、すでに自分たちの形状に照らしてチェック済みの設計をレビューする立場になります。

その結果、修正リストを作るための違反特定作業ではなく、問題なく合格するか、あるいは公差解析や組立順序に特有の課題といった、本当に機械領域の問題だけを表面化させる確認レビューをMCAD側で行えるようになります。これは機械チームの時間をより効率的に使う方法であり、両チームにとってより安定した受け渡し状態を生み出します。

MCAD CoDesigner: ECADとの完全な機械統合

AltiumのMCAD共同設計は、ECAD（電気）とMCAD（機械）の設計領域間のギャップを埋め、PCBアセンブリを機械エンジニアに「壁越しに投げ渡す」時代を終わらせるために設計されています。Altiumプロジェクトを主要な3D MCADアプリケーションに接続し、筐体設計、制約定義、干渉の再確認に通常必要となる多くの手動ファイル交換プロセスを排除しながら、学際的チームによる協調エンジニアリングを可能にします。

ECAD-MCADコラボレーションとは、電気設計データと機械設計データを同期するプロセスです。機械エンジニアにとっては、予期せぬ問題や手戻りの削減を意味します。エクスポートしたSTEP、IDF、IDX、DXFファイルや手動更新に依存するのではなく、機械CADソフトウェア内でネイティブ形状を直接扱うコラボレーションを可能にします。電気エンジニアは、設計変更を好みのMCADソフトウェアへプッシュできるため、機械エンジニアは正確な基板外形、部品配置、銅箔形状を利用できます。これにより、双方が遅延や誤解なく最新の変更内容に基づいて作業できます。

• 双方向同期: エンジニアはAltium Designerと主要なMCADソフトウェア間でPCB設計を同期できるため、両チームは常に同じ設計バージョンで作業でき、エラーや手戻りのリスクを低減できます。
• 高度な銅箔形状サポート: 機械エンジニアは、詳細な機械チェックやFEAの実施に必要な明確な電気設計データを取得でき、押し出し銅箔やビア転送による銅箔形状および3Dマスク層のサポートも利用できます。
• 効率的なCADファイル共有: 設計者は好みのツールを使用しながら、Altiumワークスペース統合がデータ管理と設計転送を自動処理するため、開発時間を短縮し、再スピンを最小化し、市場投入までの時間を短縮できます。

Push-Pullプロセスの仕組み

MCAD CoDesignerはシンプルなPush-Pullプロセスを実装しています。一方で行った更新は数秒で相手に転送でき、共同作業者の共同設計パネルに通知が表示されます。また、各Push操作にコメントを追加することで、双方が変更内容を追跡できます。この重要データの即時交換は、IDF/IDX/STEP/DXFファイルの手動インポート／エクスポートなしで実現されます。

Push-Pull機能により、AltiumプロジェクトはAltium Designer内から機械エンジニアがアクセス可能になります。設計がMCADアプリケーションにインポートされると、MCADツール側で行われた変更はECAD側へ同期されます。これをAltium DesignerへPullすると、PCBレイアウトデータは基板外形や銅箔の変更を即座に反映して更新されます。

対応MCADアプリケーション

PCB設計はSolidWorks、Autodesk Inventor、Fusion 360、またはPTC Creoにインポートでき、効率化されたワークフローで製品開発に必要なすべてを利用できます。

詳細については、以下をご覧ください。

• 製品設計のためのECAD MCAD統合
• MCAD共同設計によるECAD-MCAD設計コラボレーション

MCAD CoDesignerの機能概要については、以下の動画をご覧ください。

結論

電子設計における干渉チェックは、設計プロセスに不可欠かつ重要な要素です。非常に単純に言えば、電子アセンブリが筐体に収まらなければ、その製品は製造できません。設計を電気設計者と機械設計者の間で何度も往復させることは、時間とコストを浪費します。クリアランスを電気設計ツール内でチェックすることは、はるかに優れた、より効率的な選択肢です。

設計フローのより早い段階で電気的干渉チェックを行うには、コンポーネントおよび筐体のSTEPファイルをインポートでき、3Dルールチェックに対応したECADツールが必要です。Altium Designer に統合された3D干渉チェック機能と、機械エンジニアとのコラボレーションを実現する MCAD CoDesigner ツールにより、Altium Designer ではあらゆるワークフローに対応できます。Altium Designer の統合環境は、設計プロセスをより効率的に完了するための手段を提供します。その結果、設計期間を短縮し、製品を予定どおりにリリースできるようになります。

信頼性の高いパワーエレクトロニクスでも、高度なデジタルシステムでも、Altium の包括的なPCB設計機能と世界最高水準のCADツールをご活用ください。Altium は、業界最高クラスのPCB設計ツールと、高度な設計チーム向けの分野横断的なコラボレーション機能を備えた、世界有数の電子製品開発プラットフォームを提供しています。今すぐ Altium のエキスパートにお問い合わせください。