PCB 설계: 풋프린트 라이브러리에서 3D 구성 요소 생성

오늘날의 PCB 설계 과정에서, 기계 설계 워크플로우를 전기 설계 도구에 통합할 수 있어야 합니다. ECAD와 MCAD 세계 사이에 부정확한 설계 데이터를 오가며 전송하는 것은 두 설계 팀 모두에게 좌절을 주는 것뿐만 아니라, PCB를 최종 조립체에 맞추기 위해 필요한 설계 스핀의 수를 크게 증가시킬 수 있습니다. 그리고 전기 설계 도구의 3D 기능에 상관없이, 정확한 구성 요소 3D 레이어 모델링 정보 없이는 기계적 여유 공간을 정확하게 분석할 수 없습니다.

설계 도구가 3D 모델링을 지원하나요?

다양한 EDA 환경은 3D 모델링에 대해 다른 수준의 지원을 제공합니다. 일부는 전혀 지원하지 않아 모든 기계 정보를 MCAD 도구에서 제공해야 합니다. 다른 일부는 DXF나 IDF와 같은 구식 방법을 사용하여 정보를 교환합니다. Altium Designer^®는 STEP 모델을 내장하여 정확한 모델링 정보를 제공할 수 있으며, 이는 MCAD 세계로 전달될 수 있을 뿐만 아니라 ECAD 도구에서 직접 사용될 수도 있습니다.

STEP 모델을 사용하지 않거나 사용할 수 없는 상황이 있을 수 있습니다. 내부 MCAD 부서가 없을 수도 있습니다. 3D MCAD 도구를 소유하지 않을 수도 있습니다. 또는 귀하의 조직이 어떠한 종류의 외부 소스 CAD 데이터도 허용하지 않아 모델을 다운로드할 수 없을 수도 있습니다. 다른 PCB 조립 보안 제한으로 인해 인터넷에 전혀 접근할 수 없을 수도 있습니다.

다행히도, Altium Designer는 PCB 레이아웃 도구를 제공하여 구성 요소의 기계적 세부 사항을 완전히 설정할 수 있습니다. 이렇게 하면 해당 정보가 향후 스키마틱 또는 PCB 레이아웃 프로젝트로 전달됩니다. 이 작업은 이상적으로는 풋프린트 자체(.PcbLib)에서 수행되지만, 일회성 상황의 경우 보드 레벨(.PcbDoc)에서도 수행할 수 있습니다.

Altium Designer에서 보여지는 구성 요소 모델의 3D 뷰

 

자신만의 3D 구성 요소 본체 만들기

Altium Designer는 기계적 모델을 생성하기 위한 세 가지 기본 3D 형태 유형을 제공합니다: 압출, 원통, 구. 이들은 각각 단독으로 사용되거나 서로 조합하여 사용될 수 있습니다. 원통과 구 유형은 자명합니다.

이러한 간단한 형태를 사용하여, 간단한 회로부터 놀랍도록 복잡한 구성 요소에 이르기까지 다양한 표면 실장 및 관통 구멍 구성 요소를 만들 수 있습니다. Altium Designer에서 무료 백서를 다운로드하여 자신만의 3D 인쇄 보드 구성 요소 본체를 만드는 방법을 배우고 PCB 레이아웃 프로세스를 가속화하세요.

Altium Designer의 실제 사용 사례를 확인하세요...

플렉스 장착 구성 요소의 3D 클리어런스 검사

오늘날의 PCB 설계 과정에서는 기계적 설계 워크플로우를 전기 설계 도구에 통합할 수 있어야 합니다. ECAD와 MCAD 세계 사이에서 부정확한 설계 데이터를 오가며 전송하는 것은 설계 팀 양쪽 모두에게 좌절을 주는 것뿐만 아니라 PCB를 최종 조립체에 맞추기 위해 필요한 설계 수정 횟수를 크게 증가시킬 수 있습니다. 그리고 전기 설계 도구의 실제 3D 기능에 관계없이, 정확한 구성 요소 3D 모델링 정보가 없다면 기계적 클리어런스를 정확하게 분석할 수 없습니다.

3D 구성 요소 본체 생성 소개

다양한 EDA 환경은 모델링을 통해 3D 구성 요소 본체를 생성하기 위한 다양한 수준의 지원을 제공합니다. 일부는 전혀 지원하지 않아 모든 기계적 정보를 MCAD 도구에서 제공해야 합니다. 다른 환경은 DXF나 IDF와 같은 구식 방법을 사용하여 정보를 교환합니다. Altium Designer PCB 설계 소프트웨어는 STEP 모델을 내장하여 정확한 모델링 정보를 제공하며, 이 정보는 MCAD 세계로 전달될 수 있을 뿐만 아니라 호스트 ECAD 도구에서 직접 사용될 수도 있습니다.

STEP 모델을 얻고 내장하는 과정은 상당히 쉽습니다. 이는 이 문서에서 자세히 설명되어 있습니다. 그러나 STEP 파일 모델을 사용할 수 없거나 단순히 사용하고 싶지 않은 상황이 발생할 수 있습니다. 내부 MCAD 부서가 없을 수 있습니다. 3D MCAD 도구를 소유하지 않았을 수도 있습니다. 또는 귀하의 조직이 어떠한 형태로든 외부에서 제공하는 컴퓨터 지원 설계 데이터의 사용을 허용하지 않아 모델을 다운로드할 수 없을 수도 있습니다. 다른 보안 제한으로 인해 인터넷에 전혀 접근할 수 없을 수도 있습니다.

다행히도 Altium Designer는 도구 내에서 직접 구성 요소의 기계적 세부 사항을 생성할 수 있는 방법론을 제공합니다. 이는 이상적으로 풋프린트 라이브러리(.PcbLib) 자체에서 수행되지만, 일회성 상황에서는 보드 레벨(.PcbDoc)에서도 수행될 수 있습니다. 이 문서는 3D 모델을 생성하는 방법을 보여주고 일반적인 구성 요소를 생성하기 위한 팁을 제공할 것입니다.

내부 3D 모델 유형

Altium Designer는 기계적 모델을 생성하기 위한 세 가지 기본 3D 형태 유형을 제공합니다: 압출, 원통, 구. 이들은 각각 단독으로 사용되거나 서로 결합하여 사용될 수 있습니다. 압출 모델은 아마도 가장 일반적으로 사용됩니다. 하나를 생성하려면, 임의의 다각형 모양을 그린 다음, 그 모양에 높이 값을 부여합니다. 그러면 그 높이만큼 모양이 위(또는 아래)로 압출됩니다.

원통과 구 유형은 자명합니다. 원통의 반지름, 높이, 회전 값이 입력되면, 시스템이 그에 따라 모양을 그립니다. 구는 반지름만 필요합니다. 이러한 간단한 형태를 사용하여, 단순한 것부터 놀랍도록 복잡한 것까지 다양한 표면 실장 및 관통 구성 요소를 생성할 수 있습니다.

모델 생성

우리가 3D 모델을 다루고 있음에도 불구하고, 이를 생성하는 가장 좋은 방법은 2D 레이아웃 모드(View -> 2D 레이아웃 모드)에서 시작하는 것입니다. 그 후에는 모델에 수정을 가하기 위해 나중에 3D로 전환할 수 있습니다. 각 모델 유형은 동일한 방식으로 시작합니다. 먼저 Place -> 3D Body로 이동합니다. 그런 다음 적용 가능한 "3D 모델 유형" 옵션을 선택합니다:

모델 생성

압출 모델

압출 모델을 생성하기 위해 필요한 필드는 "전체 높이" 필드뿐입니다.

다른 영역은 선택 사항이며/또는 나중에 편집할 수 있습니다.

압출 모델 생성

확인을 클릭하면 설계 작업 공간으로 돌아가서 그리기 모드에 들어갑니다. 그 후에는 표준 Altium Designer 방법을 사용하여 모델 형태로 작용할 완전히 닫힌 다각형 영역을 생성합니다. 모양을 시작하려면 클릭한 다음 마우스를 드래그하고 다음 모서리를 추가하기 위해 다시 클릭합니다. 모양을 마치려면 마우스를 오른쪽 클릭하거나 "Escape" 키를 누릅니다. 두 번째 모양이 추가되어야 하는 경우 3D Body 대화 상자가 다시 나타납니다. 하나의 모양만 필요한 경우 취소 버튼을 클릭합니다.

원하는 다각형을 생성하는 몇 가지 팁:

모양을 시작하기 전에 "G" 단축키를 사용하여 스냅 그리드를 설정하세요

다른 "스냅 투..." 모드 간에 전환하려면 "Shift+E"를 사용하세요

"Shift+Space Bar"는 코너 모드를 변경합니다(예: 직각, 대각선, 호 등)

스페이스 바만 사용하면 추가될 다음 세그먼트의 방향이 변경됩니다

그리기 과정 중에 "Delete" 키를 누르면 마지막에 입력된 코너/정점이 제거됩니다

도형을 완성하면 2D 작업 공간 모드에서 교차 해칭 영역이 표시되며, 예제 아래의 분홍색 해칭 영역처럼 본체를 나타냅니다:

2D 작업 공간 모드

3D 모드로 전환(View -> 3D 레이아웃 모드)하면 3D 모델이 표시됩니다:

3D 모델 표시

Altium Designer에서 3D 구성 요소 본체는 본체를 클릭하고 드래그하여 X/Y 평면 내에서 이동할 수 있습니다. 드래그하는 동안 스페이스바를 사용하여 회전하거나 "X" 또는 "Y" 단축키를 사용하여 X 또는 Y 축을 따라 뒤집을 수 있습니다.

몸체를 더블 클릭하여 추가 편집을 할 수 있으며, 이렇게 하면 3D Body 대화 상자로 돌아갑니다. 거기에서 모델의 색상이나 Standoff Height(즉, 모델이 보드 표면 위에 위치할 높이)와 같은 모델의 다른 측면을 변경할 수 있습니다. 이러한 편집은 2D 모드에서도 수행할 수 있지만, 일부 상황에서는 3D 모드 내에서 즉각적인 시각적 피드백을 받는 것이 도움이 될 수 있습니다. 반면에, 모양 자체의 윤곽을 편집하는 것은 항상 2D 모드에서 수행되어야 합니다.

실린더와 구체

실린더와 구체 모양 유형은 생성하기가 조금 더 간단합니다: 차원을 입력하기만 하면 됩니다. 시스템은 이러한 차원을 사용하여 자동으로 모양을 그립니다.

실린더는 관통 구멍 저항기와 전해 캡 본체와 같은 모델을 생성하는 데 유용할 수 있습니다. 또한 관통 구멍 핀이나 와이어 스텁 자체를 대신하는 데에도 사용될 수 있습니다.

실린더 모양 유형

구체는 압출된 모델이나 실린더 모델보다는 다양성이 떨어지지만, 다른 모양 유형과 함께 사용할 때 매우 유용할 수 있습니다. 예를 들어 아래의 LED 모델은 모든 3가지 모델 유형을 사용하여 생성되었습니다:

Led 모델

다음은 LED가 구성된 개별 부품입니다:

LED 모델의 개별 부품

기존 윤곽을 사용하여 압출 형상 생성

구성 요소의 랜드 패턴을 생성하는 작업에는 실리콘스크린 또는 구성 요소 본체 모양을 정의하는 기타 기계적 윤곽 데이터가 포함될 수 있습니다. 예를 들어, 이 BGA 패키지를 보세요:

BGA 패키지

노란색 오버레이(실리콘스크린) 윤곽은 실제 구성 요소 본체와 같은 모양과 크기로 생성되었을 가능성이 높습니다. 그렇다면 수동으로 다시 그리는 대신 그 정보를 재사용하는 것이 어떨까요? Altium Designer는 기존 2D 형상을 기반으로 압출된 3D 본체를 생성하는 기능을 포함하고 있습니다.

풋프린트 라이브러리(.PcbLib)에서 도구 -> 현재 구성 요소의 3D 본체 관리…로 이동하면 풋프린트에서 발견된 형상 목록이 표시되는 대화 상자가 나타납니다:

풋프린트 라이브러리의 형상 목록

일부 형상이 "…에 있는 기본 요소에서 생성된 다각형 형상"으로 설명된 것을 알 수 있습니다. 이것들은 풋프린트 내에 실제로 존재하는 2D 선과/또는 호입니다. 또한 "…에 있는 경계 사각형에서 생성된 형상"도 있습니다. 이 경우, 시스템은 특정 레이어(구리 레이어 포함)에 있는 기존 객체를 살펴보고 가장 바깥쪽 점들 주위에 사각형을 그렸습니다.

기본 형태의 미리보기는 오른쪽 미리보기 영역(위의 분홍색 상자)에 표시됩니다. BGA 예제에서는 "TopOverlay에서 원시물로부터 생성된 다각형 형태"를 사용할 것입니다. 이것은 실제 실크스크린 윤곽입니다.

"Body State" 열은 해당 형태가 구성요소에 추가되었는지 여부를 나타냅니다. "Not in Component" 링크를 클릭하면 그 상태가 전환되어 해당 형태가 구성요소에 추가됩니다:

구성요소 본체 관리자의 본체 상태 열

본체 상태가 "In Component"로 변경되었고 왼쪽 발자국 미리보기에는 이제 형태가 랜드 패턴 위에 겹쳐져 표시됩니다. 이것은 우리가 올바른 형태를 선택했는지에 대한 일반적인 아이디어를 제공합니다.

"Overall Height" 열은 첫 번째 예제에서 Extruded 다각형을 수동으로 생성했을 때와 마찬가지로 본체 높이를 설정합니다. 이전과 마찬가지로, 본체 색상과 같은 다른 필드는 선택 사항이며 나중에 변경할 수 있습니다. 닫기를 클릭하면 아래 그림과 같이 형태가 구성요소에 추가됩니다:

다각형 형태

도구 -> 라이브러리용 3D 본체 관리… 메뉴 명령은 라이브러리의 모든 구성 요소 목록에 접근할 수 있게 해줍니다. 또한 라이브러리의 모든 구성 요소의 동일한 레이어에서 형상을 추가하는 “일괄 업데이트” 모드를 포함합니다. 예를 들어, 모든 풋프린트가 기계 레이어 중 하나에 2D “경계 상자”로 생성되었다면, 그 윤곽을 라이브러리의 모든(또는 일부) 구성 요소에 일괄 처리로 한 번에 추가할 수 있습니다.

PCB에 3D 본체 추가하기

특정 보드에 대한 기존 PCB 풋프린트 라이브러리가 없거나 일회성 형상 높이 편집이 필요한 경우, 인쇄 회로 기판 PCB 편집기 환경도 동일한 “3D 본체 관리” 기능을 제공합니다. 도구 관리 구성 요소용 3D 본체 관리…로 이동하면 “라이브러리용 3D 본체 관리”와 유사한 대화 상자가 표시됩니다. 추가로, 구성 요소를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 메뉴에서 구성 요소 작업 -> 3D 본체 관리로 이동하여 개별 구성 요소에 3D 본체를 추가할 수 있습니다. 거기 있는 기능은 라이브러리 편집기의 “현재 구성 요소용 3D 본체 관리.”에 있는 기능과 동일합니다.

3D 본체를 생성하고 관리하는 데 대한 자세한 정보는 여기에서 찾을 수 있습니다:

라이브러리 구성 요소 만들기 튜토리얼

OCB 객체 - 3D 바디