Projektowanie PCB: Tworzenie komponentu 3D w bibliotece footprintów

W dzisiejszym procesie projektowania PCB, musisz być w stanie zintegrować przepływy pracy projektowania mechanicznego z narzędziem do projektowania elektrycznego. Przekazywanie niedokładnych danych projektowych między światami ECAD i MCAD nie tylko powoduje frustracje obu zespołów projektowych, ale może również znacząco zwiększyć liczbę potrzebnych iteracji projektu, aby dopasować PCB do jego ostatecznego montażu. I bez względu na możliwości 3D narzędzia do projektowania elektrycznego, bez dokładnych informacji o modelowaniu warstw komponentów 3D, nie można dokładnie analizować luzów mechanicznych.

Czy Twoje narzędzie do projektowania wspiera modelowanie 3D?

Różne środowiska EDA oferują różne poziomy wsparcia dla modelowania 3D. Niektóre z nich w ogóle go nie posiadają, więc wszystkie informacje mechaniczne muszą być dostarczane przez narzędzie MCAD. Inne używają przestarzałych metod, takich jak DXF czy IDF, do wymiany informacji.

Altium Designer^® wspiera osadzanie modeli STEP, aby zapewnić dokładne informacje modelujące, które nie tylko mogą być przekazywane do świata MCAD, ale mogą być również bezpośrednio używane w narzędziach ECAD.

 

Mogą wystąpić sytuacje, kiedy nie możesz lub po prostu nie chcesz używać modelu STEP dla punktów zaczepienia. Może nie posiadasz wewnętrznego działu MCAD. Możliwe, że nie dysponujesz żadnymi narzędziami 3D MCAD. Albo twoja organizacja nie zezwala na korzystanie z zewnętrznych danych CAD w jakiejkolwiek formie, co uniemożliwia pobieranie modeli. Inne ograniczenia bezpieczeństwa montażu PCB mogą uniemożliwić dostęp do Internetu jako całości.

Na szczęście, Altium Designer zapewnia narzędzia do układu PCB, które pozwalają w pełni ustalić szczegóły mechaniczne komponentów. Dzięki temu informacje będą przenoszone do przyszłych projektów schematów lub układów PCB. Idealnie jest to zrobić bezpośrednio w odcisku (footprint) (.PcbLib), ale może być również wykonane bezpośrednio na poziomie płyty (.PcbDoc) w przypadku sytuacji jednorazowych.

Widok 3D modelu komponentu w Altium Designer

 

Jak Stworzyć Własne 3D Ciała Komponentów

Altium Designer oferuje trzy podstawowe typy kształtów 3D do tworzenia modeli mechanicznych: Wyciągany, Cylinder i Sfera. Każdy z nich może być używany samodzielnie lub w kombinacji z innymi. Typy Cylinder i Sfera są oczywiste.

Wykorzystując te proste kształty, można stworzyć szeroką gamę komponentów montowanych powierzchniowo i przewlekanych, począwszy od prostego obwodu aż po zaskakująco skomplikowany element. Dowiedz się, jak tworzyć własne korpusy komponentów do druku 3D i przyspieszyć proces projektowania PCB w Altium Designer, pobierając bezpłatną białą księgę.

Zobacz Altium Designer w akcji...

Kontrola odstępów 3D komponentów montowanych na elastycznych podłożach

W dzisiejszym procesie projektowania PCB musisz być w stanie zintegrować przepływy pracy projektowania mechanicznego z narzędziem do projektowania elektrycznego. Przenoszenie niedokładnych danych projektowych między światami ECAD i MCAD nie tylko powoduje frustrację obu zespołów projektowych, ale może również drastycznie zwiększyć liczbę potrzebnych iteracji projektu, aby dopasować PCB do jego ostatecznego montażu. I bez względu na rzeczywiste możliwości 3D narzędzia do projektowania elektrycznego, jeśli nie masz dokładnych informacji modelowania 3D komponentów, nie możesz dokładnie analizować odstępów mechanicznych.

WPROWADZENIE DO TWORZENIA KORPUSÓW KOMPONENTÓW 3D

Różne środowiska EDA oferują różne poziomy wsparcia dla tworzenia modeli komponentów 3D poprzez modelowanie. Niektóre z nich w ogóle tego nie oferują, więc wszystkie informacje mechaniczne muszą być dostarczane przez narzędzie MCAD. Inne używają przestarzałych metod takich jak DXF czy IDF do wymiany informacji. Oprogramowanie do projektowania PCB Altium Designer wspiera dołączanie modeli STEP, aby zapewnić dokładne informacje modelowania, które mogą być nie tylko przekazywane do świata MCAD, ale również bezpośrednio wykorzystywane w narzędziach ECAD.

Uzyskanie i dołączanie modeli STEP jest stosunkowo łatwym procesem, jak szczegółowo opisano w tym dokumencie. Mogą jednak wystąpić sytuacje, gdy nie możesz lub po prostu nie chcesz używać modelu pliku STEP. Może nie masz wewnętrznego działu MCAD. Możliwe, że nie posiadasz żadnych narzędzi 3D MCAD. Albo może twoja organizacja nie zezwala na korzystanie z zewnętrznych danych projektowych wspomaganych komputerowo w jakiejkolwiek formie, co uniemożliwia pobieranie modeli. Inne ograniczenia bezpieczeństwa mogą uniemożliwić dostęp do Internetu w ogóle.

Na szczęście Altium Designer zapewnia metody tworzenia szczegółów mechanicznych komponentów bezpośrednio w narzędziu. Najlepiej jest to robić w bibliotece śladów (.PcbLib), ale można to również zrobić bezpośrednio na poziomie płytki (.PcbDoc) w przypadku sytuacji jednorazowych. Ten dokument pokaże, jak tworzyć modele 3D i udzieli wskazówek do tworzenia powszechnych komponentów.

WEWNĘTRZNE TYPY MODELI 3D

Altium Designer oferuje trzy podstawowe typy kształtów 3D do tworzenia modeli mechanicznych: Wyciągnięty, Cylinder i Kula. Każdy z nich może być używany samodzielnie lub w połączeniu z innymi. Model Wyciągnięty jest prawdopodobnie najczęściej używany. Aby go stworzyć, narysuj dowolny kształt wielokąta, a następnie nadaj temu kształtowi wartość wysokości. Kształt zostanie następnie wyciągnięty w górę (lub w dół) o tę wysokość.

Typy Cylinder i Kula są oczywiste. Dla cylindra wprowadza się wartości promienia, wysokości i rotacji, a system rysuje kształt odpowiednio. Kula wymaga tylko promienia. Korzystając z tych prostych kształtów, można stworzyć dużą różnorodność komponentów montażu powierzchniowego i przelotowych, od prostych po zaskakująco skomplikowane.

TWORZENIE MODELU

Mimo że pracujemy z modelami 3D, najlepszym sposobem na ich stworzenie jest tryb układu 2D (Widok -> Tryb układu 2D). Następnie możemy przełączyć się na 3D, aby wprowadzić modyfikacje do modelu. Każdy typ modelu zaczyna się w ten sam sposób. Najpierw przejdź do Umieść -> Obiekt 3D. Następnie wybierz odpowiednią opcję „Typ modelu 3D”:

Tworzenie modelu

MODELE WYTŁACZANE

Aby stworzyć model wytłaczany, jedynym wymaganym polem jest pole „Całkowita wysokość”.

Inne obszary są opcjonalne i/lub mogą być edytowane później.

Tworzenie modelu wytłaczanego

Kliknięcie OK przenosi z powrotem do przestrzeni roboczej projektu, w tryb rysowania. Następnie użyj standardowych metod Altium Designer, aby stworzyć w pełni zamknięty obszar wielokąta, który będzie służył jako kształt modelu. Kliknij, aby rozpocząć kształt, następnie przeciągnij mysz i kliknij ponownie, aby dodać kolejne narożniki. Kliknij prawym przyciskiem myszy lub naciśnij klawisz „Escape”, aby zakończyć kształt. Dialog Obiekt 3D pojawi się ponownie, jeśli potrzebne jest dodanie drugiego kształtu. Kliknij przycisk Anuluj, jeśli potrzebny jest tylko jeden kształt.

Kilka wskazówek dotyczących tworzenia pożądanego wielokąta:

Przed rozpoczęciem kształtu użyj skrótu klawiszowego „G”, aby ustawić siatkę przyciągania

Użyj „Shift+E”, aby przełączać się między różnymi trybami „Przyciągaj do…”

„Shift+Spacja” zmienia tryb narożnika (np. ortogonalny, diagonalny, łuk itp.)

Sam przycisk spacji zmienia kierunek następnego dodawanego segmentu

Naciśnięcie klawisza „Delete” podczas rysowania usunie ostatni wprowadzony narożnik/wierzchołek

Po zakończeniu kształtu, w trybie przestrzeni roboczej 2D zostanie wyświetlony obszar z krzyżującymi się liniami, co wskazuje na ciało, jak na różowym przekreślonym obszarze w poniższym przykładzie:

Tryb Przestrzeni Roboczej 2D

Przełączenie do trybu 3D (Widok -> Tryb Układu 3D) wyświetli model 3D:

Wyświetlanie Modelu 3D

Ciała komponentów 3D w Altium Designer mogą być przesuwane w płaszczyźnie X/Y poprzez kliknięcie na ciało i przeciągnięcie go. Podczas przeciągania, można je obracać za pomocą spacji lub obracać wzdłuż osi X lub Y używając klawiszy skrótów „X” lub „Y”.

Dalsze edycje można wykonać, dwukrotnie klikając na ciało, aby powrócić do okna dialogowego Ciało 3D. Stamtąd można zmienić inne aspekty modelu, takie jak jego kolor czy Wysokość Wsparcia (tj. wysokość nad powierzchnią płytki, na której model będzie stał). Te edycje można również wykonać w trybie 2D, ale w niektórych sytuacjach przydatne może być natychmiastowe wizualne sprzężenie zwrotne w trybie 3D. Edycja zarysu samego kształtu, z drugiej strony, zawsze powinna być wykonana w trybie 2D.

CYLINDRY I SFERY

Tworzenie typów kształtów Cylindra i Sfery jest nieco prostsze: wymagają one jedynie wprowadzenia wymiarów. System automatycznie rysuje kształty, używając tych wymiarów.

Cylindry mogą być przydatne do tworzenia modeli takich jak rezystory przewlekane i korpusy kondensatorów elektrolitycznych. Mogą być również używane jako zamienniki dla przewlekanych pinów lub samych końcówek przewodów.

Typ kształtu cylindra

Sfery są znacznie mniej wszechstronne niż modele Wyciągnięte lub Cylindryczne, ale mogą być bardzo przydatne w połączeniu z innymi typami kształtów. Na przykład model LED (poniżej), został stworzony przy użyciu wszystkich 3 typów modeli:

Model LED

Oto poszczególne elementy, z których zbudowana jest dioda LED:

Poszczególne części modelu diody LED

WYKORZYSTANIE ISTNIEJĄCYCH KONTURÓW DO TWORZENIA KSZTAŁTÓW WYCIĄGNIĘTYCH

Część pracy nad tworzeniem wzoru lądowania komponentu może obejmować dane dotyczące sitodruku lub innych konturów mechanicznych, które definiują kształt obudowy komponentu. Weźmy na przykład ten pakiet BGA:

Pakiet BGA

Żółty nakład (sitodruk) konturu został prawdopodobnie stworzony w takim samym kształcie i rozmiarze jak faktyczna obudowa komponentu. Więc dlaczego nie wykorzystać tych informacji zamiast rysować je ręcznie od nowa? Altium Designer zawiera funkcję tworzenia wyciągniętych ciał 3D na podstawie istniejących kształtów 2D.

W bibliotece śladów (.PcbLib), przejdź do Narzędzia -> Zarządzaj ciałami 3D dla bieżącego komponentu… Wynikowe okno dialogowe pokazuje listę kształtów, które zostały znalezione w śladzie:

Lista kształtów w bibliotece śladów

Zauważ, że niektóre z wymienionych kształtów są opisane jako „Kształt wielokąta utworzony z prymitywów na…” Są to rzeczywiste linie 2D i/lub łuki, które istnieją w śladzie. Są również „Kształty utworzone z prostokąta ograniczającego na…” W tych przypadkach system spojrzał na istniejące obiekty na danej warstwie (włącznie z warstwami miedzi) i narysował prostokąt wokół najbardziej zewnętrznych punktów.

Podgląd podstawowego kształtu jest pokazany w prawym obszarze podglądu (różowe pole powyżej). W naszym przykładzie BGA użyjemy "Kształtu poligonu utworzonego z prymitywów na TopOverlay", który jest naszym rzeczywistym zarysem sitodruku.

Kolumna "Stan obudowy" wskazuje, czy dany kształt został dodany do komponentu, czy nie. Kliknięcie linku "Nie w komponencie" zmieni jego stan i doda ten kształt do komponentu:

Kolumna stanu obudowy w Menedżerze Ciała Komponentu

Zauważ, że stan obudowy zmienił się na "W komponencie", a podgląd odcisku po lewej stronie teraz pokazuje kształt nałożony na wzór lądowania. Daje nam to ogólne pojęcie, czy wybraliśmy odpowiedni kształt, czy nie.

Kolumna "Całkowita wysokość" ustawia wysokość obudowy, tak jak w przypadku ręcznego tworzenia poligonu wyciągniętego w pierwszym przykładzie. Jak wcześniej, inne pola, takie jak kolor obudowy, są opcjonalne i mogą być zmieniane później. Kliknięcie Zamknij dodaje kształt do komponentu, pokazanego na poniższym rysunku:

Kształt poligonu

Narzędzia -> Zarządzaj obudowami 3D dla biblioteki… polecenie menu zapewnia dostęp do listy wszystkich komponentów w bibliotece. Zawiera również tryb "Aktualizacja wsadowa" umożliwiający dodanie kształtu z tej samej warstwy dla każdego komponentu w bibliotece. Na przykład, być może wszystkie ślady zostały stworzone z 2D "prostokątem otaczającym" na jednej z warstw mechanicznych. Ten zarys mógłby zostać dodany w procesie wsadowym do wszystkich (lub niektórych) komponentów w bibliotece jednocześnie.

DODAWANIE OBUDÓW 3D DO PCB

Jeśli nie istnieje biblioteka śladów PCB dla określonej płyty, lub jeśli potrzebna jest jednorazowa edycja wysokości kształtu, środowisko edytora PCB również oferuje te same funkcje "Zarządzaj obudowami 3D". Przechodzenie do Narzędzia Zarządzaj obudowami 3D dla komponentów na płycie… prezentuje podobne okno dialogowe do "Zarządzaj obudowami 3D dla biblioteki". Dodatkowo, można dodać obudowę 3D do indywidualnego komponentu, klikając prawym przyciskiem myszy na komponent i nawigując do Akcje komponentu -> Zarządzaj obudowami 3D w menu. Funkcje tam są identyczne jak te znalezione w edytorze biblioteki ".Zarządzaj obudowami 3D dla bieżącego komponentu".

Więcej informacji na temat tworzenia i zarządzania obudowami 3D można znaleźć tutaj:

Tworzenie komponentów biblioteki - samouczek

Obiekty OCB - Obudowa 3D