Design de PCB: Criar Componente 3D em uma Biblioteca de Footprints

No processo de design de PCBs de hoje, você precisa ser capaz de integrar fluxos de trabalho de design mecânico em uma ferramenta de design elétrico. Transferir dados de design imprecisos de ida e volta entre os mundos ECAD e MCAD não só causa frustrações para ambas as equipes de design, mas também pode aumentar drasticamente o número de revisões de design necessárias para encaixar a PCB em sua montagem final. E independentemente das capacidades 3D da ferramenta de design elétrico, sem informações precisas de modelagem de camadas 3D dos componentes, você não pode analisar com precisão as folgas mecânicas.

Sua Ferramenta de Design Suporta Modelagem 3D?

Diferentes ambientes de EDA oferecem diferentes níveis de suporte para modelagem 3D. Alguns não têm nenhum, então todas as informações mecânicas precisam ser fornecidas por uma ferramenta MCAD. Outros usam métodos desatualizados como DXF ou IDF para trocar informações. O Altium Designer^® suporta a incorporação de modelos STEP para fornecer informações de modelagem precisas que não só podem ser passadas para o mundo MCAD, mas também podem ser usadas diretamente em ferramentas ECAD.

Podem existir situações em que você não pode ou simplesmente não quer usar um modelo STEP para pontos de encaixe. Talvez você não tenha um departamento de MCAD interno. Pode ser que você não possua ferramentas 3D MCAD. Ou talvez sua organização não permita dados CAD de fontes externas de qualquer tipo, impedindo-o de baixar os modelos. Outras restrições de segurança na montagem de PCBs podem impedir o acesso à Internet por completo.

Felizmente, o Altium Designer fornece ferramentas de layout de PCB para estabelecer completamente os detalhes mecânicos de seus componentes. Dessa forma, as informações serão transmitidas para futuros projetos de esquemáticos ou layout de PCB. Isso é idealmente feito na própria pegada (.PcbLib), mas também pode ser feito diretamente no nível da placa (.PcbDoc) para situações únicas.

Visualização 3D de um Modelo de Componente Mostrado no Altium Designer

 

Como Criar Seus Próprios Corpos de Componentes 3D

O Altium Designer oferece três tipos básicos de formas 3D para criar modelos mecânicos: Extrudado, Cilindro e Esfera. Cada um destes pode ser usado sozinho ou em combinação com outro. Os tipos Cilindro e Esfera são autoexplicativos.

Utilizando essas formas simples, uma grande variedade de componentes de montagem em superfície e através de orifício pode ser criada, variando de um circuito simples a um componente surpreendentemente complexo. Aprenda a criar seus próprios corpos de componentes de Placa Impressa em 3D e acelere seu processo de layout de PCB no Altium Designer, baixando um white paper gratuito.

Confira o Altium Designer em ação...

Verificação de Folga em 3D de Componentes Montados em Flex

No processo de design de PCB de hoje, você precisa ser capaz de integrar fluxos de trabalho de design mecânico em uma ferramenta de design elétrico. Transferir dados de design imprecisos de volta e para frente entre os mundos ECAD e MCAD não só causa frustrações para ambas as equipes de design, mas também pode aumentar drasticamente o número de revisões de design necessárias para encaixar a PCB em sua montagem final. E independentemente das reais capacidades 3D da ferramenta de design elétrico, se você não tem informações precisas de modelagem 3D de componentes, você não pode analisar com precisão as folgas mecânicas.

INTRODUÇÃO À CRIAÇÃO DE CORPOS DE COMPONENTES 3D

Diferentes ambientes de EDA oferecem diferentes níveis de suporte para a criação de corpos de componentes 3D por meio de modelagem. Alguns não têm suporte algum, então todas as informações mecânicas precisam ser fornecidas pela ferramenta MCAD. Outros usam métodos desatualizados como DXF ou IDF para troca de informações. O software de design de PCB Altium Designer suporta a incorporação de modelos STEP para fornecer informações de modelagem precisas que não só podem ser transferidas para o mundo MCAD, mas também podem ser usadas diretamente nas ferramentas ECAD hospedeiras.

Obter e incorporar modelos STEP é um processo relativamente fácil, conforme detalhado neste documento. No entanto, pode haver situações em que você não pode ou simplesmente não quer usar um modelo de arquivo STEP. Você pode não ter um departamento interno de MCAD. Talvez você não possua nenhuma ferramenta de MCAD 3D. Ou talvez sua organização não permita dados de Design Assistido por Computador de fontes externas de qualquer tipo, impedindo-o de baixar os modelos. Outras restrições de segurança podem impedir você de acessar a Internet por completo. 

Felizmente, o Altium Designer oferece metodologias para criar os detalhes mecânicos dos seus componentes, diretamente dentro da ferramenta. Isso é idealmente feito na própria biblioteca de footprint (.PcbLib), mas também pode ser feito diretamente no nível da placa (.PcbDoc) para situações únicas. Este documento mostrará como criar modelos 3D e fornecerá dicas para criar componentes comuns.

TIPOS DE MODELO 3D INTERNO

O Altium Designer oferece três tipos básicos de formas 3D para a criação de modelos mecânicos: Extrudado, Cilindro e Esfera. Cada um destes pode ser usado sozinho ou em combinação com outro. O modelo Extrudado é provavelmente o mais comumente usado. Para criar um, desenhe qualquer forma poligonal, depois atribua a essa forma um valor de altura. A forma será então extrudada para cima (ou para baixo) por essa altura.

Os tipos Cilindro e Esfera são autoexplicativos. O raio, a altura e os valores de rotação do cilindro são inseridos, e o sistema desenha a forma de acordo. A Esfera precisa apenas do raio. Usando essas formas simples, uma grande variedade de componentes de montagem em superfície e através de furo pode ser criada, variando do simples ao surpreendentemente complexo.

CRIAÇÃO DE MODELO

Mesmo trabalhando com modelos 3D, a melhor maneira de criá-los é no Modo de Layout 2D (Visualizar -> Modo de Layout 2D). Depois, podemos mudar para 3D mais tarde, para fazer modificações no modelo. Cada tipo de modelo começa da mesma maneira. Primeiro vá em Colocar -> Corpo 3D. Em seguida, escolha a opção “Tipo de Modelo 3D” aplicável:

Criando Modelo

MODELOS EXTRUDADOS

Para criar um modelo Extrudado, o único campo necessário é o campo “Altura Total”.

Outras áreas são opcionais e/ou podem ser editadas mais tarde.

Criando Modelo Extrudado

Clicar em OK te leva de volta ao espaço de trabalho de design, em um modo de desenho. Depois disso, use os métodos padrão do Altium Designer para criar uma região de polígono totalmente fechada que atuará como a forma do modelo. Clique para iniciar a forma, depois arraste o mouse e clique novamente para adicionar cantos subsequentes. Clique com o botão direito do mouse ou pressione a tecla “Escape” para finalizar a forma. A caixa de diálogo Corpo 3D reaparecerá se uma segunda forma precisar ser adicionada. Clique no botão Cancelar se apenas uma forma for necessária.

Algumas dicas para criar seu polígono desejado:

Antes de iniciar a forma, use a tecla de atalho “G” para definir a grade de encaixe

Use "Shift+E" para alternar entre os diferentes modos "Snap To..."

"Shift+Barra de Espaço" altera o modo de canto (por exemplo, ortogonal, diagonal, arco, etc.)

A barra de espaço sozinha muda a direção do próximo segmento a ser adicionado

Pressionar a tecla "Delete" durante o processo de desenho removerá o último canto/vértice inserido

Após a conclusão da forma, uma área hachurada será exibida no modo de espaço de trabalho 2D, o que indica o corpo, como na área hachurada rosa no exemplo abaixo:

Modo de Espaço de Trabalho 2D

Alternar para o modo 3D (Visualizar -> Modo de Layout 3D) exibirá o modelo 3D:

Exibição do Modelo 3D

Os corpos de componentes 3D no Altium Designer podem ser movidos dentro do plano X/Y clicando no corpo e arrastando-o. Enquanto arrasta, ele pode ser rotacionado usando a Barra de Espaço ou virado ao longo dos eixos X ou Y usando as teclas de atalho "X" ou "Y".

Edições adicionais podem ser feitas ao dar um duplo clique no corpo, para retornar ao diálogo do Corpo 3D. A partir daí, você pode alterar outros aspectos do modelo, como sua cor ou sua Altura de Suporte (ou seja, a altura acima da superfície da placa, onde o modelo será colocado). Essas edições também podem ser feitas no modo 2D, mas em algumas situações, pode ser útil ter o feedback visual imediato dentro do modo 3D. Por outro lado, a edição do contorno da forma em si deve sempre ser feita no modo 2D.

CILINDROS E ESFERAS

Os tipos de forma Cilindro e Esfera são um pouco mais simples de criar: eles apenas exigem que você insira as dimensões. O sistema desenha automaticamente as formas usando essas dimensões.

Cilindros podem ser úteis para criar modelos como resistores de furo passante e corpos de capacitores eletrolíticos. Eles também podem ser usados para representar os próprios pinos de furo passante ou tocos de fio.

Tipo de forma Cilindro

Esferas são consideravelmente menos versáteis do que modelos Extrudados ou Cilíndricos, mas ainda podem ser muito úteis em conjunto com outros tipos de forma. Por exemplo, o modelo de LED (abaixo), foi criado usando todos os 3 tipos de modelo:

Modelo de LED

Aqui estão as peças individuais das quais o LED é construído:

Peças individuais do modelo de LED

USANDO CONTORNOS EXISTENTES PARA CRIAR FORMAS EXTRUDADAS

Parte do trabalho que entra na criação do padrão de aterramento de um componente pode incluir dados de silkscreen ou outros contornos mecânicos, que definem a forma do corpo do componente. Tome, por exemplo, este pacote BGA:

Pacote BGA

O contorno de overlay (silkscreen) amarelo foi muito provavelmente criado na mesma forma e tamanho que o corpo do componente real. Então, por que não reutilizar essa informação em vez de ter que redesenhá-la manualmente? O Altium Designer inclui um recurso para criar corpos 3D Extrudados com base em formas 2D existentes.

Na biblioteca de footprint (.PcbLib), vá em Ferramentas -> Gerenciar Corpos 3D para o Componente Atual… A caixa de diálogo resultante mostra uma lista de formas que foram encontradas no footprint:

Lista de formas na biblioteca de footprint

Observe que algumas das formas listadas são descritas como “Forma de polígono criada a partir de primitivas em…” Estas são as linhas 2D reais e/ou arcos que existem dentro do footprint. Há também “Formas criadas a partir de retângulo delimitador em…” Nesses casos, o sistema olhou para quaisquer objetos existentes em uma camada específica (incluindo as camadas de cobre) e desenhou um retângulo ao redor dos pontos mais externos.

Uma pré-visualização da forma básica é mostrada na área de pré-visualização à direita (a caixa rosa acima). No nosso exemplo de BGA, usaremos "Forma de polígono criada a partir de primitivas em TopOverlay", que é o contorno real da nossa serigrafia.

A coluna "Estado do Corpo" indica se aquela forma específica foi adicionada ao componente ou não. Clicar no link "Não no Componente" alternará seu estado e adicionará essa forma ao componente:

Coluna de estado do corpo no Gerenciador de Corpo do Componente

Perceba que o Estado do Corpo mudou para "No Componente" e a pré-visualização da pegada à esquerda agora mostra a forma sobreposta ao padrão de contato. Isso nos dá uma ideia geral se escolhemos a forma correta ou não.

A coluna "Altura Total" define a altura do corpo, assim como quando criamos o polígono Extrudado manualmente no primeiro exemplo. Como antes, os outros campos, como a cor do corpo, são opcionais e podem ser alterados posteriormente. Clicar em Fechar adiciona a forma ao componente, mostrado na figura abaixo:

Forma de polígono

O comando do menu Ferramentas -> Gerenciar Corpos 3D para Biblioteca… fornece acesso a uma lista de todos os componentes na biblioteca. Ele também inclui um modo de "Atualização em Lote" para adicionar a forma da mesma camada de cada componente na biblioteca. Por exemplo, talvez as pegadas tenham sido todas criadas com uma "caixa delimitadora" 2D em uma das camadas mecânicas. Esse contorno poderia ser adicionado em um processo em lote a todos (ou alguns) dos componentes na biblioteca de uma só vez.

ADICIONANDO CORPOS 3D A UM PCB

Se não existir uma biblioteca de pegadas de PCB para uma placa específica, ou se for necessário fazer uma edição de altura de forma única, o ambiente do editor de Placa de Circuito Impresso PCB também fornece as mesmas funcionalidades de “Gerenciar Corpos 3D”. Ir para Ferramentas Gerenciar Corpos 3D para Componentes na Placa… apresenta um diálogo semelhante ao de “Gerenciar Corpos 3D para Biblioteca”. Além disso, você pode adicionar um Corpo 3D a um componente individual clicando com o botão direito do mouse no componente e navegando até Ações do Componente -> Gerenciar Corpos 3D no menu. As funções ali são idênticas às encontradas no editor da biblioteca em “.Gerenciar Corpos 3D para Componente Atual.”

Mais informações sobre a criação e gerenciamento de corpos 3D podem ser encontradas aqui:

Tutorial de Criação de Componentes de Biblioteca

Objetos OCB - Corpo 3D