Como Usar o Co-Design ECAD-MCAD para o Design de Encapsulamento de PCB e Layout de Placa

Placas de circuito impresso são divertidas de projetar e organizar, mas uma PCB precisará de um invólucro para mantê-la mecanicamente estável. Invólucros para PCB podem ser adquiridos prontos, ou você pode criar um design de invólucro personalizado usando software MCAD. Independentemente do caminho que você escolher para criar seu invólucro, será necessário importar o layout da PCB para as ferramentas MCAD para garantir que a placa e os componentes não interfiram com o invólucro.

Quando você está trabalhando com um layout complexo, sistema de múltiplas placas ou PCB flexível, será necessário acessar rapidamente o software MCAD para inspecionar possíveis interferências entre o design do invólucro da PCB, seus componentes eletrônicos e a placa. O Altium contém as ferramentas MCAD necessárias para verificar interferências mecânicas enquanto você projeta sua placa de circuito e seu invólucro personalizado, incluindo o conjunto mais poderoso de recursos de design de PCB. Os projetistas podem criar placas complexas para qualquer aplicação junto com seus invólucros.

Como projetar um invólucro de PCB e um layout para evitar interferências

Quando você precisa projetar um invólucro em torno do layout da PCB e prevenir interferências entre os componentes, existem algumas opções que ajudam a garantir a precisão do seu design:

• Exporte seu layout de PCB como um arquivo STEP e importe-o em um aplicativo MCAD para projetar o invólucro
• Exporte seu invólucro como um arquivo STEP e importe-o para seu software ECAD

O Altium suporta ambos os processos como parte do design de PCB e invólucro. No entanto, quando você precisa prevenir interferências, é possível importar um arquivo STEP para o seu projeto PCB e verificar interferências manual ou automaticamente. Definições de regras de projeto podem ser usadas para checar o posicionamento de componentes em relação a interferências com o invólucro da PCB em 3D, identificando quando partes da placa precisam ser reposicionadas.

Verificação de folgas e colisões em 3D com Altium

Infelizmente, projetistas de PCB precisam de engenheiros mecânicos ou software MCAD para fazer alterações em um invólucro existente ou projetar um invólucro personalizado para uma PCB. Esses designs de invólucro exigem uma abordagem de co-design ECAD-MCAD entre as disciplinas elétrica e mecânica.

O design personalizado de invólucros de PCB exige colaboração ECAD-MCAD

Para muitos produtos, criar a experiência desejada para o usuário exige co-design entre projetistas mecânicos e elétricos. A interação entre os domínios de engenharia mecânica e elétrica oferece duas abordagens para definir restrições no espaço de projeto.

• Abordagem Mecânica Primeiro: O invólucro desejado é determinado primeiro e usado como a principal restrição para o tamanho da placa, tamanhos de componentes e posicionamento dos componentes.
• Abordagem Elétrica Primeiro: O tamanho da PCB é determinado primeiro, às vezes finalizado somente após o layout estar concluído. Quando o layout está pronto, o engenheiro mecânico constrói o invólucro em torno da PCB.

A abordagem elétrica primeiro é muito mais fácil porque dá ao engenheiro elétrico total liberdade para selecionar e posicionar os componentes no layout da PCB. Uma vez concluído, o engenheiro mecânico pega o modelo de design finalizado e constrói o invólucro personalizado ao redor dele. Isso é essencialmente uma abordagem em cascata, que remete aos tempos de engenharia "over-the-wall".

Esses designs podem parecer simples, e o design personalizado tende a se assemelhar a uma caixa, cercando essencialmente os componentes da PCB com uma margem mínima para as paredes do invólucro.

Quando é necessária uma experiência funcional e estética mais única nos produtos, a abordagem mecânica primeiro domina. Isso significa que as equipes de design precisarão de uma abordagem de co-design onde as restrições são inicialmente definidas no software MCAD em vez de no layout da PCB.

Co-design MCAD para invólucros de PCB

Um processo importante para desenvolver invólucros de PCB é o co-design MCAD, no qual projetistas mecânicos e elétricos iteram entre si para desenvolver uma PCB e seu invólucro. Esse processo é usado em invólucros complexos, que podem ter formas complicadas e até integrar várias PCBs no mesmo conjunto.

Para engenheiros mecânicos, abordagens de co-design MCAD fornecem muitos benefícios, sendo o mais importante a capacidade de definir restrições para o projetista elétrico. Colocar restrições no layout da PCB significa definir diversos elementos necessários para que a PCB se monte e se encaixe no invólucro, tais como:

• Tamanho e dimensões totais da PCB
• Espessura total da PCB
• Localização de keepouts, incluindo keepouts baseados em altura
• Localização de furos de montagem, recortes ou ranhuras
• Posicionamento de componentes específicos, normalmente conectores
• Planejamento e modelagem de rotas de cabos e fiação

Planejar esses elementos primeiro limita o projetista da placa, mas também garante que o design se encaixe no invólucro desejado. Normalmente, após o posicionamento, um modelo 3D da PCB com seus componentes é revisado para verificar o encaixe no invólucro.

Folgas e interferências do invólucro podem ser verificadas em 3D usando o conjunto integrado de ferramentas MCAD do Altium.

Com essas restrições definidas, o engenheiro mecânico pode se concentrar em construir o invólucro e planejar o processo de fabricação. Enquanto isso, o projetista de PCB pode se concentrar em criar um layout que respeite essas restrições. Revisões periódicas do posicionamento de componentes são necessárias para garantir que as restrições mecânicas não sejam violadas no layout da PCB. Isso pode ser feito usando o processo push-pull padrão via uma plataforma em nuvem como o Altium.

Invólucros de PCB prontos

Existem muitas opções de invólucros prontos para PCB com uma variedade de recursos. Isso torna os invólucros prontos úteis em muitos cenários, especialmente no caso de prototipagem ou produção rápida de baixo a médio volume. Esses invólucros fornecem uma opção rápida de entrada no mercado, adaptável a muitos designs. Eles geralmente vêm completos com pinos de montagem, furos roscados, aberturas para cabos ou conectores, e ventilação para fluxo de ar. Alguns invólucros prontos também possuem classificação IP alta e, quando combinados com um conector de painel ou chassi com classificação similar, permitem um sistema de alta confiabilidade que resiste aos elementos.

Um exemplo de invólucro de PCB da Polycase é mostrado abaixo. Esses invólucros são adequados para muitos projetos, incluindo sistemas digitais, sistemas embarcados e pequenos sistemas de eletrônica de potência.

Fornecedores de invólucros prontos para PCB geralmente fornecem um modelo mecânico 3D do invólucro, que pode ser usado para definir restrições para a PCB. Usar um modelo 3D do invólucro e exportar um contorno 2D da placa segue a abordagem “MCAD primeiro” para projetar com invólucro e requer um pacote de software MCAD. Com base no modelo 3D, o projetista MCAD pode traçar um contorno de PCB que se encaixe dentro do invólucro e se conforme com quaisquer pinos ou espaçadores de montagem. Usuários de CAD também podem fornecer a especificação da espessura da placa dentro do modelo do invólucro e passar essas informações para o projetista de PCB.

Embora o envio de um DXF seja frequentemente o método padrão para definir a geometria da placa, os usuários de software MCAD também podem empurrar a geometria da placa diretamente para o software ECAD, como o Altium. O envio direto para a PCB elimina a troca de arquivos e garante que o projetista sempre tenha a especificação mecânica correta para a PCB.

Colaboração ECAD-MCAD com Altium

O Altium transforma a colaboração ECAD-MCAD fornecendo uma plataforma unificada em nuvem que elimina os gargalos tradicionais da troca de arquivos. A plataforma permite sincronização em tempo real entre as equipes de design elétrico e mecânico, com compartilhamento contínuo de layouts de PCB, modelos de componentes e restrições de invólucro.

Engenheiros mecânicos podem enviar especificações de geometria da placa diretamente para o Altium. Engenheiros elétricos podem compartilhar layouts atualizados sem transferências manuais de arquivos. A integração ECAD e MCAD suporta co-design iterativo que simplifica o projeto de invólucros complexos.

Trabalhando com layouts 3D complexos de PCB no Altium

Quando você está trabalhando com um layout complexo, sistema de múltiplas placas ou PCB flexível, é necessário acessar rapidamente as ferramentas MCAD para inspecionar interferências entre seu invólucro PCB, seus componentes eletrônicos e a placa. O Altium contém as ferramentas ECAD e MCAD necessárias para verificar interferências mecânicas enquanto você projeta sua placa de circuito e seu invólucro, incluindo o conjunto mais poderoso de recursos de design de PCB. Os projetistas podem criar placas complexas para qualquer aplicação junto com seus invólucros.

O Altium é a única plataforma de design de PCB que fornece um conjunto completo de recursos ECAD e MCAD para qualquer aplicação eletrônica. Seja projetando PCBs simples ou sistemas complexos de múltiplas placas, o Altium oferece os recursos de design elétrico e mecânico necessários para criar tecnologia de ponta.

O Altium traz um nível sem precedentes de integração para a indústria eletrônica, anteriormente visto apenas no desenvolvimento de software, permitindo que os projetistas colaborem de forma segura e alcancem níveis inéditos de eficiência.

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