Дизайн печатных плат: Создание 3D компонента в библиотеке посадочных мест

В современном процессе проектирования печатных плат вам необходимо уметь интегрировать рабочие процессы механического проектирования в инструмент электрического проектирования. Передача неточных данных проектирования туда и обратно между мирами ECAD и MCAD не только вызывает разочарование у обеих команд проектировщиков, но и может значительно увеличить количество необходимых итераций дизайна для размещения печатной платы в ее окончательной сборке. И независимо от 3D возможностей инструмента электрического проектирования, без точной информации о моделировании 3D слоев компонентов вы не сможете точно анализировать механические зазоры.

Поддерживает ли ваш инструмент проектирования 3D моделирование?

Различные среды EDA предлагают разный уровень поддержки 3D моделирования. Некоторые из них вообще не поддерживают его, поэтому все механические данные должны поступать из инструмента MCAD. Другие используют устаревшие методы, такие как DXF или IDF, для обмена информацией. Altium Designer^® поддерживает встраивание моделей STEP для обеспечения точной информации моделирования, которая может быть не только передана в мир MCAD, но и использована непосредственно в инструментах ECAD.

Могут возникнуть ситуации, когда вы либо не можете, либо просто не хотите использовать модель STEP для точек привязки. Возможно, у вас нет внутреннего отдела MCAD. Может быть, у вас нет инструментов 3D MCAD. Или ваша организация не разрешает использование внешних CAD-данных любого рода, что не позволяет вам скачивать модели. Другие ограничения безопасности сборки печатных плат могут не позволять вам вообще использовать Интернет.

К счастью, Altium Designer предоставляет вам инструменты разметки печатных плат для полного установления механических деталей ваших компонентов. Таким образом, информация будет передаваться в будущие проекты схем или разметки печатных плат. Это идеально делается непосредственно в самом отпечатке (.PcbLib), но может быть выполнено и на уровне платы (.PcbDoc) для единичных случаев.

3D вид модели компонента в Altium Designer

 

Как создать свои собственные 3D тела компонентов

Altium Designer предлагает три основных типа 3D форм для создания механических моделей: выдавливание, цилиндр и сфера. Каждый из этих типов может использоваться отдельно или в сочетании друг с другом. Типы цилиндр и сфера понятны сами по себе.

Используя эти простые формы, можно создать большое разнообразие компонентов для поверхностного монтажа и сквозного монтажа, начиная от простой схемы до удивительно сложного компонента. Узнайте, как создать свои собственные корпуса компонентов для 3D печатной платы и ускорить процесс размещения печатной платы в Altium Designer, скачав бесплатный белый документ.

Посмотрите Altium Designer в действии...

Проверка зазоров в 3D для компонентов на гибком монтаже

В современном процессе проектирования печатных плат необходимо уметь интегрировать рабочие процессы механического проектирования в инструмент электрического проектирования. Передача неточных данных проектирования туда и обратно между мирами ECAD и MCAD не только вызывает разочарование у обеих команд проектировщиков, но и может значительно увеличить количество необходимых итераций проектирования для размещения печатной платы в ее окончательной сборке. И независимо от фактических возможностей 3D в электрическом инструменте проектирования, без точной информации о 3D моделировании компонентов вы не сможете точно анализировать механические зазоры.

ВВЕДЕНИЕ В СОЗДАНИЕ 3D КОРПУСОВ КОМПОНЕНТОВ

Различные среды EDA предлагают разные уровни поддержки для создания 3D-компонентов с помощью моделирования. Некоторые из них вообще не предоставляют такой возможности, поэтому все механические данные должны поступать из инструмента MCAD. Другие используют устаревшие методы, такие как DXF или IDF, для обмена информацией. Программное обеспечение для проектирования печатных плат Altium Designer поддерживает встраивание моделей STEP для обеспечения точной информации о моделировании, которая может быть не только передана в мир MCAD, но и использована непосредственно в основных инструментах ECAD.

Получение и встраивание моделей STEP - довольно простой процесс, как подробно описано в этом документе. Однако могут возникнуть ситуации, когда вы либо не можете, либо просто не хотите использовать модель в формате STEP. Возможно, у вас нет внутреннего отдела MCAD. Может быть, у вас нет инструментов 3D MCAD. Или ваша организация не разрешает использование данных компьютерного проектирования из внешних источников, что не позволяет вам загружать модели. Другие ограничения безопасности могут не позволить вам вообще получить доступ к Интернету.

К счастью, Altium Designer предоставляет вам методологии для создания механических деталей ваших компонентов непосредственно внутри инструмента. Это идеально делается в самой библиотеке отпечатков (.PcbLib), но также может быть выполнено прямо на уровне платы (.PcbDoc) для единичных случаев. Этот документ покажет вам, как создавать 3D модели и даст советы по созданию распространенных компонентов.

ВНУТРЕННИЕ ТИПЫ 3D МОДЕЛЕЙ

Altium Designer предоставляет три основных типа 3D форм для создания механических моделей: Вытянутая, Цилиндр и Сфера. Каждую из этих форм можно использовать отдельно или в сочетании друг с другом. Вытянутая модель, вероятно, используется чаще всего. Чтобы создать ее, нарисуйте любую многоугольную форму, затем задайте этой форме значение высоты. Форма затем будет вытянута вверх (или вниз) на эту высоту.

Типы Цилиндр и Сфера не требуют дополнительных пояснений. Для цилиндра вводятся значения радиуса, высоты и вращения, и система соответственно рисует форму. Для сферы нужен только радиус. Используя эти простые формы, можно создать большое разнообразие поверхностно-монтируемых и сквозных компонентов, от простых до удивительно сложных.

СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ

Хотя мы работаем с 3D моделями, лучший способ создать их - это использовать 2D Layout Mode (Просмотр -> 2D Layout Mode). Затем мы можем переключиться на 3D позже, чтобы внести изменения в модель. Каждый тип модели начинается одинаково. Сначала перейдите в Размещение -> 3D Тело. Затем выберите подходящий вариант "Тип 3D Модели":

Создание Модели

ВЫТЯНУТЫЕ МОДЕЛИ

Для создания Вытянутой модели единственное необходимое поле - это поле "Общая Высота".

Другие области необязательны и/или могут быть отредактированы позже.

Создание Вытянутой Модели

Нажатие ОК возвращает вас обратно в рабочее пространство дизайна, в режим рисования. После этого используйте стандартные методы Altium Designer для создания полностью замкнутой полигональной области, которая будет служить формой модели. Нажмите, чтобы начать форму, затем перетащите мышь и снова нажмите, чтобы добавить последующие углы. Щелкните правой кнопкой мыши или нажмите клавишу "Escape", чтобы завершить форму. Диалоговое окно 3D Тело снова появится, если нужно добавить вторую форму. Нажмите кнопку Отмена, если нужна только одна форма.

Некоторые советы по созданию желаемого полигона:

Перед началом формы используйте клавишу быстрого доступа "G", чтобы установить сетку привязки

Используйте «Shift+E», чтобы переключаться между различными режимами «Привязать к…»

«Shift+Пробел» изменяет режим угла (например, ортогональный, диагональный, дуговой и т. д.)

Пробел сам по себе изменяет направление следующего добавляемого сегмента

Нажатие клавиши «Delete» в процессе рисования удалит последний введенный угол/вершину

По завершении формы будет отображена заштрихованная область в режиме рабочего пространства 2D, что указывает на тело, как в примере ниже с розовой заштрихованной областью:

Режим рабочего пространства 2D

Переключение в 3D режим (Просмотр -> Режим компоновки 3D) отобразит 3D модель:

Отображение 3D модели

Тела 3D компонентов в Altium Designer могут быть перемещены в плоскости X/Y, если кликнуть по телу и перетащить его. Во время перетаскивания его можно повернуть с помощью Пробела или перевернуть вдоль осей X или Y, используя клавиши быстрого доступа «X» или «Y».

Дополнительные изменения можно внести, дважды щелкнув по телу, чтобы вернуться к диалоговому окну 3D Body. Оттуда вы можете изменить другие аспекты модели, такие как ее цвет или высоту отстояния (т.е. высоту над поверхностью платы, где модель будет располагаться). Эти изменения также можно вносить в 2D режиме, но в некоторых ситуациях может быть полезно иметь немедленную визуальную обратную связь в 3D режиме. В то время как редактирование контура формы само по себе всегда должно выполняться в 2D режиме.

ЦИЛИНДРЫ И СФЕРЫ

Типы форм цилиндра и сферы немного проще в создании: они требуют от вас только ввода размеров. Система автоматически рисует формы, используя эти размеры.

Цилиндры могут быть полезны для создания моделей, таких как сквозные резисторы и корпуса электролитических конденсаторов. Они также могут использоваться в качестве замены для сквозных контактов или самих проволочных штырей.

Тип формы цилиндра

Сферы значительно менее универсальны, чем модели Extruded или Cylinder, но они все же могут быть очень полезны в сочетании с другими типами форм. Например, модель светодиода (ниже) была создана с использованием всех 3 типов моделей:

Модель светодиода

Вот отдельные части, из которых состоит светодиод:

Отдельные части модели светодиода

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНТУРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫТЯНУТЫХ ФОРМ

Часть работы по созданию контактной площадки компонента может включать в себя данные шелкографии или другие механические контуры, определяющие форму корпуса компонента. Возьмем, к примеру, этот пакет BGA:

Пакет BGA

Желтый наложенный контур (шелкография) скорее всего был создан в той же форме и размере, что и сам корпус компонента. Так почему бы не использовать эту информацию, вместо того чтобы перерисовывать ее вручную? Altium Designer включает функцию создания вытянутых 3D тел на основе существующих 2D форм.

В библиотеке посадочных мест (.PcbLib) перейдите в Инструменты -> Управление 3D телами для текущего компонента… В появившемся диалоге показан список форм, найденных в посадочном месте:

Список форм в библиотеке посадочных мест

Обратите внимание, что некоторые из перечисленных форм описаны как «Многоугольная форма, созданная из примитивов на…» Это фактические 2D линии и/или дуги, существующие в посадочном месте. Также есть «Формы, созданные из ограничивающего прямоугольника на…» В этих случаях система рассматривала любые существующие объекты на определенном слое (включая медные слои) и рисовала прямоугольник вокруг самых крайних точек.

Предварительный просмотр базовой формы отображается в области предварительного просмотра справа (выше розовый прямоугольник). В нашем примере с BGA мы будем использовать "Форму полигона, созданную из примитивов на TopOverlay", которая является нашим фактическим контуром шелкографии.

Столбец "Состояние корпуса" указывает, была ли эта конкретная форма добавлена к компоненту или нет. Нажатие на ссылку "Не в компоненте" изменит его состояние и добавит эту форму к компоненту:

Столбец состояния корпуса в менеджере корпусов компонентов

Обратите внимание, что состояние корпуса изменилось на "В компоненте", и предварительный просмотр отпечатка слева теперь показывает форму, наложенную на узор контактных площадок. Это дает нам общее представление о том, выбрали ли мы правильную форму или нет.

Столбец "Общая высота" устанавливает высоту корпуса, так же как когда мы вручную создавали вытянутый полигон в первом примере. Как и раньше, другие поля, такие как цвет корпуса, являются необязательными и могут быть изменены позже. Нажатие на кнопку Закрыть добавляет форму к компоненту, показанному на рисунке ниже:

Форма полигона

Команда меню Инструменты -> Управление 3D-корпусами для библиотеки… предоставляет доступ к списку всех компонентов в библиотеке. Также включен режим "Пакетное обновление" для добавления формы с одного и того же слоя каждого компонента в библиотеке. Например, возможно, что все посадочные места были созданы с 2D "ограничивающим прямоугольником" на одном из механических слоев. Этот контур может быть добавлен в пакетном режиме ко всем (или некоторым) компонентам в библиотеке одновременно.

ДОБАВЛЕНИЕ 3D-КОРПУСОВ НА ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ

Если для конкретной платы нет существующей библиотеки посадочных мест или если необходимо однократно отредактировать высоту формы, среда редактора Печатной Платы PCB editor также предоставляет те же функции "Управление 3D-корпусами". Переход в Инструменты Управление 3D-корпусами для компонентов на плате… открывает диалоговое окно, аналогичное "Управлению 3D-корпусами для библиотеки". Кроме того, вы можете добавить 3D-корпус к отдельному компоненту, щелкнув правой кнопкой мыши по компоненту и перейдя в Действия с компонентом -> Управление 3D-корпусами в меню. Функции там идентичны тем, что найдены в редакторе библиотеки ".Управление 3D-корпусами для текущего компонента."

Больше информации о создании и управлении 3D-корпусами можно найти здесь:

Создание компонентов библиотеки Учебник

Объекты OCB - 3D Корпус