Thiết kế PCB: Tạo thành phần 3D trong Thư viện Footprint

Trong quá trình thiết kế PCB ngày nay, bạn cần có khả năng tích hợp quy trình thiết kế cơ khí vào công cụ thiết kế điện tử. Việc chuyển giao dữ liệu thiết kế không chính xác qua lại giữa thế giới ECAD và MCAD không chỉ gây ra sự bực bội cho cả hai nhóm thiết kế, mà còn có thể tăng đáng kể số lần chỉnh sửa thiết kế cần thiết để phù hợp với PCB vào lắp ráp cuối cùng. Và bất kể khả năng 3D của công cụ thiết kế điện tử, nếu không có thông tin mô hình lớp 3D chính xác của thành phần, bạn không thể phân tích chính xác khoảng cách cơ khí.

Công Cụ Thiết Kế Của Bạn Có Hỗ Trợ Mô Hình Hóa 3D Không?

Các môi trường EDA khác nhau cung cấp các mức độ hỗ trợ khác nhau cho mô hình hóa 3D. Một số không hỗ trợ gì cả, vì vậy tất cả thông tin cơ khí cần được cung cấp bởi công cụ MCAD. Các phương pháp khác sử dụng các phương pháp lỗi thời như DXF hoặc IDF để trao đổi thông tin. Altium Designer^® hỗ trợ nhúng mô hình STEP để cung cấp thông tin mô hình chính xác không chỉ có thể được chuyển giao sang thế giới MCAD, mà còn có thể được sử dụng trực tiếp trong công cụ ECAD.

Có thể có những tình huống khi bạn không thể hoặc đơn giản là không muốn sử dụng mô hình STEP cho các điểm nối. Có thể bạn không có bộ phận MCAD nội bộ. Bạn có thể không sở hữu bất kỳ công cụ MCAD 3D nào. Hoặc có thể tổ chức của bạn không cho phép sử dụng dữ liệu CAD từ bên ngoài dưới bất kỳ hình thức nào, do đó ngăn bạn tải xuống các mô hình. Các hạn chế bảo mật lắp ráp PCB khác có thể ngăn bạn truy cập Internet hoàn toàn.

May mắn thay, Altium Designer cung cấp cho bạn các công cụ bố trí PCB để hoàn toàn thiết lập các chi tiết cơ khí của linh kiện của bạn. Như vậy, thông tin sẽ được chuyển tiếp đến các dự án sơ đồ mạch hoặc bố trí PCB trong tương lai. Việc này lý tưởng được thực hiện ngay trong chính dấu chân của nó (.PcbLib), nhưng cũng có thể được thực hiện ngay tại cấp độ bảng mạch (.PcbDoc) cho các tình huống đặc biệt.

3D View của Mô Hình Linh Kiện Được Hiển Thị trong Altium Designer

 

Cách Tạo Thân 3D Linh Kiện của Riêng Bạn

Altium Designer cung cấp ba loại hình dạng 3D cơ bản để tạo mô hình cơ khí: Đùn, Hình Trụ, và Hình Cầu. Mỗi loại này có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với nhau. Các loại Hình Trụ và Hình Cầu thì dễ hiểu.

Sử dụng những hình dạng đơn giản này, có thể tạo ra một loạt các linh kiện gắn bề mặt và linh kiện xuyên lỗ từ một mạch đơn giản đến một linh kiện phức tạp đáng ngạc nhiên. Hãy tìm hiểu cách tạo thân linh kiện Bảng Mạch In 3D của riêng bạn và tăng tốc quy trình bố trí PCB trong Altium Designer bằng cách tải xuống một bản trắng miễn phí.

Xem Altium Designer hoạt động...

Kiểm tra Khoảng cách 3D của Linh Kiện Gắn Linh Hoạt

Trong quy trình thiết kế PCB ngày nay, bạn cần có khả năng tích hợp quy trình làm việc thiết kế cơ khí vào công cụ thiết kế điện tử. Việc chuyển dữ liệu thiết kế không chính xác qua lại giữa thế giới ECAD và MCAD không chỉ gây ra sự bực bội cho cả hai nhóm thiết kế, mà còn có thể tăng đáng kể số lần thiết kế lại cần thiết để phù hợp với PCB vào lắp ráp cuối cùng. Và bất kể khả năng 3D thực sự của công cụ thiết kế điện tử là gì, nếu bạn không có thông tin mô hình 3D linh kiện chính xác, bạn không thể phân tích chính xác khoảng cách cơ khí.

GIỚI THIỆU VỀ VIỆC TẠO THÂN LINH KIỆN 3D

Các môi trường EDA khác nhau cung cấp các mức độ hỗ trợ khác nhau để tạo thân thành phần 3D thông qua việc mô hình hóa. Một số không hỗ trợ tính năng này chút nào, do đó tất cả thông tin cơ khí cần được cung cấp bởi công cụ MCAD. Các phương pháp khác sử dụng các phương thức lỗi thời như DXF hoặc IDF để trao đổi thông tin. Phần mềm thiết kế PCB Altium Designer hỗ trợ nhúng mô hình STEP để cung cấp thông tin mô hình chính xác không chỉ có thể được chuyển giao sang thế giới MCAD, mà còn có thể được sử dụng trực tiếp trong các công cụ ECAD chủ.

Việc lấy và nhúng mô hình STEP là một quá trình khá dễ dàng, như được chi tiết trong tài liệu này. Tuy nhiên, có thể có những tình huống khi bạn không thể hoặc đơn giản là không muốn sử dụng mô hình tệp STEP. Có thể bạn không có bộ phận MCAD nội bộ. Bạn có thể không sở hữu bất kỳ công cụ MCAD 3D nào. Hoặc có thể tổ chức của bạn không cho phép sử dụng dữ liệu Thiết kế Hỗ trợ bởi Máy tính từ bên ngoài dưới bất kỳ hình thức nào, do đó ngăn bạn tải xuống các mô hình. Các hạn chế bảo mật khác có thể ngăn bạn truy cập Internet hoàn toàn.

May mắn thay, Altium Designer cung cấp cho bạn các phương pháp để tạo ra các chi tiết cơ khí của các thành phần, ngay trong công cụ. Việc này lý tưởng nhất là được thực hiện trong thư viện footprint (.PcbLib), nhưng cũng có thể được thực hiện ngay tại cấp độ bảng mạch (.PcbDoc) cho các tình huống đặc biệt. Bài viết này sẽ chỉ cho bạn cách tạo mô hình 3D và cung cấp mẹo để tạo các thành phần phổ biến.

LOẠI MÔ HÌNH 3D NỘI BỘ

Altium Designer cung cấp ba loại hình dạng 3D cơ bản để tạo mô hình cơ khí: Đùn, Hình trụ, và Hình cầu. Mỗi loại này có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với nhau. Mô hình Đùn có lẽ là loại được sử dụng phổ biến nhất. Để tạo một mô hình như vậy, vẽ bất kỳ hình đa giác nào, sau đó gán cho hình đó một giá trị chiều cao. Hình dạng sau đó sẽ được đùn lên (hoặc xuống) theo chiều cao đó.

Loại Hình trụ và Hình cầu tự giải thích. Bán kính, chiều cao, và giá trị xoay của hình trụ được nhập vào, và hệ thống vẽ hình dạng tương ứng. Hình cầu chỉ cần bán kính. Sử dụng những hình dạng đơn giản này, một loạt các thành phần gắn bề mặt và xuyên lỗ có thể được tạo ra, từ những cái đơn giản đến những cái đáng ngạc nhiên phức tạp.

TẠO MÔ HÌNH

Mặc dù chúng ta đang làm việc với các mô hình 3D, cách tốt nhất để tạo chúng là trong Chế độ Bố cục 2D (Xem -> Chế độ Bố cục 2D). Sau đó, chúng ta có thể chuyển sang 3D sau, để thực hiện các chỉnh sửa cho mô hình. Mỗi loại mô hình bắt đầu theo cùng một cách. Đầu tiên, đi tới Đặt -> Thân 3D. Sau đó, chọn tùy chọn “Loại Mô hình 3D” phù hợp:

Tạo Mô hình

MÔ HÌNH ĐƯỢC NỔI

Để tạo một mô hình Nổi, trường duy nhất cần thiết là trường “Chiều Cao Tổng thể”.

Các khu vực khác là tùy chọn và/hoặc có thể được chỉnh sửa sau.

Tạo Mô hình Nổi

Click OK sẽ đưa bạn trở lại không gian làm việc thiết kế, trong một chế độ vẽ. Sau đó, sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn của Altium Designer để tạo một vùng đa giác kín hoàn toàn để làm hình dạng mô hình. Click để bắt đầu hình dạng, sau đó kéo chuột và click lại để thêm các góc tiếp theo. Nhấp chuột phải hoặc nhấn phím “Escape” để hoàn thành hình dạng. Hộp thoại Thân 3D sẽ xuất hiện lại nếu cần thêm hình dạng thứ hai. Click nút Hủy nếu chỉ cần một hình dạng.

Một số mẹo về việc tạo hình dạng đa giác mong muốn của bạn:

Trước khi bắt đầu hình dạng, sử dụng phím tắt “G” để thiết lập lưới chụpSử dụng “Shift+E” để chuyển đổi giữa các chế độ “Snap To…” khác nhau

“Shift+Space Bar” thay đổi chế độ góc (ví dụ, vuông góc, chéo, cung, v.v.)

Chỉ sử dụng phím Space Bar sẽ thay đổi hướng của đoạn tiếp theo được thêm vào

Nhấn phím “Delete” trong quá trình vẽ sẽ loại bỏ góc/đỉnh cuối cùng được nhập

Sau khi hoàn thành hình dạng, một khu vực được tô chéo sẽ được hiển thị trong chế độ không gian làm việc 2D, điều này chỉ ra thân hình, như trong khu vực tô chéo màu hồng trong ví dụ dưới đây:

Chế Độ Không Gian Làm Việc 2D

Chuyển sang chế độ 3D (Xem -> Chế Độ Bố Cục 3D) sẽ hiển thị mô hình 3D:

Hiển Thị Mô Hình 3D

Thân thành phần 3D trong Altium Designer có thể được di chuyển trong mặt phẳng X/Y bằng cách nhấp vào thân và kéo nó. Khi kéo, nó có thể được xoay sử dụng Spacebar hoặc lật theo trục X hoặc Y sử dụng các phím tắt “X” hoặc “Y”.

Các chỉnh sửa tiếp theo có thể được thực hiện bằng cách nhấp đúp vào thân hình, để quay lại hộp thoại 3D Body. Từ đó, bạn có thể thay đổi các khía cạnh khác của mô hình, như màu sắc hoặc Chiều cao Đế (tức là chiều cao phía trên bề mặt bảng, nơi mô hình sẽ đặt). Những chỉnh sửa này cũng có thể được thực hiện trong chế độ 2D, nhưng trong một số tình huống, việc có phản hồi hình ảnh ngay lập tức trong chế độ 3D có thể hữu ích. Tuy nhiên, việc chỉnh sửa đường viền của hình dạng nên luôn được thực hiện trong chế độ 2D.

ỐNG VÀ HÌNH CẦU

Việc tạo hình dạng Ống và Hình cầu đơn giản hơn một chút: bạn chỉ cần nhập vào các kích thước. Hệ thống tự động vẽ các hình dạng sử dụng những kích thước đó.

Ống có thể hữu ích để tạo mô hình như điện trở xuyên lỗ và thân tụ điện. Chúng cũng có thể được sử dụng để thay thế cho các chân xuyên lỗ hoặc chính các đoạn dây.

Loại hình dạng Ống

Hình cầu ít linh hoạt hơn so với mô hình Đùn ra hoặc Ống, nhưng chúng vẫn có thể rất hữu ích khi kết hợp với các loại hình dạng khác. Ví dụ, mô hình LED (dưới đây), được tạo ra sử dụng tất cả 3 loại mô hình:

Mô hình Led

Dưới đây là các bộ phận riêng lẻ tạo nên LED:

Các bộ phận riêng lẻ của mô hình LED

SỬ DỤNG ĐƯỜNG VIỀN HIỆN CÓ ĐỂ TẠO HÌNH KHỐI NỔI

Một phần công việc trong việc tạo ra mẫu đất cho thành phần có thể bao gồm dữ liệu viền silkscreen hoặc các đường viền cơ khí khác, định nghĩa hình dạng thân thành phần. Lấy ví dụ, gói BGA này:

Gói BGA

Đường viền màu vàng (silkscreen) rất có thể được tạo ra với hình dạng và kích thước giống như thân thành phần thực tế. Vậy tại sao không tái sử dụng thông tin đó thay vì phải vẽ lại bằng tay? Altium Designer bao gồm một tính năng để tạo thân 3D nổi dựa trên các hình dạng 2D hiện có.

Trong thư viện footprint (.PcbLib), đi tới Tools -> Manage 3D Bodies for Current Component… Hộp thoại kết quả hiển thị một danh sách các hình dạng được tìm thấy trong footprint:

Danh sách các hình dạng trong thư viện footprint

Lưu ý rằng một số hình dạng được liệt kê được mô tả là “Hình dạng đa giác được tạo từ các nguyên thủy trên…” Đây là các đường thẳng 2D và/hoặc cung thực sự tồn tại trong footprint. Cũng có “Hình dạng được tạo từ hình chữ nhật giới hạn trên…” Trong những trường hợp này, hệ thống đã xem xét bất kỳ đối tượng hiện có nào trên một lớp cụ thể (bao gồm cả các lớp đồng) và vẽ một hình chữ nhật xung quanh các điểm ngoài cùng.

Một bản xem trước hình dạng cơ bản được hiển thị trong khu vực xem trước bên phải (hộp màu hồng ở trên). Trong ví dụ BGA của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng "Hình dạng đa giác được tạo từ các nguyên thể trên TopOverlay," đó chính là đường viền silkscreen thực tế của chúng tôi.

Cột "Trạng thái Thân" chỉ ra liệu hình dạng đó đã được thêm vào linh kiện hay chưa. Nhấp vào liên kết "Không trong Linh kiện" sẽ chuyển đổi trạng thái của nó và thêm hình dạng đó vào linh kiện:

Cột trạng thái thân trong Quản lý Thân Linh kiện

Lưu ý rằng Trạng thái Thân đã thay đổi thành "Trong Linh kiện" và bản xem trước dấu chân bên trái giờ đây hiển thị hình dạng được chồng lên mẫu đất. Điều này giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan liệu chúng ta đã chọn hình dạng đúng hay không.

Cột "Chiều cao Tổng thể" thiết lập chiều cao thân, giống như khi chúng ta tạo Đa giác Nổi một cách thủ công trong ví dụ đầu tiên. Như trước, các trường khác, như màu sắc thân, là tùy chọn và có thể được thay đổi sau. Nhấp vào Đóng sẽ thêm hình dạng vào linh kiện, được hiển thị trong hình dưới đây:

Hình dạng đa giác

Công cụ -> Quản lý Thân 3D cho Thư viện… lệnh menu cung cấp quyền truy cập vào danh sách tất cả các thành phần trong thư viện. Nó cũng bao gồm một chế độ “Cập nhật Hàng loạt” để thêm hình dạng từ cùng một lớp của mọi thành phần trong thư viện. Ví dụ, có thể tất cả các dấu chân được tạo với một “hộp giới hạn” 2D trên một trong những lớp cơ khí. Đường viền đó có thể được thêm vào trong một quá trình hàng loạt cho tất cả (hoặc một số) các thành phần trong thư viện cùng một lúc.

THÊM THÂN 3D VÀO PCB

Nếu không có thư viện dấu chân PCB hiện có cho một bảng mạch cụ thể, hoặc nếu cần chỉnh sửa chiều cao hình dạng một lần, môi trường biên tập PCB cũng cung cấp các tính năng “Quản lý Thân 3D” tương tự. Đi tới Công cụ Quản lý Thân 3D cho Các Thành phần trên Bảng… hiển thị một hộp thoại tương tự như “Quản lý Thân 3D cho Thư viện.” Ngoài ra, bạn có thể thêm một Thân 3D vào một thành phần riêng lẻ bằng cách nhấp chuột phải vào thành phần và điều hướng đến Hành động Thành phần -> Quản lý Thân 3D trong menu. Các chức năng ở đó giống hệt như những chức năng được tìm thấy trong trình biên tập thư viện “.Quản lý Thân 3D cho Thành phần Hiện tại.”

Thông tin thêm về việc tạo và quản lý Thân 3D có thể được tìm thấy ở đây:

Hướng dẫn Tạo Thành phần Thư viện

Đối tượng OCB - Thân 3D