Cách Sử Dụng ECAD-MCAD Co-Design cho Thiết Kế Vỏ PCB và Bố Cục Bảng Mạch

Bảng mạch in (PCB) rất thú vị để thiết kế và bố trí, nhưng một PCB sẽ cần một vỏ để giữ cho nó ổn định về mặt cơ học. Vỏ PCB có thể được mua sẵn, hoặc bạn có thể tạo một thiết kế vỏ tùy chỉnh bằng phần mềm MCAD. Dù bạn chọn phương án nào để tạo vỏ, bạn sẽ cần nhập bố cục PCB của mình vào các công cụ MCAD để đảm bảo bảng mạch và các linh kiện không gây cản trở cho vỏ.

Khi làm việc với bố cục phức tạp, hệ thống nhiều bảng mạch hoặc PCB linh hoạt, bạn sẽ cần truy cập nhanh vào phần mềm MCAD để kiểm tra sự can thiệp giữa thiết kế vỏ PCB, các linh kiện điện tử và bảng mạch của bạn. Altium chứa các công cụ MCAD bạn cần để kiểm tra sự can thiệp cơ học khi thiết kế bảng mạch và thiết kế vỏ tùy chỉnh, đồng thời bao gồm bộ tính năng mạnh mẽ nhất cho thiết kế PCB. Các nhà thiết kế có thể tạo các bảng mạch phức tạp cho bất kỳ ứng dụng nào cùng với vỏ của chúng.

Cách thiết kế vỏ PCB và bố cục để tránh can thiệp

Khi bạn cần thiết kế vỏ xung quanh bố cục PCB và ngăn sự can thiệp giữa các linh kiện, bạn có một số lựa chọn để đảm bảo độ chính xác trong thiết kế:

• Xuất bố cục PCB của bạn dưới dạng tệp STEP và nhập vào ứng dụng MCAD để thiết kế vỏ
• Xuất vỏ của bạn dưới dạng tệp STEP và nhập vào phần mềm ECAD của bạn

Altium hỗ trợ cả hai quy trình như một phần của việc bố trí PCB và thiết kế vỏ. Tuy nhiên, khi bạn cần tránh sự can thiệp, bạn có thể nhập tệp STEP vào dự án PCB của mình và kiểm tra sự can thiệp theo cách thủ công hoặc tự động. Các định nghĩa quy tắc thiết kế có thể được sử dụng để kiểm tra vị trí linh kiện có bị cản trở với vỏ PCB trong 3D hay không để xác định khi nào cần di chuyển các linh kiện trên PCB.

Kiểm tra khoảng cách và va chạm trong 3D với Altium

Thật không may, các nhà thiết kế PCB cần kỹ sư cơ khí hoặc phần mềm MCAD để thực hiện các thay đổi đối với vỏ hiện có hoặc thiết kế vỏ tùy chỉnh cho PCB. Các thiết kế vỏ này yêu cầu một phương pháp đồng thiết kế ECAD-MCAD giữa các lĩnh vực điện và cơ khí.

Thiết kế vỏ PCB tùy chỉnh yêu cầu hợp tác ECAD-MCAD

Đối với nhiều sản phẩm, việc tạo trải nghiệm người dùng mong muốn đòi hỏi sự đồng thiết kế giữa các nhà thiết kế cơ khí và điện. Sự tương tác giữa các lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và điện tạo ra hai cách tiếp cận để xác định các ràng buộc trong không gian thiết kế.

• Phương pháp cơ khí trước: Vỏ mong muốn được xác định trước và được sử dụng làm ràng buộc chính cho kích thước bảng, kích thước linh kiện và vị trí linh kiện.
• Phương pháp điện trước: Kích thước PCB được xác định trước, đôi khi chỉ được hoàn thiện sau khi bố cục hoàn tất. Khi bố cục xong, kỹ sư cơ khí xây dựng xung quanh PCB.

Phương pháp điện trước dễ dàng hơn nhiều vì nó cho phép kỹ sư điện tự do lựa chọn và đặt các linh kiện xung quanh bố cục PCB. Khi điều đó hoàn tất, kỹ sư cơ khí lấy mô hình thiết kế đã hoàn thiện và xây dựng thiết kế vỏ tùy chỉnh xung quanh nó. Về cơ bản, đây là phương pháp “thác nước” đưa chúng ta trở lại thời kỳ kỹ thuật “over-the-wall”.

Các thiết kế này có thể trông đơn giản, và thiết kế tùy chỉnh thường giống như một chiếc hộp, bao quanh các linh kiện PCB với khoảng cách tối thiểu cho các bức tường vỏ.

Khi sản phẩm cần trải nghiệm chức năng và thẩm mỹ độc đáo hơn, phương pháp cơ khí trước chiếm ưu thế. Điều đó có nghĩa là các nhóm thiết kế sẽ cần một phương pháp đồng thiết kế, trong đó các ràng buộc được xác định ban đầu trong phần mềm MCAD thay vì trong bố cục PCB.

Đồng thiết kế MCAD cho vỏ PCB

Một quy trình quan trọng để phát triển vỏ PCB là đồng thiết kế MCAD, nơi các kỹ sư cơ khí và điện lặp đi lặp lại để phát triển PCB và vỏ của nó. Quy trình này được sử dụng với các vỏ PCB phức tạp, có thể có hình dạng phức tạp và thậm chí tích hợp nhiều PCB trong cùng một cụm lắp ráp.

Đối với các kỹ sư cơ khí, phương pháp đồng thiết kế MCAD mang lại nhiều lợi ích, quan trọng nhất là khả năng xác định các ràng buộc cho kỹ sư điện. Đặt các ràng buộc trên bố cục PCB có nghĩa là thiết lập nhiều yếu tố cần thiết để PCB được gắn và phù hợp với vỏ, chẳng hạn như:

• Kích thước tổng thể và các thông số PCB
• Độ dày tổng thể của PCB
• Vị trí các vùng cấm, bao gồm các vùng cấm theo chiều cao
• Vị trí các lỗ gắn, cắt, hoặc rãnh
• Vị trí các linh kiện cụ thể, thường là các đầu nối
• Lập kế hoạch và mô hình hóa các đường dây và cáp

Lập kế hoạch các yếu tố này trước sẽ giới hạn nhà thiết kế bảng mạch, nhưng cũng đảm bảo thiết kế của họ phù hợp với vỏ mong muốn. Thông thường, sau khi đặt linh kiện, mô hình 3D của PCB với các linh kiện được xem xét để kiểm tra sự vừa vặn với vỏ.

Khoảng cách và sự can thiệp của vỏ có thể được kiểm tra trong 3D bằng bộ công cụ MCAD tích hợp của Altium.

Khi các ràng buộc này đã được xác định, kỹ sư cơ khí có thể tập trung vào việc xây dựng vỏ và lập kế hoạch cho quy trình chế tạo. Trong khi đó, nhà thiết kế PCB có thể tập trung vào việc tạo bố cục PCB nằm trong các ràng buộc này. Cần thực hiện các đánh giá định kỳ về vị trí linh kiện để đảm bảo các ràng buộc cơ khí không bị vi phạm trong bố cục PCB. Việc này có thể được thực hiện qua quy trình push-pull tiêu chuẩn thông qua nền tảng đám mây như Altium.

Vỏ PCB có sẵn (Off-the-Shelf)

Có nhiều tùy chọn vỏ PCB có sẵn với nhiều tính năng khác nhau. Điều này làm cho các vỏ có sẵn hữu ích trong nhiều bối cảnh, đặc biệt là trong trường hợp nguyên mẫu hoặc sản xuất nhanh với khối lượng thấp đến trung bình. Những vỏ này cung cấp một giải pháp ra thị trường nhanh chóng, có thể thích ứng với nhiều thiết kế. Các vỏ này thường hoàn chỉnh với các trụ gắn, lỗ thông hơi, lỗ ren cho ốc vít, các lỗ mở cho dây cáp hoặc đầu nối, và các khe thông gió. Một số vỏ có sẵn cũng có chỉ số IP cao, và khi kết hợp với đầu nối panel-mount hoặc chassis-mount có cùng mức độ, chúng cho phép tạo ra hệ thống độ tin cậy cao có thể chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Một ví dụ về vỏ PCB từ Polycase được hiển thị dưới đây. Những vỏ này phù hợp với nhiều thiết kế, bao gồm hệ thống kỹ thuật số, hệ thống nhúng và các hệ thống điện tử công suất nhỏ.

Nhà cung cấp vỏ PCB có sẵn thường cung cấp mô hình cơ khí 3D của vỏ, có thể được sử dụng để xác định các ràng buộc cho PCB. Sử dụng mô hình 3D cho vỏ và xuất ra đường viền 2D cho bảng mạch tuân theo phương pháp MCAD-first khi thiết kế với vỏ PCB và yêu cầu gói phần mềm MCAD. Dựa trên mô hình 3D, nhà thiết kế MCAD có thể vẽ đường viền PCB phù hợp với vỏ và tương thích với bất kỳ trụ gắn hoặc standoff nào. Người dùng CAD cũng có thể cung cấp thông số độ dày bảng bên trong mô hình vỏ và chuyển thông tin này cho nhà thiết kế PCB.

Trong khi việc chuyển DXF thường là phương pháp tiêu chuẩn để xác định hình học bảng mạch, người dùng phần mềm MCAD cũng có thể đẩy trực tiếp hình học bảng mạch vào phần mềm ECAD như Altium. Việc đẩy trực tiếp vào PCB loại bỏ trao đổi tệp và đảm bảo nhà thiết kế luôn có thông số cơ khí chính xác cho PCB.

Hợp tác ECAD-MCAD với Altium

Altium biến đổi hợp tác ECAD-MCAD bằng cách cung cấp nền tảng đám mây thống nhất loại bỏ tắc nghẽn trao đổi tệp truyền thống. Nền tảng cho phép đồng bộ hóa thời gian thực giữa các nhóm thiết kế điện và cơ khí, với việc chia sẻ liền mạch các bố cục PCB, mô hình linh kiện và ràng buộc vỏ.

Kỹ sư cơ khí có thể đẩy các thông số hình học bảng trực tiếp vào Altium. Kỹ sư điện có thể chia sẻ bố cục cập nhật mà không cần chuyển tệp thủ công. Tích hợp ECAD và MCAD hỗ trợ đồng thiết kế lặp đi lặp lại, đơn giản hóa việc thiết kế các vỏ phức tạp.

Làm việc với bố cục PCB 3D phức tạp trong Altium

Khi bạn làm việc với bố cục phức tạp, hệ thống nhiều bảng hoặc PCB linh hoạt, bạn sẽ cần truy cập nhanh các công cụ MCAD để kiểm tra sự can thiệp giữa vỏ PCB, các linh kiện điện tử và bảng mạch. Altium chứa các công cụ ECAD và MCAD cần thiết để kiểm tra sự can thiệp cơ học khi bạn thiết kế bảng mạch và vỏ, đồng thời bao gồm bộ tính năng mạnh mẽ nhất cho thiết kế bảng mạch. Các nhà thiết kế có thể tạo các bảng mạch phức tạp cho bất kỳ ứng dụng nào cùng với vỏ của chúng.

Altium là nền tảng thiết kế PCB duy nhất cung cấp đầy đủ các tính năng ECAD và MCAD cho mọi ứng dụng điện tử. Dù bạn đang thiết kế PCB đơn giản hay hệ thống nhiều bảng phức tạp, Altium đều cung cấp các tính năng thiết kế điện và cơ khí cần thiết để tạo ra công nghệ tiên tiến.

Altium mang đến mức độ tích hợp chưa từng có cho ngành điện tử, trước đây chỉ thấy trong phát triển phần mềm, cho phép các nhà thiết kế cộng tác an toàn và đạt hiệu quả chưa từng có.

Sẵn sàng tối ưu hóa quy trình làm việc ECAD-MCAD của bạn? Bắt đầu cộng tác ngay hôm nay!