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不規(guī)則外形電路板的PCB設(shè)計(jì)方法

發(fā)布時(shí)間 :2016-08-17 10:19 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
我們預(yù)想中的完整PCB通常都是規(guī)整的矩形外形。雖然大多數(shù)PCB設(shè)計(jì)確實(shí)是矩形的,但是也有部分PCB需要設(shè)計(jì)成不規(guī)則外形,而這類外形往往不太容易設(shè)計(jì)。本文就為大家介紹如何設(shè)計(jì)不規(guī)則外形的PCB。
如今,PCB的尺寸在不斷縮小,而電路板中的功能也越來越多,再加上時(shí)鐘速度的提高,PCB設(shè)計(jì)也就變得愈加復(fù)雜了。那么,讓我們來看看該如何處理外形更為復(fù)雜的電路板。

一、簡單電路板外形創(chuàng)建
如圖1所示,簡單PCI電路板外形可以很容易地在大多數(shù)EDA Layout工具中進(jìn)行創(chuàng)建。
常見PCI電路板的外形-深圳宏力捷
圖1:常見PCI電路板的外形。

二、特定機(jī)械規(guī)范電路板PCB設(shè)計(jì)
然而,當(dāng)電路板外形需要適應(yīng)具有高度限制的復(fù)雜外殼時(shí),對(duì)于PCB設(shè)計(jì)人員來說就沒那么容易了,因?yàn)檫@些工具中的功能與機(jī)械CAD系統(tǒng)的功能并不一樣。圖2中所示的復(fù)雜電路板主要用于防爆外殼,因此受到諸多機(jī)械限制。想要在EDA工具中重建此信息可能需要很長時(shí)間而且并不具有成效。因?yàn)椋瑱C(jī)械工程師很有可能已經(jīng)創(chuàng)建了PCB設(shè)計(jì)人員所需的外殼、電路板外形、安裝孔位置和高度限制。
根據(jù)特定的機(jī)械規(guī)范設(shè)計(jì)PCB,以便其能放入防爆容器中-深圳宏力捷
圖2:在本示例中,必須根據(jù)特定的機(jī)械規(guī)范設(shè)計(jì)PCB,以便其能放入防爆容器中。

三、弧形電路板PCB設(shè)計(jì)特點(diǎn)
由于電路板中存在弧度和半徑,因此即使電路板外形并不復(fù)雜(如圖3中所示),重建時(shí)間也可能比預(yù)期時(shí)間要長。
由于電路板中存在弧度和半徑,因此即使電路板外形并不復(fù)雜,重建時(shí)間也可能比預(yù)期時(shí)間要長
圖3:設(shè)計(jì)多個(gè)弧度和不同的半徑曲線可能需要很長時(shí)間。

四、柔性電路板PCB設(shè)計(jì)特點(diǎn)
這些僅僅是復(fù)雜電路板外形的幾個(gè)例子。然而,從當(dāng)今的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中,您會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)有很多工程都試圖在一個(gè)小型封裝中加入所有的功能,而這個(gè)封裝并不總是矩形的。您最先想到的應(yīng)該是智能手機(jī)和平板電腦,但其實(shí)還有很多類似的例子。
如果您返還租來的汽車,那么可能可以看到服務(wù)員用手持掃描儀讀取汽車信息,然后與辦公室進(jìn)行無線通信。該設(shè)備還連接了用于即時(shí)收據(jù)打印的熱敏打印機(jī)。事實(shí)上,所有這些設(shè)備都采用剛性/柔性電路板(圖4),其中傳統(tǒng)的PCB電路板與柔性印刷電路互連,以便能夠折疊成小空間。
剛性/柔性電路板允許最大限度地利用可用空間-深圳宏力捷
圖4:剛性/柔性電路板允許最大限度地利用可用空間。

五、復(fù)雜外形電路板PCB設(shè)計(jì)方法
那么,問題是“如何將已定義的機(jī)械工程規(guī)范導(dǎo)入到PCB設(shè)計(jì)工具中呢?”在機(jī)械圖紙中復(fù)用這些數(shù)據(jù)可以消除重復(fù)工作,更重要的是還可以消除人為錯(cuò)誤。
我們可以使用DXF、IDF或Pro STEP格式將所有信息導(dǎo)入到PCB Layout軟件中,從而解決此問題。這樣做既可以節(jié)省大量時(shí)間,還可以消除可能出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤。接下來,我們將逐一了解這些格式。
圖形交換格式—DXF
DXF是一種沿用時(shí)間最久、使用最為廣泛的格式,主要通過電子方式在機(jī)械和PCB設(shè)計(jì)域之間交換數(shù)據(jù)。AutoCAD在20世紀(jì)80年代初將其開發(fā)出來。這種格式主要用于二維數(shù)據(jù)交換。大多數(shù)PCB工具供應(yīng)商都支持此格式,而它確實(shí)也簡化了數(shù)據(jù)交換。DXF導(dǎo)入/導(dǎo)出需要額外的功能來控制將在交換過程中使用的層、不同實(shí)體和單元。圖5就是使用Mentor Graphics的PADS工具以DXF格式導(dǎo)入非常復(fù)雜的電路板外形的一個(gè)示例:
PCB設(shè)計(jì)工具(如這里介紹的PADS)需要能夠使用DXF格式控制所需的各種參數(shù)-深圳宏力捷
圖5:PCB設(shè)計(jì)工具(如這里介紹的PADS)需要能夠使用DXF格式控制所需的各種參數(shù)。
 
幾年前,三維功能開始出現(xiàn)在PCB工具中,于是需要一種能在機(jī)械和PCB工具之間傳送三維數(shù)據(jù)的格式。由此,Mentor Graphics開發(fā)出了IDF格式,隨后該格式被廣泛用于在PCB和機(jī)械工具之間傳輸電路板和元器件信息。
雖然DXF格式包含電路板尺寸和厚度,但是IDF格式使用元件的X和Y位置、元件位號(hào)以及元件的Z軸高度。這種格式大大改善了在三維視圖中可視化PCB的功能。IDF文件中可能還會(huì)納入有關(guān)禁布區(qū)的其他信息,例如電路板頂部和底部的高度限制。
系統(tǒng)需要能夠以與DXF參數(shù)設(shè)置類似的方式,來控制IDF文件中將包含的內(nèi)容,如圖6中所示。如果某些元器件沒有高度信息,IDF導(dǎo)出能夠在創(chuàng)建過程中添加缺少的信息。
可以在PCB設(shè)計(jì)工具(此示例為PADS)中設(shè)置參數(shù)-深圳宏力捷
圖6:可以在PCB設(shè)計(jì)工具(此示例為PADS)中設(shè)置參數(shù)。
IDF界面的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,任何一方都可以將元器件移動(dòng)到新位置或更改電路板外形,然后創(chuàng)建一個(gè)不同的IDF文件。這種方法的缺點(diǎn)是,需要重新導(dǎo)入表示電路板和元器件更改的整個(gè)文件,并且在某些情況下,由于文件大小可能需要很長時(shí)間。此外,很難通過新的IDF文件確定進(jìn)行了哪些更改,特別是在較大的電路板上。IDF的用戶最終可創(chuàng)建自定義腳本來確定這些更改。
STEP和Pro STEP
 
為了更好地傳送三維數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)人員都在尋找一種改良方式,STEP格式應(yīng)運(yùn)而生。STEP格式可以傳送電路板尺寸和元器件布局,但更重要的是,元器件不再是具有一個(gè)僅具有高度值的簡單外形。STEP元器件模型以三維形式對(duì)元件進(jìn)行了詳細(xì)而復(fù)雜的表示。電路板和元器件信息都可以在PCB和機(jī)械之間進(jìn)行傳遞。然而,仍然沒有可以進(jìn)行跟蹤更改的機(jī)制。
為了改進(jìn)STEP文件交換,我們引入了Pro STEP格式。這種格式可移動(dòng)與IDF和STEP相同的數(shù)據(jù),并且具有很大的改進(jìn)–它可以跟蹤更改,也可以提供在學(xué)科原始系統(tǒng)中工作及在建立基準(zhǔn)后審查任何更改的功能。除了查看更改之外,PCB和機(jī)械工程師還可以批準(zhǔn)布局、電路板外形修改中的所有或單個(gè)元器件更改。他們還可以提出不同的電路板尺寸或元器件位置建議。這種經(jīng)改進(jìn)的溝通在ECAD與機(jī)械組之間建立了一個(gè)以前從未存在的ECO(工程變更單)(圖7)。
建議更改、在原始工具上查看更改、批準(zhǔn)更改或提出不同建議-深圳宏力捷
圖7:建議更改、在原始工具上查看更改、批準(zhǔn)更改或提出不同建議。
現(xiàn)在,大多數(shù)ECAD和機(jī)械CAD系統(tǒng)都支持使用Pro STEP格式來改進(jìn)溝通,從而節(jié)省大量時(shí)間并減少復(fù)雜的機(jī)電設(shè)計(jì)可能帶來的代價(jià)高昂的錯(cuò)誤。更重要的是,工程師可以創(chuàng)建一個(gè)具有額外限制的復(fù)雜電路板外形,然后通過電子方式傳遞此信息,以避免有人錯(cuò)誤地重新詮釋電路板尺寸,從而達(dá)到節(jié)省時(shí)間的目的。
 
六、不規(guī)則外形電路板的PCB設(shè)計(jì)總結(jié)
如果您還沒有使用過這些DXF、IDF、STEP或ProSTEP數(shù)據(jù)格式交換信息,則您應(yīng)檢查他們的使用情況??梢钥紤]使用這種電子數(shù)據(jù)交換,停止浪費(fèi)時(shí)間來重新創(chuàng)建復(fù)雜的電路板外形。


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