Die komplette Leiterplatte, die wir uns vorstellen, hat normalerweise eine regelmäßige rechteckige Form. Obwohl die meisten Designs tatsächlich rechteckig sind, erfordern viele Designs unregelmäßig geformte Leiterplatten, und solche Formen sind oft nicht einfach zu entwerfen. In diesem Artikel wird beschrieben, wie man unregelmäßig geformte Leiterplatten entwirft.

Heutzutage schrumpft die Größe von Leiterplatten ständig und gleichzeitig nehmen auch die Funktionen auf der Leiterplatte zu. Gepaart mit der Erhöhung der Taktrate wird das Design immer komplizierter. Werfen wir also einen Blick darauf, wie man mit Leiterplatten mit komplexeren Formen umgeht.

Wie in Abbildung 1 dargestellt, kann eine einfache PCI-Platinenform mit den meisten EDA-Layout-Tools problemlos erstellt werden.

Wenn jedoch die Leiterplattenform an ein komplexes Gehäuse mit Höhenbeschränkungen angepasst werden muss, ist dies für Leiterplattenentwickler nicht so einfach, da die Funktionen dieser Tools nicht mit denen mechanischer CAD-Systeme identisch sind. Die in Abbildung 2 dargestellte komplexe Leiterplatte wird hauptsächlich in explosionsgeschützten Gehäusen eingesetzt und unterliegt daher vielen mechanischen Einschränkungen. Die Wiederherstellung dieser Informationen im EDA-Tool kann lange dauern und ist nicht effektiv. Denn Maschinenbauingenieure haben wahrscheinlich das Gehäuse, die Leiterplattenform, die Position der Montagelöcher und die Höhenbeschränkungen erstellt, die der PCB-Designer benötigt.

Aufgrund des Bogens und Radius in der Leiterplatte kann die Rekonstruktionszeit länger als erwartet sein, selbst wenn die Leiterplattenform nicht kompliziert ist (wie in Abbildung 3 dargestellt).

Dies sind nur einige Beispiele für komplexe Leiterplattenformen. Bei den heutigen Unterhaltungselektronikprodukten werden Sie jedoch überrascht sein, dass viele Projekte versuchen, alle Funktionen in einem kleinen Paket unterzubringen, und dieses Paket ist nicht immer rechteckig. Denken Sie zunächst an Smartphones und Tablets, es gibt aber viele ähnliche Beispiele.

Wenn Sie den Mietwagen zurückgeben, können Sie möglicherweise zusehen, wie der Kellner die Fahrzeuginformationen mit einem Handscanner liest und dann drahtlos mit dem Büro kommuniziert. Das Gerät ist außerdem an einen Thermodrucker angeschlossen, um den Beleg sofort auszudrucken. Tatsächlich verwenden alle diese Geräte starre/flexible Leiterplatten (Abbildung 4), wobei herkömmliche Leiterplatten mit flexiblen Leiterplatten verbunden sind, sodass sie auf kleinem Raum gefaltet werden können.

Dann stellt sich die Frage: „Wie importiert man die definierten Maschinenbauspezifikationen in PCB-Designtools?“ Durch die Wiederverwendung dieser Daten in mechanischen Zeichnungen können Doppelarbeit und, was noch wichtiger ist, menschliche Fehler vermieden werden.

Wir können das DXF-, IDF- oder ProSTEP-Format verwenden, um alle Informationen in die PCB-Layout-Software zu importieren und so dieses Problem zu lösen. Dadurch kann viel Zeit gespart und mögliches menschliches Versagen vermieden werden. Als nächstes lernen wir diese Formate einzeln kennen.

DXF ist das älteste und am weitesten verbreitete Format, das hauptsächlich Daten zwischen mechanischen und PCB-Designbereichen elektronisch austauscht. AutoCAD hat es Anfang der 1980er Jahre entwickelt. Dieses Format wird hauptsächlich für den zweidimensionalen Datenaustausch verwendet. Die meisten PCB-Tool-Anbieter unterstützen dieses Format und es vereinfacht den Datenaustausch. Für den DXF-Import/Export sind zusätzliche Funktionen zur Steuerung der Ebenen, verschiedenen Elemente und Einheiten erforderlich, die im Austauschprozess verwendet werden. Abbildung 5 ist ein Beispiel für die Verwendung des PADS-Tools von Mentor Graphics zum Importieren einer sehr komplexen Leiterplattenform im DXF-Format:

Vor einigen Jahren tauchten erstmals 3D-Funktionen in PCB-Werkzeugen auf, sodass ein Format benötigt wird, das 3D-Daten zwischen Maschinen und PCB-Werkzeugen übertragen kann. Infolgedessen entwickelte Mentor Graphics das IDF-Format, das damals häufig zur Übertragung von Leiterplatten- und Komponenteninformationen zwischen Leiterplatten und mechanischen Werkzeugen verwendet wurde.

Während das DXF-Format die Platinengröße und -dicke enthält, verwendet das IDF-Format die X- und Y-Position der Komponente, die Komponentennummer und die Z-Achsenhöhe der Komponente. Dieses Format verbessert die Fähigkeit, die Leiterplatte in einer dreidimensionalen Ansicht darzustellen, erheblich. Die IDF-Datei kann auch andere Informationen über den Sperrbereich enthalten, beispielsweise Höhenbeschränkungen an der Ober- und Unterseite der Leiterplatte.

Das System muss in der Lage sein, den in der IDF-Datei enthaltenen Inhalt auf ähnliche Weise wie die DXF-Parametereinstellung zu steuern, wie in Abbildung 6 dargestellt. Wenn einige Komponenten keine Höheninformationen haben, kann der IDF-Export die fehlenden Informationen während der Erstellung hinzufügen Verfahren.

Ein weiterer Vorteil der IDF-Schnittstelle besteht darin, dass beide Parteien die Komponenten an einen neuen Ort verschieben oder die Platinenform ändern und dann eine andere IDF-Datei erstellen können. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass die gesamte Datei, die die Platinen- und Komponentenänderungen darstellt, erneut importiert werden muss, was in manchen Fällen aufgrund der Dateigröße sehr lange dauern kann. Darüber hinaus ist es insbesondere bei größeren Leiterplatten schwierig zu ermitteln, welche Änderungen mit der neuen IDF-Datei vorgenommen wurden. IDF-Benutzer können schließlich benutzerdefinierte Skripts erstellen, um diese Änderungen festzustellen.

Um 3D-Daten besser übertragen zu können, suchten Designer nach einer verbesserten Methode, und so entstand das STEP-Format. Das STEP-Format kann die Platinengröße und das Bauteillayout vermitteln, aber was noch wichtiger ist: Das Bauteil ist keine einfache Form mehr mit nur einem Höhenwert. Das STEP-Komponentenmodell bietet eine detaillierte und komplexe Darstellung von Komponenten in dreidimensionaler Form. Sowohl Leiterplatten- als auch Bauteilinformationen können zwischen Leiterplatte und Maschine übertragen werden. Allerdings gibt es noch keinen Mechanismus, um Änderungen zu verfolgen.

Um den Austausch von STEP-Dateien zu verbessern, haben wir das ProSTEP-Format eingeführt. Dieses Format kann dieselben Daten wie IDF und STEP verschieben und bietet große Verbesserungen: Es kann Änderungen verfolgen und bietet außerdem die Möglichkeit, im ursprünglichen System des Subjekts zu arbeiten und alle Änderungen nach der Festlegung einer Baseline zu überprüfen. Leiterplatten- und Maschinenbauingenieure können nicht nur Änderungen anzeigen, sondern auch alle oder einzelne Komponentenänderungen im Layout und in der Platinenform genehmigen. Sie können auch andere Platinengrößen oder Komponentenpositionen vorschlagen. Diese verbesserte Kommunikation führt zu einer ECO (Engineering Change Order), die es zwischen ECAD und der Mechanikgruppe noch nie gab (Abbildung 7).

Heutzutage unterstützen die meisten ECAD- und mechanischen CAD-Systeme die Verwendung des ProSTEP-Formats zur Verbesserung der Kommunikation, wodurch viel Zeit gespart und kostspielige Fehler reduziert werden, die durch komplexe elektromechanische Konstruktionen verursacht werden können. Noch wichtiger ist, dass Ingenieure eine komplexe Leiterplattenform mit zusätzlichen Einschränkungen erstellen und diese Informationen dann elektronisch übertragen können, um zu verhindern, dass jemand die Leiterplattengröße falsch interpretiert, und so Zeit spart.

Wenn Sie diese DXF-, IDF-, STEP- oder ProSTEP-Datenformate nicht zum Austausch von Informationen verwendet haben, sollten Sie deren Verwendung überprüfen. Erwägen Sie die Nutzung dieses elektronischen Datenaustauschs, um keine Zeit mehr mit der Nachbildung komplexer Leiterplattenformen zu verschwenden.