私たちが想定する完全な PCB は通常、規則的な長方形の形状です。実際、ほとんどの設計は長方形ですが、多くの設計では不規則な形状の回路基板が必要であり、そのような形状は設計が容易ではないことがよくあります。この記事では、不規則な形状の PCB を設計する方法について説明します。
現在、PCB のサイズは縮小の一途をたどっており、回路基板内の機能も増加しています。クロック速度の向上と相まって、設計はますます複雑になっています。そこで、より複雑な形状の回路基板を扱う方法を見てみましょう。
図 1 に示すように、単純な PCI ボード形状は、ほとんどの EDA レイアウト ツールで簡単に作成できます。
しかし、高さ制限のある複雑な筐体に回路基板の形状を適合させる必要がある場合、これらのツールの機能が機械 CAD システムの機能と同じではないため、PCB 設計者にとってそれはそれほど簡単ではありません。図 2 に示す複雑な回路基板は主に防爆エンクロージャで使用されるため、多くの機械的制限を受けます。 EDA ツールでこの情報を再構築すると、時間がかかる可能性があり、効果的ではありません。なぜなら、機械エンジニアは、PCB 設計者が要求するエンクロージャ、回路基板の形状、取り付け穴の位置、および高さの制限を作成している可能性が高いからです。
回路基板の形状が複雑でない場合でも、回路基板の円弧と半径により、再構築時間が予想より長くなる可能性があります (図 3 を参照)。
これらは、複雑な回路基板形状のほんの一例です。しかし、今日の家電製品を見ると、小さなパッケージにすべての機能を追加しようとするプロジェクトが多く、そのパッケージが必ずしも長方形であるとは限らないことに驚かれるでしょう。まずスマートフォンやタブレットを思い浮かべると思いますが、同様の例はたくさんあります。
レンタカーを返却すると、ウェイターがハンドヘルドスキャナーで車の情報を読み取り、オフィスと無線で通信する様子が見られるかもしれません。このデバイスはサーマル プリンタにも接続されており、レシートを即座に印刷できます。実際、これらのデバイスはすべてリジッド/フレキシブル回路基板を使用しており (図 4)、従来の PCB 回路基板はフレキシブル プリント回路と相互接続されているため、小さなスペースに折りたたむことができます。
次に、問題は「定義された機械工学仕様を PCB 設計ツールにどのようにインポートするか?」ということです。これらのデータを機械図面で再利用すると、作業の重複を排除でき、さらに重要なことに、人的ミスを排除できます。
この問題を解決するには、DXF、IDF、または ProSTEP 形式を使用してすべての情報を PCB レイアウト ソフトウェアにインポートできます。そうすることで時間を大幅に節約し、人的ミスの可能性を排除できます。次に、これらの形式について 1 つずつ学習していきます。
DXF は最も古く、最も広く使用されている形式で、主に機械設計ドメインと PCB 設計ドメインの間でデータを電子的に交換します。 AutoCAD は 1980 年代初頭に開発しました。この形式は主に 2 次元のデータ交換に使用されます。ほとんどの PCB ツール ベンダーはこの形式をサポートしており、データ交換が簡素化されます。 DXF インポート/エクスポートには、交換プロセスで使用されるレイヤー、さまざまなエンティティ、ユニットを制御するための追加機能が必要です。図 5 は、Mentor Graphics の PADS ツールを使用して、非常に複雑な回路基板形状を DXF 形式でインポートする例です。
数年前から PCB ツールに 3D 機能が搭載されるようになり、機械と PCB ツールの間で 3D データを転送できるフォーマットが必要になりました。その結果、メンター・グラフィックスは IDF フォーマットを開発し、その後、このフォーマットは PCB と機械ツールの間で回路基板およびコンポーネントの情報を転送するために広く使用されました。
DXF 形式には基板のサイズと厚さが含まれますが、IDF 形式では部品の X および Y 位置、部品番号、および部品の Z 軸の高さが使用されます。この形式により、PCB を 3 次元ビューで視覚化する機能が大幅に向上します。 IDF ファイルには、回路基板の上部と下部の高さ制限など、制限領域に関する他の情報も含まれる場合があります。
システムは、図 6 に示すように、DXF パラメータ設定と同様の方法で IDF ファイルに含まれるコンテンツを制御できる必要があります。一部のコンポーネントに高さ情報がない場合、IDF エクスポートは作成中に不足している情報を追加できます。プロセス。
IDF インターフェイスのもう 1 つの利点は、どちらの側でもコンポーネントを新しい場所に移動したり、基板の形状を変更したりして、別の IDF ファイルを作成できることです。この方法の欠点は、ボードとコンポーネントの変更を表すファイル全体を再インポートする必要があり、場合によってはファイル サイズが原因で長い時間がかかる可能性があることです。さらに、特に大型の回路基板では、新しい IDF ファイルでどのような変更が加えられたかを判断するのは困難です。 IDF ユーザーは最終的にカスタム スクリプトを作成して、これらの変更を決定できるようになります。
3D データをより適切に送信するために、設計者は改善された方法を模索し、STEP 形式が誕生しました。 STEP 形式は基板のサイズとコンポーネントのレイアウトを伝えることができますが、さらに重要なのは、コンポーネントが高さの値だけを持つ単純な形状ではなくなっていることです。 STEP コンポーネント モデルは、コンポーネントを 3 次元形式で詳細かつ複雑に表現します。回路基板とコンポーネントの情報は両方とも、PCB と機械の間で転送できます。ただし、変更を追跡するメカニズムはまだありません。
STEP ファイルの交換を改善するために、ProSTEP 形式を導入しました。この形式は IDF および STEP と同じデータを移動でき、変更を追跡でき、ベースラインを確立した後に対象の元のシステムで作業して変更をレビューする機能も提供するなど、大幅な改善が施されています。 PCB および機械エンジニアは、変更を表示するだけでなく、レイアウトのすべてまたは個々のコンポーネントの変更や基板形状の変更を承認することもできます。また、さまざまな基板サイズやコンポーネントの位置を提案することもできます。この改善されたコミュニケーションにより、ECAD と機械グループの間にこれまで存在しなかった ECO (エンジニアリング変更指示) が確立されます (図 7)。
現在、ほとんどの ECAD および機械 CAD システムは、通信を改善するために ProSTEP フォーマットの使用をサポートしています。これにより、時間を大幅に節約し、複雑な電気機械設計によって引き起こされる可能性のあるコストのかかるエラーを削減します。さらに重要なことは、エンジニアが追加の制限を加えた複雑な回路基板の形状を作成し、その情報を電子的に送信することで、誰かが誤って基板サイズを再解釈するのを防ぎ、時間を節約できることです。
情報交換にこれらの DXF、IDF、STEP、または ProSTEP データ形式を使用したことがない場合は、その使用方法を確認する必要があります。複雑な回路基板の形状を再作成するための時間を無駄にしないために、この電子データ交換の使用を検討してください。