PCB ที่สมบูรณ์ที่เราจินตนาการไว้มักจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าปกติ แม้ว่าการออกแบบส่วนใหญ่จะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า แต่การออกแบบจำนวนมากจำเป็นต้องใช้แผงวงจรที่มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ และรูปร่างดังกล่าวมักจะออกแบบได้ไม่ง่าย บทความนี้จะอธิบายวิธีการออกแบบ PCB ที่มีรูปร่างผิดปกติ

ในปัจจุบัน ขนาดของ PCB หดตัวลงเรื่อยๆ และฟังก์ชันในแผงวงจรก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ประกอบกับความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่เพิ่มขึ้น การออกแบบจึงมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ลองมาดูวิธีจัดการกับแผงวงจรที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนมากขึ้น

ดังแสดงในรูปที่ 1 รูปร่างบอร์ด PCI แบบธรรมดาสามารถสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายในเครื่องมือเค้าโครง EDA ส่วนใหญ่

อย่างไรก็ตาม เมื่อจำเป็นต้องปรับรูปร่างของแผงวงจรให้เข้ากับกล่องที่ซับซ้อนซึ่งมีข้อจำกัดด้านความสูง นักออกแบบ PCB ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายนัก เนื่องจากฟังก์ชันในเครื่องมือเหล่านี้ไม่เหมือนกับฟังก์ชันของระบบ CAD แบบกลไก แผงวงจรที่ซับซ้อนที่แสดงในรูปที่ 2 ส่วนใหญ่ใช้ในตู้ป้องกันการระเบิด ดังนั้นจึงมีข้อจำกัดทางกลหลายประการ การสร้างข้อมูลนี้ใหม่ในเครื่องมือ EDA อาจใช้เวลานานและไม่มีประสิทธิผล เนื่องจากวิศวกรเครื่องกลมีแนวโน้มที่จะสร้างกล่องหุ้ม รูปทรงของแผงวงจร ตำแหน่งรูยึด และข้อจำกัดด้านความสูงที่กำหนดโดยผู้ออกแบบ PCB

เนื่องจากส่วนโค้งและรัศมีในแผงวงจร ระยะเวลาในการสร้างใหม่อาจนานกว่าที่คาดไว้ แม้ว่ารูปร่างของแผงวงจรจะไม่ซับซ้อนก็ตาม (ดังแสดงในรูปที่ 3)

นี่เป็นเพียงตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ของรูปทรงแผงวงจรที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม จากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคในปัจจุบัน คุณจะแปลกใจที่พบว่าหลายโครงการพยายามเพิ่มฟังก์ชันทั้งหมดลงในแพ็คเกจขนาดเล็ก และแพ็คเกจนี้ไม่ได้เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเสมอไป คุณควรนึกถึงสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตก่อน แต่มีตัวอย่างที่คล้ายกันมากมาย

หากคุณคืนรถเช่า คุณอาจเห็นพนักงานเสิร์ฟอ่านข้อมูลรถด้วยเครื่องสแกนมือถือ จากนั้นจึงสื่อสารกับสำนักงานแบบไร้สาย อุปกรณ์ยังเชื่อมต่อกับเครื่องพิมพ์เทอร์มอลเพื่อการพิมพ์ใบเสร็จทันที ในความเป็นจริง อุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้ใช้แผงวงจรแบบแข็ง/แบบยืดหยุ่น (รูปที่ 4) โดยที่แผงวงจร PCB แบบดั้งเดิมจะเชื่อมต่อกับวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น เพื่อให้สามารถพับเก็บในพื้นที่ขนาดเล็กได้

คำถามก็คือ “จะนำเข้าข้อกำหนดทางวิศวกรรมเครื่องกลที่กำหนดไว้ไปยังเครื่องมือออกแบบ PCB ได้อย่างไร” การนำข้อมูลเหล่านี้มาใช้ซ้ำในการเขียนแบบเครื่องกลสามารถขจัดความซ้ำซ้อนของงาน และที่สำคัญกว่านั้นคือกำจัดข้อผิดพลาดของมนุษย์

เราสามารถใช้รูปแบบ DXF, IDF หรือ ProSTEP เพื่อนำเข้าข้อมูลทั้งหมดไปยังซอฟต์แวร์เค้าโครง PCB เพื่อแก้ไขปัญหานี้ การทำเช่นนี้สามารถประหยัดเวลาได้มากและขจัดข้อผิดพลาดของมนุษย์ที่อาจเกิดขึ้นได้ ต่อไป เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับรูปแบบเหล่านี้ทีละรายการ

DXF เป็นรูปแบบที่เก่าแก่ที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งส่วนใหญ่จะแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างโดเมนการออกแบบเครื่องกลและ PCB ทางอิเล็กทรอนิกส์ AutoCAD พัฒนาขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1980 รูปแบบนี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลสองมิติ ผู้จำหน่ายเครื่องมือ PCB ส่วนใหญ่รองรับรูปแบบนี้ และทำให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลง่ายขึ้น การนำเข้า/ส่งออก DXF จำเป็นต้องมีฟังก์ชันเพิ่มเติมเพื่อควบคุมเลเยอร์ เอนทิตีและหน่วยต่างๆ ที่จะใช้ในกระบวนการแลกเปลี่ยน รูปที่ 5 คือตัวอย่างการใช้เครื่องมือ PADS ของ Mentor Graphics เพื่อนำเข้ารูปร่างแผงวงจรที่ซับซ้อนมากในรูปแบบ DXF:

เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ฟังก์ชัน 3D เริ่มปรากฏในเครื่องมือ PCB ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีรูปแบบที่สามารถถ่ายโอนข้อมูล 3D ระหว่างเครื่องจักรและเครื่องมือ PCB ได้ ด้วยเหตุนี้ Mentor Graphics จึงได้พัฒนารูปแบบ IDF ซึ่งตอนนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในการถ่ายโอนข้อมูลแผงวงจรและส่วนประกอบระหว่าง PCB และเครื่องมือกล

แม้ว่ารูปแบบ DXF จะรวมขนาดและความหนาของบอร์ดไว้ด้วย แต่รูปแบบ IDF จะใช้ตำแหน่ง X และ Y ของส่วนประกอบ หมายเลขส่วนประกอบ และความสูงของแกน Z ของส่วนประกอบ รูปแบบนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการแสดงภาพ PCB ในมุมมองสามมิติได้อย่างมาก ไฟล์ IDF อาจมีข้อมูลอื่นๆ เกี่ยวกับพื้นที่หวงห้าม เช่น การจำกัดความสูงที่ด้านบนและด้านล่างของแผงวงจร

ระบบจะต้องสามารถควบคุมเนื้อหาที่มีอยู่ในไฟล์ IDF ในลักษณะเดียวกันกับการตั้งค่าพารามิเตอร์ DXF ดังแสดงในรูปที่ 6 หากส่วนประกอบบางอย่างไม่มีข้อมูลความสูง การส่งออก IDF สามารถเพิ่มข้อมูลที่ขาดหายไปในระหว่างการสร้าง กระบวนการ.

ข้อดีอีกประการหนึ่งของอินเทอร์เฟซ IDF ก็คือฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งสามารถย้ายส่วนประกอบไปยังตำแหน่งใหม่หรือเปลี่ยนรูปร่างของบอร์ด จากนั้นสร้างไฟล์ IDF อื่นได้ ข้อเสียของวิธีนี้คือไฟล์ทั้งหมดที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของบอร์ดและส่วนประกอบจำเป็นต้องนำเข้าใหม่อีกครั้ง และในบางกรณีอาจใช้เวลานานเนื่องจากขนาดไฟล์ นอกจากนี้ เป็นการยากที่จะระบุได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้างกับไฟล์ IDF ใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนแผงวงจรขนาดใหญ่ ผู้ใช้ IDF จะสามารถสร้างสคริปต์แบบกำหนดเองเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้ในที่สุด

เพื่อให้ส่งข้อมูล 3D ได้ดีขึ้น นักออกแบบกำลังมองหาวิธีการที่ได้รับการปรับปรุง และรูปแบบ STEP ก็เกิดขึ้น รูปแบบ STEP สามารถสื่อถึงขนาดบอร์ดและเค้าโครงส่วนประกอบได้ แต่ที่สำคัญกว่านั้น ส่วนประกอบนั้นไม่ใช่รูปร่างธรรมดาอีกต่อไปโดยมีเพียงค่าความสูงเท่านั้น โมเดลส่วนประกอบ STEP ให้การแสดงส่วนประกอบที่มีรายละเอียดและซับซ้อนในรูปแบบสามมิติ ข้อมูลแผงวงจรและส่วนประกอบสามารถถ่ายโอนระหว่าง PCB และเครื่องจักรได้ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีกลไกในการติดตามการเปลี่ยนแปลง

เพื่อปรับปรุงการแลกเปลี่ยนไฟล์ STEP เราได้แนะนำรูปแบบ ProSTEP รูปแบบนี้สามารถย้ายข้อมูลเดียวกันกับ IDF และ STEP และมีการปรับปรุงที่ดี โดยสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงได้ และยังสามารถให้ความสามารถในการทำงานในระบบดั้งเดิมของหัวเรื่อง และตรวจทานการเปลี่ยนแปลงใดๆ หลังจากสร้างพื้นฐานแล้ว นอกเหนือจากการดูการเปลี่ยนแปลงแล้ว PCB และวิศวกรเครื่องกลยังสามารถอนุมัติการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบทั้งหมดหรือแต่ละรายการในการปรับเปลี่ยนโครงร่างและรูปร่างของบอร์ดได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังสามารถแนะนำขนาดบอร์ดหรือตำแหน่งส่วนประกอบต่างๆ ได้อีกด้วย การสื่อสารที่ได้รับการปรับปรุงนี้ทำให้เกิด ECO (คำสั่งเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรม) ที่ไม่เคยมีมาก่อนระหว่าง ECAD และกลุ่มกลไก (รูปที่ 7)

ปัจจุบัน ECAD และระบบ CAD เชิงกลส่วนใหญ่สนับสนุนการใช้รูปแบบ ProSTEP เพื่อปรับปรุงการสื่อสาร จึงช่วยประหยัดเวลาได้มากและลดข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูงซึ่งอาจเกิดจากการออกแบบระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ซับซ้อน ที่สำคัญกว่านั้น วิศวกรสามารถสร้างรูปร่างแผงวงจรที่ซับซ้อนโดยมีข้อจำกัดเพิ่มเติม จากนั้นส่งข้อมูลนี้ทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ใครตีความขนาดบอร์ดใหม่ผิด ซึ่งจะช่วยประหยัดเวลา

หากคุณไม่ได้ใช้รูปแบบข้อมูล DXF, IDF, STEP หรือ ProSTEP เหล่านี้เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูล คุณควรตรวจสอบการใช้งาน พิจารณาใช้การแลกเปลี่ยนข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์นี้เพื่อหยุดการเสียเวลาในการสร้างรูปร่างแผงวงจรที่ซับซ้อนขึ้นมาใหม่