PCB hoàn chỉnh mà chúng tôi hình dung thường có dạng hình chữ nhật thông thường. Mặc dù hầu hết các thiết kế đều có hình chữ nhật, nhưng nhiều thiết kế yêu cầu bảng mạch có hình dạng không đều và những hình dạng như vậy thường không dễ thiết kế. Bài viết này mô tả cách thiết kế PCB có hình dạng bất thường.

Ngày nay, kích thước của PCB không ngừng được thu hẹp lại và các chức năng trong bảng mạch cũng ngày càng tăng lên. Cùng với việc tăng tốc độ xung nhịp, thiết kế ngày càng trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, chúng ta hãy xem cách xử lý các bảng mạch có hình dạng phức tạp hơn.

Như được hiển thị trong Hình 1, có thể dễ dàng tạo hình dạng bo mạch PCI đơn giản trong hầu hết các công cụ Bố cục EDA.

Tuy nhiên, khi hình dạng bảng mạch cần được điều chỉnh cho phù hợp với một vỏ bọc phức tạp có giới hạn về chiều cao, điều đó không hề dễ dàng đối với các nhà thiết kế PCB, vì chức năng trong các công cụ này không giống như chức năng của các hệ thống CAD cơ học. Bảng mạch phức tạp như trong Hình 2 chủ yếu được sử dụng trong vỏ chống cháy nổ và do đó chịu nhiều hạn chế về mặt cơ học. Việc xây dựng lại thông tin này trong công cụ EDA có thể mất nhiều thời gian và không hiệu quả. Bởi vì, các kỹ sư cơ khí có thể đã tạo ra vỏ bọc, hình dạng bảng mạch, vị trí lỗ lắp và các giới hạn về chiều cao theo yêu cầu của người thiết kế PCB.

Do vòng cung và bán kính trong bảng mạch, thời gian tái tạo có thể lâu hơn dự kiến ​​ngay cả khi hình dạng bảng mạch không phức tạp (như trong Hình 3).

Đây chỉ là một vài ví dụ về hình dạng bảng mạch phức tạp. Tuy nhiên, từ các sản phẩm điện tử tiêu dùng ngày nay, bạn sẽ ngạc nhiên khi thấy rằng nhiều dự án cố gắng bổ sung tất cả các chức năng trong một gói nhỏ và gói này không phải lúc nào cũng có hình chữ nhật. Bạn nên nghĩ đến điện thoại thông minh và máy tính bảng trước tiên, nhưng có rất nhiều ví dụ tương tự.

Nếu bạn trả lại chiếc xe đã thuê, bạn có thể thấy người phục vụ đọc thông tin về chiếc xe bằng máy quét cầm tay, sau đó liên lạc không dây với văn phòng. Thiết bị còn được kết nối với máy in nhiệt để in hóa đơn ngay lập tức. Trên thực tế, tất cả các thiết bị này đều sử dụng bảng mạch cứng/linh hoạt (Hình 4), trong đó các bảng mạch PCB truyền thống được kết nối với các mạch in linh hoạt để có thể gấp lại thành một không gian nhỏ.

Sau đó, câu hỏi đặt ra là “làm cách nào để nhập các thông số kỹ thuật cơ khí đã xác định vào các công cụ thiết kế PCB?” Việc sử dụng lại những dữ liệu này trong các bản vẽ cơ khí có thể loại bỏ sự trùng lặp trong công việc và quan trọng hơn là loại bỏ các lỗi của con người.

Chúng ta có thể sử dụng định dạng DXF, IDF hoặc ProSTEP để nhập tất cả thông tin vào phần mềm PCB Layout để giải quyết vấn đề này. Làm như vậy có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian và loại bỏ lỗi có thể xảy ra của con người. Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu lần lượt về các định dạng này.

DXF là định dạng lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất, chủ yếu trao đổi dữ liệu giữa các lĩnh vực thiết kế cơ khí và PCB bằng điện tử. AutoCAD đã phát triển nó vào đầu những năm 1980. Định dạng này chủ yếu được sử dụng để trao đổi dữ liệu hai chiều. Hầu hết các nhà cung cấp công cụ PCB đều hỗ trợ định dạng này và nó giúp đơn giản hóa việc trao đổi dữ liệu. Nhập/xuất DXF yêu cầu các chức năng bổ sung để kiểm soát các lớp, các thực thể và đơn vị khác nhau sẽ được sử dụng trong quá trình trao đổi. Hình 5 là ví dụ về cách sử dụng công cụ PADS của Mentor Graphics để nhập hình dạng bảng mạch rất phức tạp ở định dạng DXF:

Một vài năm trước, các chức năng 3D bắt đầu xuất hiện trong các công cụ PCB, do đó cần có một định dạng có thể truyền dữ liệu 3D giữa máy móc và công cụ PCB. Do đó, Mentor Graphics đã phát triển định dạng IDF, sau đó được sử dụng rộng rãi để truyền thông tin bảng mạch và linh kiện giữa PCB và các công cụ cơ khí.

Mặc dù định dạng DXF bao gồm kích thước và độ dày của bảng, định dạng IDF sử dụng vị trí X và Y của thành phần, số thành phần và chiều cao trục Z của thành phần. Định dạng này cải thiện đáng kể khả năng hiển thị PCB ở chế độ xem ba chiều. Tệp IDF cũng có thể bao gồm các thông tin khác về khu vực bị hạn chế, chẳng hạn như giới hạn chiều cao ở mặt trên và mặt dưới của bảng mạch.

Hệ thống cần có khả năng kiểm soát nội dung chứa trong file IDF theo cách tương tự với cài đặt tham số DXF, như trong Hình 6. Nếu một số thành phần không có thông tin về chiều cao, việc xuất IDF có thể thêm thông tin còn thiếu trong quá trình tạo quá trình.

Một ưu điểm khác của giao diện IDF là một trong hai bên có thể di chuyển các thành phần đến vị trí mới hoặc thay đổi hình dạng bảng, sau đó tạo một tệp IDF khác. Nhược điểm của phương pháp này là toàn bộ tệp đại diện cho các thay đổi của bo mạch và thành phần cần phải được nhập lại và trong một số trường hợp, có thể mất nhiều thời gian do kích thước tệp. Ngoài ra, rất khó để xác định những thay đổi nào đã được thực hiện với tệp IDF mới, đặc biệt là trên các bảng mạch lớn hơn. Người dùng IDF cuối cùng có thể tạo tập lệnh tùy chỉnh để xác định những thay đổi này.

Để truyền dữ liệu 3D tốt hơn, các nhà thiết kế đang tìm kiếm một phương pháp cải tiến và định dạng STEP đã ra đời. Định dạng STEP có thể truyền tải kích thước bảng và bố cục thành phần, nhưng quan trọng hơn, thành phần đó không còn là một hình dạng đơn giản chỉ có giá trị chiều cao. Mô hình thành phần STEP cung cấp sự biểu diễn chi tiết và phức tạp của các thành phần ở dạng ba chiều. Cả bảng mạch và thông tin thành phần đều có thể được chuyển giữa PCB và máy móc. Tuy nhiên, vẫn chưa có cơ chế theo dõi sự thay đổi.

Để cải thiện việc trao đổi tệp STEP, chúng tôi đã giới thiệu định dạng ProSTEP. Định dạng này có thể di chuyển dữ liệu giống như IDF và STEP và có những cải tiến lớn - nó có thể theo dõi các thay đổi và cũng có thể cung cấp khả năng làm việc trong hệ thống ban đầu của chủ đề và xem xét mọi thay đổi sau khi thiết lập đường cơ sở. Ngoài việc xem các thay đổi, các kỹ sư cơ khí và PCB cũng có thể phê duyệt tất cả hoặc các thay đổi thành phần riêng lẻ trong việc sửa đổi bố cục và hình dạng bảng mạch. Họ cũng có thể đề xuất các kích thước bảng hoặc vị trí thành phần khác nhau. Giao tiếp được cải tiến này thiết lập ECO (Lệnh thay đổi kỹ thuật) chưa từng tồn tại trước đây giữa ECAD và nhóm cơ khí (Hình 7).

Ngày nay, hầu hết các hệ thống ECAD và CAD cơ học đều hỗ trợ sử dụng định dạng ProSTEP để cải thiện khả năng giao tiếp, từ đó tiết kiệm rất nhiều thời gian và giảm các lỗi tốn kém có thể do các thiết kế cơ điện phức tạp gây ra. Quan trọng hơn, các kỹ sư có thể tạo ra hình dạng bảng mạch phức tạp với các hạn chế bổ sung, sau đó truyền thông tin này bằng điện tử để tránh ai đó diễn giải sai kích thước bảng mạch, từ đó tiết kiệm thời gian.

Nếu bạn chưa sử dụng các định dạng dữ liệu DXF, IDF, STEP hoặc ProSTEP này để trao đổi thông tin, bạn nên kiểm tra cách sử dụng của chúng. Hãy cân nhắc việc sử dụng tính năng trao đổi dữ liệu điện tử này để ngừng lãng phí thời gian vào việc tạo lại các hình dạng bảng mạch phức tạp.