FlowCAD auf der embedded world 2014

Multidesign - diverse PCB-Designs zeitgleich in 3D bearbeiten

| Autor / Redakteur: Dirk Müller * / Franz Graser

Die Problemstellung: Die Integration mehrerer elektronischer Schaltungsträger (PCB) in mechanische Gehäuse stellt angesichts der fortschreitenden Miniaturisierung eine knifflige Herausforderung dar.
Die Problemstellung: Die Integration mehrerer elektronischer Schaltungsträger (PCB) in mechanische Gehäuse stellt angesichts der fortschreitenden Miniaturisierung eine knifflige Herausforderung dar. (Bild: FlowCAD)

Erstmals ist es möglich, Designdaten mehrerer verschiedener Leiterplatten zusammen in einer mCAD-Umgebung zu öffnen und die Kontur, die Platzierung sowie das Routing der PCBs zu ändern.

Bei der Miniaturisierung elektronischer Geräte werden gedruckte Schaltungen häufig in Funktionsgruppen unterteilt, die sich dann auf zwei oder mehr unterschiedlichen Leiterplatten befinden. Da verschiedene Leiterplatten als unabhängige Designs mit einer eigenen Datenbasis erstellt werden, gibt es beim Zusammenbau immer die Herausforderung, mechanische Kollisionen, Kurzschlüsse und EMV-Wechselwirkungen zwischen allen Baugruppen zu erkennen. Mit NEXTRA-Multidesign ist es erstmalig möglich, Designdaten mehrerer verschiedener Leiterplatten zusammen in einer mCAD-Umgebung zu öffnen und an den PCBs gleichzeitig sowohl die Kontur, die Platzierung als auch das Routing zu ändern.

Prüfung auf Wechselwirkung zwischen PCBs und Gehäuse

Die Integration von elektronischen Schaltungsträgern in mechanische Gehäuse stellt eine besondere Herausforderung dar, insbesondere wenn die Abmessungen und Toleranzen durch den Trend der Miniaturisierung immer kleiner werden und der Funktionsumfang vieler Produkte zusätzlich erhöht wird. Meist findet die Entwicklung aller Baugruppen eines Produkts parallel statt. Die unterschiedlichen CAD-Programme für Elektronik und Mechanik bieten nur begrenzte Möglichkeiten zum interdisziplinären Datenaustausch (etwa DXF, IDF, STEP,...).

60 Sekunden: Dirk Müller von FlowCad über Nextra Multi Design

Eine frühzeitige Prüfung auf mögliche unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Leiterplatten und den mechanischen Gehäuseteilen ist bereits im frühen Stadium der Entwicklung mit CAD-Daten sinnvoll. Aus den CAD-Daten der unterschiedlichen Entwurfssysteme kann ein gemeinsamer virtueller Prototyp erstellt werden, an dem unterschiedliche Betrachtungen durchgeführt werden können.

Mit NEXTRA von Mecadtron können die nativen Designdaten der Leiterplatten, ohne Konvertierung, aus den verschiedenen EDA-Systemen (zum Beispiel Allegro, OrCAD, Expedition, PADs, CR-5000,…) sowie die mCAD-Daten aus mechanischen Konstruktions-Software verschiedener Anbieter (zum Beispiel CATIA, Inventor, Pro/E, SolidWorks,…) in NEXTRA, einem CAD-Integrationspaket gleichzeitig virtualisiert, dargestellt und bearbeitet werden. Vorgenommene Änderungen können dann an die jeweiligen Quell-Anwendungen im eigenen Datenformat zurückgegeben werden.

Beim Design sind immer Kompromisse notwendig, die besser werden, je frühzeitiger möglichst viele Rahmenbedingungen bekannt sind. Die Multidesign-Option hilft solche guten Kompromisse frühzeitig zu finden. Letztendlich stehen die gesamte Funktionalität und das Zusammenspiel aller gefertigten Baugruppen als Ziel fest.

FlowCAD bietet mit NEXTRA eine CAD-Plattform, in der verschiedene mechanische und elektronische Designformate eingelesen werden können. An dem elektromechanischen in 3D virtualisierten Prototypen können verschiedene Untersuchungen durchgeführt werden. So kann eine mögliche Kollision (mit Fertigungs- und Bestückungstoleranzen) genauso untersucht werden wie gefährliche Luft- und Kriechstrecken, die bei höheren Spannungen zu Kurzschlüssen führen. Mit der weltweit einzigartigen Funktion Multidesign ist jetzt eine neue Option zum NEXTRA Basispaket erhältlich. Es können gleichzeitig mehrere unterschiedliche CAD-Designdaten aus der Elektronik und der Mechanik in einer Ansicht gleichzeitig dargestellt werden.

Eine gemeinsame Ansicht und Bearbeitung ist selbst dann möglich, wenn z.B. eine Leiterplatte in Allegro und eine zweite mit Expedition entwickelt wird. Zusätzlich können auch mCAD-Daten unterschiedlicher Systeme wie z.B. aus Pro/E und CATIA zusammen mit den eCAD-Daten dargestellt werden. NEXTRA-Multidesign stellt dann vier unterschiedliche Datenformate gleichzeitig in einer Ansicht dar und erlaubt Änderungen in allen Datenbasen.

Beispiel 1: Import einer Leiterplatte mit 3D-Bauteilmodellen, Kupfer und Routing
Beispiel 1: Import einer Leiterplatte mit 3D-Bauteilmodellen, Kupfer und Routing (Bild: FlowCAD)

Wenn zwei oder mehr Leiterplatten nebeneinander im gleichen Gehäuse verbaut werden, kann die Platzierung auf den Leiterplatten voneinander abhängig sein. Zum einen können hohe Bauelemente der einen Baugruppe entsprechende Höhenrestriktionen für die zweite Baugruppe darstellen. Zum anderen sollten aus EMV-Gründen sensible Bereiche der einen Leiterplatte nicht direkt neben potentiellen Aggressoren mit starker elektromagnetischer Abstrahlung der anderen Leiterplatte sein. Ein weiterer Aspekt sind die Abstände von leitenden Teilen bei Hochspannungsanwendungen, um Luft-und Kriechstrecken zu vermeiden. Idealer Weise erfolgt die Planung und Platzierung der kritischen Bauelemente direkt im 3D-Kontext und gleichzeitig auf beiden Baugruppen.

In der gemeinsamen 3-D-Ansicht können die Leiterplatten und relevanten Gehäuseteile räumlich zueinander positioniert werden. So lässt sich die Board-Kontur schnell und optimiert erstellen. Aber auch Bohrungen für Befestigungsstützen oder Aussparungen für Kabeldurchlässe lassen sich einfach erzeugen und gleichzeitig mit dem Platzieren von Komponenten verschieben. Dabei können Bauteile beim Platzieren sowohl in der Position als auch über Bestückungslagen von Top nach Bottom verschoben werden. Wenn Leiterplatten flexible Bereiche aufweisen, werden die Biegeradien realistisch wiedergegeben und die Längen und Winkel in der 2D-Abwicklung exakt von NEXTRA berechnet.

Wenn Stecker oder Speichermodule in eine Leiterplatte eingesteckt werden, so kann in NEXTRA die Position aller Baugruppen im eingebauten Zustand kontrolliert werden. Damit lassen sich Probleme mit dem Einbau oder Austausch von unzugänglichen Steckern frühzeitig erkennen und umgehen.

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