分析PCB設(shè)計中需要3D功能的原因

設(shè)計和建造下一代電子產(chǎn)品是一個復(fù)雜的過程，特別是電子行業(yè)這樣一個全球高度競爭的行業(yè)，在這個行業(yè)中快速而持續(xù)的技術(shù)變革已成為一件普通的事情和創(chuàng)新規(guī)則。如果設(shè)計者不能接受這些變化，就會面臨被競爭對手甩在身后的風(fēng)險，甚至完全無法再加入競爭。對于印刷電路板（PCB）設(shè)計而言，這種形勢尤為明顯。在這個市場中，消費(fèi)者更希望得到體積更小、價格更低、速度更快和功能更多的電子產(chǎn)品，再加上不斷縮短的設(shè)計周期以及在地理上分散的設(shè)計團(tuán)隊，正在不斷推進(jìn)設(shè)計的復(fù)雜性，并將傳統(tǒng)的設(shè)計工具的使用推向其極限水平。網(wǎng)絡(luò)數(shù)量的增加、更嚴(yán)格的設(shè)計約束和布線密度，以及向高速度、高密度項目的逐步遷移，進(jìn)一步加劇了PCB復(fù)雜性。這種趨勢正在影響這個產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域，而不僅僅是高端消費(fèi)電子產(chǎn)品。

幸運(yùn)的是，PCB設(shè)計工具近年來已得到穩(wěn)步發(fā)展，以應(yīng)對這種日漸復(fù)雜的設(shè)計領(lǐng)域所帶來的挑戰(zhàn)。一項重大改變——3D功能的采用，有望使設(shè)計者可以兼顧設(shè)計創(chuàng)新和全球市場的競爭力。

在3D世界中設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)上，電路板設(shè)計者都依賴于設(shè)計樣機(jī)，以便在制造前確保設(shè)計的形狀、適配度和功能性。雖然可行，但這種方法有許多缺點。首先，在制造出實際樣機(jī)之前設(shè)計者不能確定電路板是否適合。其次，這種方法一般會導(dǎo)致設(shè)計過程中需要多次制作樣機(jī)。再有，多次樣機(jī)非常耗費(fèi)時間，而且對于一項中度復(fù)雜的設(shè)計樣機(jī)的平均成本為8,929美元。在設(shè)計過程中的任何額外時間或費(fèi)用的增加，不僅會影響一個公司的競爭力，也會阻礙我們向新業(yè)務(wù)的進(jìn)軍，這就不難理解為何這種方法不受歡迎了。

另一個缺陷是PCB設(shè)計傳統(tǒng)上是二維設(shè)計。基本上，設(shè)計都是以2D方式創(chuàng)建的，經(jīng)過手工標(biāo)注后，傳遞給機(jī)械設(shè)計工程師。機(jī)械工程師采用機(jī)械CAD軟件對設(shè)計進(jìn)行3D重繪。由于完全是手動操作，這種方法非常耗時，且容易出錯。所以，它無法為設(shè)計下一代電子產(chǎn)品提供有競爭力的差異性?，F(xiàn)在問題很明顯了，電路板設(shè)計者需要找到更好的方法來查看和分析他們?nèi)諠u復(fù)雜的設(shè)計。

PCB設(shè)計者的最終目的是為真實世界（具有3個維度）創(chuàng)造產(chǎn)品，因此最佳的解決方法就是使用一種具有先進(jìn)的3D功能的設(shè)計工具。它可讓設(shè)計者在生產(chǎn)之前就能夠查看設(shè)計真實的3D圖像，不再需要制作樣機(jī)，節(jié)省時間和資金（圖1）。可以輕松地生成準(zhǔn)確的3D模型，然后把它們用于在真實的3D中進(jìn)行電路板布局。此外，還可將目標(biāo)外殼的3D模型導(dǎo)入到PCB設(shè)計中，確保設(shè)計出來的電路板能夠完美地放置到這個殼體中。最后，設(shè)計者能夠滿懷信心地提交他們的設(shè)計文件用于生產(chǎn)了。

圖1.通過對設(shè)計的3D視覺化，設(shè)計者能夠以3D的形式對一項設(shè)計的內(nèi)外各個方面進(jìn)行檢查。

3D導(dǎo)出功能提供給設(shè)計者在其他分析工具中進(jìn)行進(jìn)一步分析的能力，比如散熱分析和電磁仿真分析。對于如今每種使用無線連接的、緊湊型電池供電設(shè)備，散熱效果完全取決于電路板形狀，這個功能極為關(guān)鍵。由于這些功能，PCB設(shè)計工具中的3D功能對于快速、準(zhǔn)確而低成本設(shè)計下一代電子產(chǎn)品是絕對是必不可少的。

你我需要：全3D功能

PCB設(shè)計中添加3D功能的價值是無可否認(rèn)的,因此許多公司目前均以能夠提供此功能作為一個宣傳點。但是，這些設(shè)計工具提供的3D功能是大不相同的。為了發(fā)揮3D的全部好處，僅僅實現(xiàn)真實3D圖像的查看是不夠的，還要擴(kuò)展到全3D的功能，包括：

●為設(shè)計創(chuàng)建3D動畫/視頻的能力。通過此功能，設(shè)計者能夠輕松分享、展示他的產(chǎn)品設(shè)計，甚至還可以把它們作為營銷用的資料。它還能夠促進(jìn)與其它設(shè)計團(tuán)隊或制造商的更好的合作。比如，通過一段3D視頻，設(shè)計者可以向制造商展示完成裝配后產(chǎn)品的樣子，視頻還可以用于說明元器件在電路板上的焊裝順序。

●將3D模型（包括元器件）導(dǎo)入電路板設(shè)計中的能力。請注意，一些設(shè)計工具缺乏此項功能，僅允許設(shè)計者以2D形式執(zhí)行基本可視化和元件間隙檢查。但是，如果能夠?qū)胪鈿ぜ捌渌鼨C(jī)械物體，就可以保證第一時間把元器件放在合適的位置。

●在設(shè)計規(guī)則中支持3D檢查的能力。由于規(guī)則就是設(shè)計過程中的實時指南，所以這是一項非常重要的功能。3D的設(shè)計規(guī)則檢驗器可告訴設(shè)計者，兩個元器件之間、元器件與外殼之間或者元器件與散熱器之間，在3D空間內(nèi)（所有軸上）是否存在干擾。

●對PCB內(nèi)層結(jié)構(gòu)中的銅層建模的能力。盡管使用具有3D功能的ECAD包，在制造過程中仍有可能會出現(xiàn)問題。在設(shè)計后期這種階段才發(fā)現(xiàn)問題，會大大增加成本。對PCB內(nèi)層結(jié)構(gòu)中的銅層建模能力，讓設(shè)計者能夠輕松查看和檢驗管腳與內(nèi)層的連接或者熱連接（thermal reliefs）。

帶來的好處

以3D形式進(jìn)行設(shè)計可為您帶來許多益處。它可以把MCAD與ECAD迭代循環(huán)減至一個循環(huán)（某些情況下為零），從而縮短設(shè)計周期，而且最大程度地減少設(shè)計錯誤，從而大大提高生產(chǎn)效率。而且，通過消除電路板布局與外殼相適配的不確定性，能夠讓設(shè)計者安心地將精力放到產(chǎn)品美觀性的設(shè)計上。

3D設(shè)計的其它好處有：

●競爭優(yōu)勢。通過在一個組織內(nèi)以及供應(yīng)商和客戶之間改進(jìn)溝通，3D設(shè)計可加快產(chǎn)品設(shè)計速度，讓制造流程更加合理高效，并加速產(chǎn)品的推廣。設(shè)計成本降低，利潤率提高，同時上市時間的提前和產(chǎn)品質(zhì)量的提升意味著收益的增加。

●提升全球合作。一個真實的3D設(shè)計圖像可以提高同供應(yīng)商、客戶以及制造商的溝通效率。它甚至允許非CAD人員參與到這個過程中來（比如，應(yīng)用于客戶問卷調(diào)查、明確說明或產(chǎn)品配置）。這對于目前許多公司都傾向于外部生產(chǎn)（在中國或本地）的情況下尤為重要。不論設(shè)計意圖或所需最終產(chǎn)品為何，全球性的設(shè)計和制造極其容易引入錯無和誤解。而3D設(shè)計圖像可提供通用的、易于理解、所有團(tuán)隊成員均能操作的平臺。

●更高效的設(shè)計審核和修改。創(chuàng)建3D渲染和動畫的能力簡化了編寫設(shè)計方案以及在設(shè)計團(tuán)隊成員中審核設(shè)計等工作。它還允許設(shè)計者輕松實施修改并更新最新的設(shè)計改動。比如，一旦完成改動或修改，即可以輕松地生成一個新的3D渲染或動畫。

●更高效的制造和裝配過程。3D模型提供了一個通用的基礎(chǔ)，制造商能夠利用它來工作，同時也能夠更準(zhǔn)確而明晰地傳達(dá)設(shè)計意圖及相關(guān)設(shè)計細(xì)節(jié)。以前只有生產(chǎn)后才能發(fā)現(xiàn)的錯誤可以在設(shè)計過程中就能及早被發(fā)現(xiàn)。因此，采用3D模型來制造和裝配產(chǎn)品會要準(zhǔn)確、更高效。

●促進(jìn)銷售，推動營銷。產(chǎn)品的3D模型可成為一種寶貴的營銷工具，它可以在生產(chǎn)出產(chǎn)品之前讓客戶看到產(chǎn)品的全貌，所以銷售部門可以快速地做出市場評估報告，從而幫助我們帶來額外的收益。

結(jié)論

多年來，實時3D圖形技術(shù)已經(jīng)徹底地改變了社會與計算機(jī)的互動方式。通過3D PCB設(shè)計工具，這種變革目前已來到PCB設(shè)計領(lǐng)域。它正在改變電子產(chǎn)品的設(shè)計與制造方法。然而，與任何新技術(shù)或方法一樣，找到最佳的實施和使用方式是非常重要的。對于希望從3D中獲益的PCB設(shè)計者，這意味著要選擇一種能夠提供全3D功能的軟件方案。這種方案提供了電路板設(shè)計者所需要的、能夠幫助他們在日趨復(fù)雜的設(shè)計環(huán)境中創(chuàng)建出具有競爭力的下一代電子產(chǎn)品的功能。