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三次元CADの評価とプリント基板設計CADへの応用
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プリント基板パターン設計のご依頼は
ブログ内では3DCADなどに関する記事を掲載していますが本業はプリント基板のパターン設計をしております。
以下はその宣伝となります。

Orcadの回路図からのパターン設計をお請けしております。
頻繁なやり取りの取引業者様とは通常の5割引きぐらいなのですが
今回は条件付ではございますがそれより更な格安価格でお請けいたします。

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ネット数:1000ネット前後
(ORCADのオリジナル部品サイズでA3サイズ程度で4ページ程度、小さくしたライブラリーで2ページ程度)
仕様:両面または4層基板、面付けなしで外形は四角形
回路図の内容:アナログ、デジタル、デジアナ混在、RF、オーディオも可
(前職が無線の回路設計でしたので、上記どれにも対応可能です。)

この条件でよろしければ、7割引きでの初回お試しの割引セールとさせてもらいます。

通常通り、仕様の打ち合わせ
(書類が揃っていればメールでも可能ですが、可能でしたら初回は訪問しての打ち合わせがベストです。)
そして、お見積もりという手順になります。

納品はパターン図、基板上に部品実装された3DPDF及びレンダリングした実装基板想像図
そして、製造用のNCデータとガーバーデータとなります。
(必要に応じて3DCADデータもSOLIDWORKSで出力可能なファイル形式であれば対応致します。)
こちらの記事の各ページの資料が参考になります。

P板.COMでの製造実績も数年以上ありますので互換性には問題なしです。
(P板.COMなど基板製造会社とのガーバーデータ内での質問に対して直接のやり取りにも対応致します。)

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期間は2011年3月末までとさせてもらいます。
担当:SOPHIL/泉
メールでのお問い合わせは右のメールアドレスまでお願い致します。

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「3D化の具体的な手順」その2
前の記事の続きとなるその2です。

4.展開図
3D(三次元)CADのアセンブリーファイルは何も意識することなく配置したい場所を
クリックすることで展開図を作成することができます。

通常はPDF図面をメール送付して顧客側にチェックしてもらいます。
(DXFや他の中間ファイルで2D(二次元)CADで作図または寸法チェックも可能です。)

TEST1_3D_2D.jpg

<補足>
複数の基板や実装するケースなども3DCADで作成し各々配置すれば、検討図を作成することも
可能です。
3DCADでは部品の移動、修正に対してはリアルタイムに修正可能なので一から重い図面を
作り直すことはありません。
そういう点では3DCADの利用は検討には向いています。

5.部品実装時の写真(3DCADでのレンダリング)
3D(三次元)CADのアセンブリーファイルは3DPDF以外に背景(イラストや写真)を配置し
(照明ランプの)光源設定し、レンダリングコマンドを実行すればコンピュータ上で
部品実装後にデジカメで撮影したような写真(JPGやPNGファイル形式など)が作成可能です。

TEST1_REN.jpg

<補足>
納品先の方が一番最初に欲しいのはこの写真ではないでしょうか。
JPGなどであれば簡単に誰でもイメージ可能です。
担当者以外でもこれで部品を発注するタイミングや規模などがわかります。
厚みのないパターンはそのままでは表現できませんが、基板面に検図用のパターン図を
貼り付ければレンダリング時に表示されます。
(これは作業に15分以上掛かるので特別な場合以外はしておりません。)



[READ MORE...]
「3D化の具体的な手順」その1
文章だけではわかりにくいかもしれませんので
基板設計CADからどう三次元CADで処理するかを図解してみます。

1.プリント基板設計CADで設計しIDF形式ファイルを書き出す。

TEST1_B.jpg


2.IDF形式ファイルを読めるソフトウェアで読み込む。
(SOLIDWORKSアドインのCIRCUITWORKSまたはCATIAなど)
基板設計CADにもよるかもしれませんが、(PCAD2002では)部品情報としてはシルク外形の
ラインがREF番号と共に出力された座標に配置されます。(ここまでは平面図)
基板設計CAD側で部品の高さ情報を入力し3D化するコマンドを実行すれば
そのシルク形状をその高さで押し上げた形状が3D化されます。
これで生成されたものはSOLIDWORKSのアセンブリーデータ(単体部品の複合体)となります。

<補足>
出現頻度の少ない部品はシルクを押し出したような形状(直方体など)でもいいのですが
コネクタなどある程度複雑な部品に関しては
3DCAD(ここではSOLIDWORKS)で具体的な形状を作成してそれと交換します。
うちでは全体の9割程度は専用の3D部品を作成して対応しています。

TEST1_C.jpg



[READ MORE...]
「基板設計」、「三次元CAD」で検索しても
「プリント基板設計」や「3DCAD」などのキーワードを微妙に変えて検索しても
具体的な会社としてヒットすることは殆どありません。

「図研CRシリーズ」+「CATIA」や「CADVANCE」+「CIRCUIT WORKS」という組み合わせとしての
宣伝はあるもののそれはCADベンダー側のもので、基板設計会社として具体的な会社名は殆ど
検索できておりません。

「ミッドレンジの基板設計CAD」+「SOLID WORKS(CIRCUIT WORKS)」という組み合わせでは
価格面からすると現実的には可能性はある筈なのに不思議です。
かといって、うちだけがこのような「基板設計CAD(PCAD2002)」+「SOLID WORKS(CIRCUIT WORKS)」の
組み合わせでプリント基板設計の業務をしているとも思えません。

超大手であれば最上位機種同士の組み合わせでの運用で、社内という閉じた形で運用しているから
情報が出てこないということは理解できます。
しかし、どれかが廉価構成で対応している業者がないというのは
情報発信する必要がないと考えているからなのでしょうか。

テーマ:CAD - ジャンル:コンピュータ

基板設計費は?
3D対応させた場合は3DCAD導入費用などが掛かります。
しかし基板設計を依頼する側からすると3D化のメリットは少ないと考える方が殆どなので
設計費用にその導入費用を見積もりに追加することには無理があります。

3D対応によって設計ミスが減り、改版の頻度が低下するなどで
顧客満足度を上げ、それによる仕事量の増加を狙うしかないように感じています。

またラフレイアウト時でも大物部品を実装した基板のイメージが作成可能なので
回路設計者と基板設計者のその最終イメージの違いによる設計のやり直しが減るという
メリットはあります。

テーマ:デジタル家電・AV機器 - ジャンル:趣味・実用

基板設計での3D化導入について
メールにて、3D化についての質問がありましたので簡単に説明をしておきます。

基板設計CADに関しては別にうちで使用しているプロテルPCAD2002/2006でなくても大丈夫です。
PADSをはじめとしてIDFフォーマット(IDF2or3)での出力が可能な基板設計CADが対象です。
具体的にカタログなでに書かれているCADとしては
「Mentor Graphics」、「CADENCE Allegro(含むOrcad PCB)」、「CADVANCE」などでしょう。

1.基板設計CADからIDF形式でファイルを出力
基板設計CADは通常通りで何もすることがありません。
IDF形式で出力できる機能があるかというだけです。
ただ、基板設計CADに部品の高さを入力する機能がある場合はシルクの形状をその高さで
押し上げた(立方体として)情報が出力できる場合があります。
(PCADでは新規部品のリレーなどはそういう機能を利用しています。)

2.(今までどおりの2Dでの基板設計時に合わせて)別途3DCADの部品を作成します。
(うちでの実績では「SOLID WORKS 2009 PREMIUM」です。、CATIAなどでも可能なようです。)
具体的な作業として
基板設計時には部品シルクやパッドなどを作成しますが
3DCADにて事前に3D部品を作成します。同名、同原点である必要があります。
またXYZ方向に関してはZ方向に部品の高さ(厚み)となるように3D部品を発行して
準備をします。

3.「SOLID WORKS 20** PREMIUM」内の「CIRCUIT WORKS」を起動
「CIRCUIT WORKS」で1.で出力したIDF形式のファイルを読み込む。
すると「SOLID WORKS」に登録された3D部品の情報と座標が連動して基板上に部品を
自動配置してくれます。
3D部品の登録のないものは2.で作成した部品を追加登録します。
慣れないうちは細かい部品は登録しなくてもよく、特にエラーにはなりません。

4.アセンブリー形式の3Dデータ
これらの部品登録作業をすれば穴の開いた基板本体の3D化およびその上に実装された3D部品が
自動的に配置(アセンブリー)するという形で3D化されます。
これは本体の「SOLID WORKS」のアセンブリー形式のデータという扱いになります。

5.データ利用
これを利用して展開図として利用するか、アクロバットによって3DPDF化するなどの
データの利用が可能です。
複数の基板および板金図面などを併用すれば検討図作成も可能です。
他の中間ファイル形式経由でテクニカルイラストとして作画することも可能です。
背景を設定してレンダリングすれば、基板設計時なのにPC内には部品実装したリアリスティックな
最終外観画像(JPG,PNG)も再現可能です。

IDF形式ファイルが読めるCATIAでは3.と4.では少し工程が違うかもしれません。

テーマ:CAD - ジャンル:コンピュータ

最小シリコン・チューナユニット
シャープから発売されたシリコン・チューナユニット「VA1N2WF2121」は想像していた以上に
コンパクトなので今までの部品構成と比較すると小さすぎてびっくりさせられます。
調整箇所が少なくて回路設計者にはありがたいことでしょうがアナログ回路での技量が関係なく
なってしまいそうです。


CAD、CAM、PDF
使用しているCADなどを分類してそれぞれの変換ファイルで図にしてみました。
今回はグラフィック関連のものは省いています。
なるべくDXFでの変換はしないようにしていますがそれでもまだ残っています。
CAD_CAM_PDF

テーマ:CAD - ジャンル:コンピュータ

IDF4.0の仕様
こちらにIDF2.0/3.0とIDF4.0との比較がPDF形式になっています。
大雑把にはIDF4.0ではパターン以外にはソルダリングや複雑な形状や面付けなどに対応しています。
IDF4.0の仕様は3.0からするとかなりの進歩ですがこれだけ網羅すると
基板設計CAD側の対応が大変です。

CIRCUITではIDF4.0でファイル出力は可能ではありますが
基板設計CAD側でIDF4.0出力に対応したものはまだ見たことがありません。
(IDF4.0は1998年には制定されているようです。)

テーマ:ソフトウェア - ジャンル:コンピュータ

HDMIの音質
HDMI接続でのトラブルもあり調べてみたら音声部分はS/PDIFと同じことをしているのに
映像と混ぜたコネクタ規格なので複雑化して音質が低下してしまうようです。

こちらにそれに関する記事があり、2ページ目には詳しい説明もあります。
HDMIサブ基板周りの電源設計が重要とは興味深い話です。

マザーボード生産工程
GIGABYTEに部品を搭載して完成するまでの生産工程を取材した記事が
こちらに掲載されています。

基板設計としては肝心な基板が業者から納品された形でスタートしているので
その部分の記事はありませんがディスクリート部品は手差ししているなど
具体的な実装がよく理解できる内容です。
Xbox 360基板
「Xbox 360バリューパック」ハードウェアレポートという記事で分解し
基板を見せてくれています。
一枚基板の部品面はブロック分けされ樹脂ケースの高さギリギリに部品が実装されています。
半田面も想像以上にべたアースがブロック分けされています。
マイクロストリップラインの計算サイト
よく利用させてもらっているI-LabratoryのサイトのTOOLBOXには伝送ラインの計算式が掲載されています。
マイクロストリップラインのパターン幅を数字を入れるだけで算出してくれるので非常に便利です。

1番のMicrostrip Line Calculator
これは一般的なマイクロストリップラインの計算式です。

6番のCoplanar Strips Calculator
コプレーナ・ストリップの特性インピーダンスの計算

具体的には差動(ディジタル)伝送線路の特性インピーダンスを計算する場合などに利用します。
2本の信号線にはそれぞれ逆位相の信号を伝送し、最近の入出力インタフェースであるPCI ExpressやSerial ATA,HDMIなどの多くは差動伝送となっています。

またOPAMPなどによるフィルタの計算式も掲載されています。


プロフィール

SOPHIL

Author:SOPHIL
神奈川県でプリント基板のパターン設計業務をしています。
使用CADはP-CAD2002/2006、三次元CAD/SOLIDWORKSで実装部品を立体化
3DCAD、CG、グラフィックソフトを利用し
パターン設計ソフトの更なる使い勝手の改善にトライ。

メール

質問や仕事などのメール送付は下記アドレスまで お願い致します。

sophil@mug.biglobe.ne.jp

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