博客作者：Zachariah Peterson

設(shè)計(jì)印刷電路板（PCB）既有趣又充滿挑戰(zhàn)，但 PCB 需要外殼來(lái)保持機(jī)械穩(wěn)定性。PCB 外殼可以直接購(gòu)買現(xiàn)成的，也可以使用 MCAD 工具進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。無(wú)論選擇哪種方式來(lái)創(chuàng)建外殼，都需要將 PCB 布局導(dǎo)入 MCAD 工具，以確保電路板和元件不會(huì)與外殼發(fā)生干涉。

當(dāng)處理復(fù)雜布局、多板系統(tǒng)或柔性 PCB 時(shí)，需要快速使用 MCAD 工具檢查 PCB 外殼、電子元件和電路板之間的干涉。Altium Designer 提供了設(shè)計(jì)電路板和外殼時(shí)所需的 MCAD 工具，可檢查機(jī)械干涉，同時(shí)具備功能強(qiáng)大的電路板設(shè)計(jì)特性，支持設(shè)計(jì)師為任意應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)復(fù)雜電路板及其配套外殼。

如何設(shè)計(jì) PCB 外殼與布局以避免干涉

當(dāng)需要圍繞 PCB 布局設(shè)計(jì)外殼并防止元件間干涉時(shí)，有幾種方法可確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性：

將 PCB 布局導(dǎo)出為 STEP 文件并導(dǎo)入 MCAD 應(yīng)用進(jìn)行外殼設(shè)計(jì)

將外殼導(dǎo)出為 STEP 文件并導(dǎo)入 PCB 設(shè)計(jì)應(yīng)用

Altium Designer 支持上述兩種流程，作為 PCB 布局和外殼設(shè)計(jì)的一部分。若需防止干涉，可將 STEP 文件導(dǎo)入 PCB 項(xiàng)目，并手動(dòng)或自動(dòng)檢查干涉。通過(guò)定義設(shè)計(jì)規(guī)則，可在 3D 環(huán)境中檢查元件布局與 PCB 外殼的干涉情況，幫助識(shí)別何時(shí)需要移動(dòng) PCB 上的元件。

使用 Altium Designer 進(jìn)行 3D 間距和碰撞檢查

遺憾的是，PCB 設(shè)計(jì)師需要 MCAD 設(shè)計(jì)師或 MCAD 應(yīng)用才能對(duì)現(xiàn)有外殼進(jìn)行修改，或?yàn)?PCB 設(shè)計(jì)定制外殼。這些外殼設(shè)計(jì)需要電氣和機(jī)械領(lǐng)域之間的協(xié)同設(shè)計(jì)方法。

全定制 PCB 外殼需要協(xié)同設(shè)計(jì)

對(duì)于許多產(chǎn)品而言，創(chuàng)造理想的用戶體驗(yàn)需要機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)師之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。機(jī)械與電氣工程領(lǐng)域的交互為設(shè)計(jì)空間中的約束定義提供了兩種方法：

機(jī)械優(yōu)先法：首先確定所需外殼，并將其作為電路板尺寸、元件尺寸和元件布局的主要約束條件。

電氣優(yōu)先法：首先確定 PCB 尺寸，有時(shí)需在布局完成后才能最終確定。布局完成后，機(jī)械設(shè)計(jì)師再圍繞 PCB 進(jìn)行外殼設(shè)計(jì)。

電氣優(yōu)先法更為簡(jiǎn)單，因?yàn)樗x予電氣設(shè)計(jì)師充分的自由來(lái)選擇元件并在 PCB 布局中放置元件。完成后，機(jī)械工程師以最終的設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)構(gòu)建外殼。這本質(zhì)上是一種 “瀑布式” 方法，類似于傳統(tǒng)的 “隔墻式” 工程模式。

這類設(shè)計(jì)可能看起來(lái)簡(jiǎn)單，定制設(shè)計(jì)通常形似盒子，本質(zhì)上是圍繞 PCB 元件設(shè)置外殼壁的最小邊距。

當(dāng)產(chǎn)品需要更獨(dú)特的功能和美學(xué)體驗(yàn)時(shí)，機(jī)械優(yōu)先法占主導(dǎo)地位。這意味著設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要采用協(xié)同設(shè)計(jì)方法，最初在 MCAD 軟件中定義約束，而非在 PCB 布局中。

PCB 外殼的 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)

開發(fā) PCB 外殼的一個(gè)重要流程是 MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)，即機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)師反復(fù)迭代以開發(fā) PCB 及其外殼。該流程適用于復(fù)雜的 PCB 外殼，這類外殼可能具有復(fù)雜形狀，甚至可將多個(gè) PCB 集成到同一組件中。

對(duì)于機(jī)械工程師而言，MCAD 協(xié)同設(shè)計(jì)方法有諸多優(yōu)勢(shì)，其中最重要的是能夠?yàn)殡姎庠O(shè)計(jì)師定義約束條件。在 PCB 布局上設(shè)置約束意味著確定以下幾項(xiàng)關(guān)鍵要素：

PCB 整體尺寸和規(guī)格

PCB 總厚度

禁止區(qū)域位置（包括基于高度的禁止區(qū)域）

安裝孔、切口或槽的位置

特定元件（通常為連接器）的布局

布線和電纜路徑的規(guī)劃與建模

預(yù)先規(guī)劃這些要素確實(shí)會(huì)限制電路板設(shè)計(jì)師，但也能確保其設(shè)計(jì)符合目標(biāo)外殼的要求。通常在布局完成后，需審查帶元件的 PCB 3D 模型，以檢查與外殼的適配性。

借助 Altium Designer 的集成 MCAD 工具集，可在 3D 環(huán)境中檢查外殼間距和干涉情況。

定義這些約束后，機(jī)械設(shè)計(jì)師可專注于構(gòu)建外殼并規(guī)劃制造流程。同時(shí)，PCB 設(shè)計(jì)師可專注于在這些約束范圍內(nèi)進(jìn)行 PCB 布局設(shè)計(jì)。為確保 PCB 布局不違反機(jī)械約束，需定期審查元件布局，這可通過(guò) Altium 365 等云平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)推拉流程實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)成的 PCB 外殼

市面上有許多具有各種功能的現(xiàn)成 PCB 外殼選項(xiàng)，這使其在許多場(chǎng)景中非常實(shí)用，尤其是在原型制作或中小批量快速生產(chǎn)的情況下。這些現(xiàn)成外殼提供了快速推向市場(chǎng)的選擇，適用于多種設(shè)計(jì)。它們通常配備安裝柱、散熱孔、緊固件螺紋孔、電纜或連接器開口以及氣流通風(fēng)口。部分現(xiàn)成外殼可能還具有高防護(hù)等級(jí)（IP 等級(jí)），與同等等級(jí)的面板安裝或機(jī)箱安裝連接器結(jié)合使用時(shí)，可構(gòu)建能夠抵御惡劣環(huán)境的高可靠性系統(tǒng)。

以下是 Polycase 的一款 PCB 外殼示例，適用于許多設(shè)計(jì)，包括數(shù)字系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和小型電力電子系統(tǒng)。

現(xiàn)成 PCB 外殼供應(yīng)商通常會(huì)提供外殼的 3D 機(jī)械模型，可用于定義 PCB 的約束條件。使用外殼的 3D 模型并導(dǎo)出電路板的 2D 輪廓，遵循了使用 PCB 外殼設(shè)計(jì)的 MCAD 優(yōu)先法，且需要 MCAD 軟件包支持?；?3D 模型，MCAD 設(shè)計(jì)師可描繪出適合外殼并符合所有安裝柱或支腳的 PCB 輪廓。CAD 用戶還可在外殼模型內(nèi)提供電路板厚度規(guī)格，并將此信息傳遞給 PCB 設(shè)計(jì)師。

雖然傳遞 DXF 文件通常是定義電路板幾何形狀的標(biāo)準(zhǔn)方法，但 MCAD 軟件用戶也可將電路板幾何形狀直接推送至 Altium Designer 等 ECAD 平臺(tái)。直接推送至 PCB 可避免文件交換，確保設(shè)計(jì)師始終擁有正確的 PCB 機(jī)械規(guī)格。

在 Altium Designer 中處理復(fù)雜 3D PCB 布局

當(dāng)處理復(fù)雜布局、多板系統(tǒng)或柔性 PCB 時(shí)，需要快速使用 MCAD 工具檢查 PCB 外殼、電子元件和電路板之間的干涉。Altium Designer 提供了設(shè)計(jì)電路板和外殼時(shí)所需的 MCAD 工具，可檢查機(jī)械干涉，同時(shí)具備功能強(qiáng)大的電路板設(shè)計(jì)功能，支持設(shè)計(jì)師為任意應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)復(fù)雜電路板及其配套外殼。

Altium Designer 是一個(gè)提供完整 ECAD 和 MCAD 功能的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái)。無(wú)論設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 PCB 還是復(fù)雜多板系統(tǒng)，Altium Designer 都具備創(chuàng)建前沿技術(shù)所需的電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)功能。

Altium Designer 與 Altium 365 結(jié)合，為電子行業(yè)帶來(lái)了全新的集成水平（此前只是在軟件開發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)），使設(shè)計(jì)師能夠在家工作并實(shí)現(xiàn)前所未有的效率提升。

關(guān)于Altium

Altium有限公司隸屬于瑞薩集團(tuán)，總部位于美國(guó)加利福尼亞州圣迭戈，是一家致力于加速電子創(chuàng)新的全球軟件公司。Altium提供數(shù)字解決方案，以最大限度提高電子設(shè)計(jì)的生產(chǎn)力，連接整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有利益相關(guān)者，提供對(duì)元器件資源和信息的無(wú)縫訪問(wèn)，并管理整個(gè)電子產(chǎn)品生命周期。Altium生態(tài)系統(tǒng)加速了各行業(yè)及各規(guī)模企業(yè)的電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。