3D моделювання друкованих плат в САПР

Abstract

У час комп’ютерних технологій та науково-технічного прогресу широкого застосування набуло використання друкованих плат для виготовлення високотехнологічних виробів [1-3]. Системна плата знаходиться в корпусі будь-якого сучасного цифрового гаджета. Вона призначена для живлення, комутації, управління та координування дій всіх елементів, що знаходяться в будь-якій комп'ютерній техніці. До системної плати приєднуються різні SMD-компоненти (резистори, конденсатори, запобіжники, діоди) і всі інші периферійні пристрої за допомогою портів, виходів та роз'ємів. Найчастіша причина, яка призводить до швидкої поломки плати – це перегрів. Він може статися через кліматичні умови, попадання пилу, дешеву систему охолодження. Але нерідко причиною перегріву стає завелика сила струму, що подається на компоненти плати. Саме тому надзвичайно актуальним буде розраховувати для кожного елемента таку силу струму, щоб заздалегідь попередити поломку через перегрів при практичному застосуванні будь-якої плати [1]. В кваліфікаційній роботі представлено методи та засоби 3D моделювання в САПР Solidworks та створено підсистему, яка б допомагала створювати друковані плати різних розмірів, розміщати елементи на друкованих платах, переміщати їх, використовуючи засоби моделювання, та проведено відповідний тепловий аналіз. Процес проектування друкованої плати починається зі створення бібліотеки компонентів для проекту. На цьому етапі ведеться пошук і вивчення документації на використовувані компоненти. Кожен компонент бібліотеки містить умовно-графічне позначення компонента для редактора схем, і посадочне місце для редактора топології. Комплексний підхід полягає в тому, що вже на цьому етапі здійснюється підготовка стратегії трасування провідників майбутньої друкованої плати, визначаються класи ланцюгів і задаються необхідні технологічні параметри, а так само формуються дані необхідні для підготовки конструкторської документації. Разом з тим, потрібно на цьому етапі враховувати нагрівання компонентів, які розміщенні на платі для подальшого її надійного функціонування, а такий тепловий аналіз доцільно проводити в системах з 3D-моделювання, такими як Solidworks.Об’єкт дослідження – друкована плата. Предмет дослідження – 3D-проектування друкованої плати. Мета роботи - розроблення методів і засобів для проектування друкованих плат.

In the era of computer technology and scientific and technological progress, the use of printed circuit boards for the manufacture of high-tech products has become widespread [1-3]. The motherboard is located in the case of any modern digital gadget. It is designed to power, switch, control and coordinate the actions of all elements found in any computer equipment. Various SMD components (resistors, capacitors, fuses, diodes) and all other peripheral devices are connected to the motherboard using ports, outputs and connectors. The most common reason that leads to a quick failure of the board is overheating. It can occur due to climatic conditions, dust, a cheap cooling system. But often the cause of overheating is too much current supplied to the board components. That is why it will be extremely important to calculate such a current for each element in order to prevent damage due to overheating in the practical use of any board [1]. The qualification work presents methods and tools for 3D modeling in Solidworks CAD and creates a subsystem that would help create printed circuit boards of various sizes, place elements on printed circuit boards, move them using modeling tools, and conduct appropriate thermal analysis. The PCB design process begins with creating a component library for the project. At this stage, the documentation for the components used is searched and studied. Each component in the library contains a component symbol for the schematic editor and a location for the topology editor. The integrated approach consists in the fact that already at this stage the strategy for tracing the conductors of the future printed circuit board is prepared, the classes of circuits are determined and the necessary technological parameters are set, and the data necessary for the preparation of design documentation is also formed. However, at this stage, it is necessary to take into account the heating of the components placed on the board for its further reliable functioning, and such thermal analysis is advisable to carry out in 3D modeling systems, such as Solidworks.