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)計團隊，正在不斷推進設(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電子產(chǎn)品。
幸運的是,，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,，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,。再有，多次樣機非常耗費時間,，而且對于一項中度復(fù)雜的設(shè)計樣機的平均成本為8,929美元[i],。在設(shè)計過程中的任何額外時間或費用的增加,，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，傳遞給機械設(shè)計工程師,。機械工程師采用機械CAD軟件對設(shè)計進行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,，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行進一步分析的能力,，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。它還能夠促進與其它設(shè)計團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)確而明晰地傳達設(shè)計意圖及相關(guān)設(shè)計細節(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,。