博客作者：Zachariah Peterson

設(shè)計印刷電路板（PCB）既有趣又充滿挑戰(zhàn)，但 PCB 需要外殼來保持機械穩(wěn)定性。PCB 外殼可以直接購買現(xiàn)成的，也可以使用 MCAD 工具進行定制設(shè)計。無論選擇哪種方式來創(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，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)計電路板和外殼時所需的 MCAD 工具，可檢查機械干涉，同時具備功能強大的電路板設(shè)計特性，支持設(shè)計師為任意應(yīng)用場景設(shè)計復(fù)雜電路板及其配套外殼。

如何設(shè)計 PCB 外殼與布局以避免干涉

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

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

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

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

使用 Altium Designer 進行 3D 間距和碰撞檢查

遺憾的是，PCB 設(shè)計師需要 MCAD 設(shè)計師或 MCAD 應(yīng)用才能對現(xiàn)有外殼進行修改，或為 PCB 設(shè)計定制外殼。這些外殼設(shè)計需要電氣和機械領(lǐng)域之間的協(xié)同設(shè)計方法。

全定制 PCB 外殼需要協(xié)同設(shè)計

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

機械優(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，有時需在布局完成后才能最終確定。布局完成后，機械設(shè)計師再圍繞 PCB 進行外殼設(shè)計。

電氣優(yōu)先法更為簡單，因為它賦予電氣設(shè)計師充分的自由來選擇元件并在 PCB 布局中放置元件。完成后，機械工程師以最終的設(shè)計模型為基礎(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)計可能看起來簡單，定制設(shè)計通常形似盒子，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)品需要更獨特的功能和美學(xué)體驗時，機械優(yōu)先法占主導(dǎo)地位。這意味著設(shè)計團隊需要采用協(xié)同設(shè)計方法，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

開發(fā) PCB 外殼的一個重要流程是 MCAD 協(xié)同設(shè)計，即機械和電氣設(shè)計師反復(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 PCB 集成到同一組件中。

對于機械工程師而言，MCAD 協(xié)同設(shè)計方法有諸多優(yōu)勢，其中最重要的是能夠為電氣設(shè)計師定義約束條件。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)劃這些要素確實會限制電路板設(shè)計師，但也能確保其設(shè)計符合目標外殼的要求。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，機械設(shè)計師可專注于構(gòu)建外殼并規(guī)劃制造流程。同時，PCB 設(shè)計師可專注于在這些約束范圍內(nèi)進行 PCB 布局設(shè)計。為確保 PCB 布局不違反機械約束，需定期審查元件布局，這可通過 Altium 365 等云平臺的標準推拉流程實現(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，這使其在許多場景中非常實用，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的選擇，適用于多種設(shè)計。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等級（IP 等級），與同等等級的面板安裝或機箱安裝連接器結(jié)合使用時，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，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)商通常會提供外殼的 3D 機械模型，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)計的 MCAD 優(yōu)先法，且需要 MCAD 軟件包支持。基于 3D 模型，MCAD 設(shè)計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)計師。

雖然傳遞 DXF 文件通常是定義電路板幾何形狀的標準方法，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。直接推送至 PCB 可避免文件交換，確保設(shè)計師始終擁有正確的 PCB 機械規(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，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)計電路板和外殼時所需的 MCAD 工具，可檢查機械干涉，同時具備功能強大的電路板設(shè)計功能，支持設(shè)計師為任意應(yīng)用場景設(shè)計復(fù)雜電路板及其配套外殼。

Altium Designer 是一個提供完整 ECAD 和 MCAD 功能的 PCB 設(shè)計平臺。無論設(shè)計簡單 PCB 還是復(fù)雜多板系統(tǒng)，Altium Designer 都具備創(chuàng)建前沿技術(shù)所需的電氣和機械設(shè)計功能。

Altium Designer 與 Altium 365 結(jié)合，為電子行業(yè)帶來了全新的集成水平（此前只是在軟件開發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)），使設(shè)計師能夠在家工作并實現(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，總部位于美國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)計的生產(chǎn)力，連接整個設(shè)計過程中的所有利益相關(guān)者，提供對元器件資源和信息的無縫訪問，并管理整個電子產(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)品實現(xiàn)進程。