3D-MID Design

What is 3D-MID?

3D-MID steht für dreidimensionale mechatronisch integrierte Bauelemente. 

Beim 3D-MID-Fertigungsprozess wird mit einem Laser das Schaltungsmuster direkt auf die Oberfläche eines 3D-Substrats geätzt, das anschließend einer standardmäßigen Metallisierung unterzogen wird, um dieses Muster zu leitfähigen Leiterbahnen aufzubauen. Dieses Verfahren, bekannt als Laser Direct Structuring (LDS), ermöglicht die Integration der Schaltung in die Struktur des Endprodukts.

Das Entwerfen von Leiterbahnen über die Oberfläche einer 3D-Struktur bringt besondere Herausforderungen mit sich. Der Bearbeitungsbereich muss die Platzierung von Komponenten und die Verbindungen zwischen ihnen unterstützen, die die jeweilige Schaltung definieren. Dieser Editor muss außerdem das 3D-Substrat importieren können, auf dem die elektronische Schaltung erstellt wird – es muss sich um einen echten dreidimensionalen Editor für elektronisches Design handeln.

Der Entwickler muss in der Lage sein, die Komponenten auf jeder Oberfläche des importierten 3D-Substrats zu positionieren. Anschließend muss er die Verbindungswege zwischen den Pins der Komponenten definieren können, ein Vorgang, der üblicherweise als Routing der Verbindungen bezeichnet wird. Auch diese Routen müssen über die Oberfläche des Substrats verlaufen können, unabhängig von der aktuellen Ausrichtung der Substratoberfläche an jedem Punkt entlang des Routenpfads.

Schließlich muss der Entwickler die Fertigungsdaten in dem vom Laser Direct Structuring- (LDS) Verfahren geforderten Format erzeugen können.

Das neue 3D-MID-Design-Tool bringt diese Funktionalität erstmals in Altium Designer.

Erstellen eines 3D-MID-Dokuments

Wie ein Standard-PCB-Dokument (PcbDoc) kann auch ein 3D-MID-Dokument (PcbDoc3D) entweder innerhalb eines Projekts oder als freies Dokument erstellt werden. 

• Um ein neues 3D-MID-Dokument innerhalb eines Projekts zu erstellen, klicken Sie im Projects Bereich mit der rechten Maustaste auf den Projektnamen und wählen dann Add New to Project » PCB3D aus.

  

• Um ein 3D-MID-Dokument als freies Dokument zu erstellen, wählen Sie File » New » PCB3D aus den Menüs.

  

• Im Rahmen des Erstellungsprozesses wird ein Dialogfeld angezeigt, in dem Sie aufgefordert werden, eine Datei auszuwählen, die das Substrat des 3D-MID-Dokuments bildet. Die ausgewählte Datei muss entweder im STEP- oder im IGES-Format vorliegen. Der Vorteil des IGES-Formats besteht darin, dass es eingebettete Skizzen enthalten kann.

  Hinweis: Es werden nur einteilige (keine Baugruppen-) STEP- oder IGES-Dateien vollständig unterstützt. Wenn eine Baugruppendatei ausgewählt wird, wird nur das erste Teil dieser Baugruppe importiert.

Nach der Auswahl wird die Substratdatei im 3D-MID-Bearbeitungsfenster angezeigt. Wenn Sie das Fenster zur Substratauswahl abbrechen, wird das Standardsubstrat angezeigt, wie unten dargestellt.

Ein Standard-3D-Substrat wird erstellt, wenn Sie sich dagegen entscheiden, ein eigenes zu öffnen.

Ändern des Substrats

Bei Bedarf kann das 3D-Substrat geändert werden, indem Sie den Befehl File » Change Substrate in den Hauptmenüs auswählen.

Wenn sich das Substratdesign geändert hat, kann es aktualisiert werden.

Wie vorhandene Objekte behandelt werden, wenn das Substrat geändert wird

❯ ❮ Javascript ID: H

Wenn ein neues Substrat ausgewählt wird, vergleicht die Software das neue Substrat mit dem vorhandenen Substrat.  Dazu vergleicht sie die Position jeder vorhandenen Oberfläche mit der Position dieser Oberfläche im neuen Substrat. Anhand eines Schwellenwerts gilt eine neue Oberfläche als dieselbe Oberfläche an einer neuen Position, wenn sie sich innerhalb des angegebenen Abstands zu einer vorhandenen Oberfläche befindet, und alle vorhandenen Layoutobjekte werden auf sie verschoben. Ist der Abstand größer als dieser Wert, wird die neue Oberfläche als andere Oberfläche betrachtet und die Layoutobjekte werden gelöscht. Der Schwellenwert wird durch die Advanced Option 3DLayout.ChangingSubstrate.MaxDistance definiert, die eine Auflösung von 0,001 mil und einen Standardwert von 2000 (2 mil) hat.

Arbeiten im 3D-MID-Dokumenteditor

Die Kamerasteuerung funktioniert wie folgt:

• Zum Verschieben ziehen Sie mit der rechten Maustaste
• Zum Zoomen verwenden Sie das Mausrad
• Zum Drehen halten Sie die Umschalttaste gedrückt und ziehen mit der rechten Maustaste. Das Rotationszentrum wird durch die Position des Mauszeigers bestimmt, wenn der Befehl gestartet wird.

Ändern Ihrer Ansicht des Substrats

Unten links im Designbereich befindet sich eine rote/grüne/blaue Achsenmarkierung, die als Ansichtsorientierungs-Gizmo bezeichnet wird.

Klicken Sie im Gizmo auf eine farbige Ebene oder Achse, um Ihre Ansicht des Substrats auf diese Ebene/Achse neu auszurichten.

Das Gizmo

Das Gizmo wird verwendet, um die Ausrichtung Ihrer Ansicht des Substrats zu ändern. Jeder Arbeitsbereichsachse und ihrer entsprechenden Ebene ist eine Farbe zugewiesen. Wenn Sie mit der Maus über ein farbiges Gizmo-Element fahren, wird es größer und zeigt damit an, dass es aktiv ist. Wenn Sie auf dieses farbige Element klicken, wird die Ansicht neu ausgerichtet, sodass Sie down entlang dieser Achse in das Substrat blicken. Ein zweiter Klick dreht die Ansicht um, sodass Sie entlang derselben Achse aus der entgegengesetzten Richtung schauen.

• Blue - Z-Achse, Blick in die X-Y-Ebene. 
• Red - X-Achse, Blick in die Y-Z-Ebene. 
• Green - Y-Achse, Blick in die X-Z-Ebene. 

3D-Ansichtssteuerungen

Ihre Ansicht des Substrats kann auch über das Untermenü 3D View Control gesteuert werden.

• Verwenden Sie die obere Gruppe von Befehlen, um das Substrat entlang der angegebenen Achse anzuzeigen.  
• Verwenden Sie die untere Gruppe von Befehlen, um das Substrat in die gewählte Richtung zu Rotate oder zu Roll. Jeder dieser Befehle kann auch über die in der Abbildung unten angegebene Tastenkombination aufgerufen werden. Wenn Sie einen Befehl zum Drehen oder Rollen auswählen, wird außerdem gezoomt, um das Substrat in der Bildschirmmitte zu zentrieren.

Ändern des Ansichtstyps

Sie können die Ansicht ändern, indem Sie den Befehl View » Switch Perspective/Orthographic view umschalten. Die Perspektivansicht ermöglicht eine realistischere 3D-Ansicht des 3D-MID.  Die orthografische Ansicht entfernt die durch die Perspektive verursachten Verzerrungseffekte und stellt sicher, dass parallele Merkmale auch als solche angezeigt werden. 

Konfigurieren der Farben

Die Farbe der Substratoberfläche und der Umrissfarbe sowie die Farbe des aktuell ausgewählten Objekts und des Kupfers können im Bereich View Configuration konfiguriert werden, wie unten gezeigt. Aktivieren Sie den Bereich über die Schaltfläche Panels unten rechts in der Software.

❯ ❮ Javascript ID: G

Die Farbe der Substratoberfläche, die Umrissfarbe und die Farbe des aktuell ausgewählten Objekts können im Abschnitt System Colors des Panels konfiguriert werden. Die Farbe des Kupfers kann im Abschnitt Layers des Panels konfiguriert werden. Das Grafikfenster zeigt die neue Kupferfarbe erst an, nachdem die Sichtbarkeit der Komponenten mit den Tastenkombinationen 2 und 3 umgeschaltet wurde.

Ausrichtungswerkzeuge

Es stehen zwei Werkzeuge zur Verfügung, um Objekte auf der Oberfläche des Substrats zu positionieren. Sie können eine Skizze aus MCAD importieren oder die Funktion Alignment Grid generation im 3D-MID-Editor verwenden. Sobald sie angezeigt werden, können die Skizzenelemente verwendet werden, um die Platzierung von Komponenten, Kupferleiterzügen und Flächen zu unterstützen.

• Beim Ziehen einer Komponente rastet der Mauszeiger am Mittelpunkt des Footprints ein. Der Mauszeiger (und damit der Komponentenmittelpunkt) rastet dann an den Skizzenelementen ein. 
• Wenn eine Komponente ausgewählt ist, wird außerdem ein Rotationsgriff angezeigt. Klicken und ziehen Sie den Griff, um die Komponente zu drehen. Der Griff rastet an den Skizzenelementen ein. Erfahren Sie mehr über die interaktive Komponentendrehung.
• Beim Routen rasten Start- und Endpunkte des Kupferleiterzugs an allen Schnittpunkten ein, die durch Skizzenelemente gebildet werden. Wenn sich der Mauszeiger nicht in der Nähe eines Schnittpunkts befindet, rastet er an den Skizzenlinien ein. Wenn der Mauszeiger während des Routens entlang einer Skizzenlinie bewegt wird (einschließlich gekrümmter Linien), folgt der Leiterzug dieser Linie.
• Die Eckpunkte und Kanten einer Fläche können ebenfalls am Raster oder an importierten Skizzen ausgerichtet werden.
• Die beiden unten beschriebenen Werkzeuge können unabhängig voneinander gleichzeitig auf demselben Substrat verwendet werden.

Skizzenimport

• Beim Entwurf des Substrats in MCAD können 3D-Kurven auf der Oberfläche des Teils platziert und in die exportierte IGES-Datei aufgenommen werden. 
• In Solidworks ermöglicht beispielsweise der Befehl Project Curve, eine 2D-Skizze auf einer 3D-Oberfläche zu platzieren.

• Diese „Kurven“ können dann mit der Option Export 3D Curve features in den IGES-Export aufgenommen werden.

• Wenn die IGES-Datei in Altium Designer importiert wird, um das Substrat für ein 3D-MID zu bilden, können diese Elemente durch Auswahl des Befehls View » Show Sketches angezeigt werden.

In MCAD definierte Skizzen werden rot dargestellt.

• Die Skizzenelemente können dann als Orientierungshilfe für die Platzierung von Komponenten und Flächen sowie während des Routens verwendet werden.

Ausrichtungsraster

• Im 3D-MID-Dokument kann ein Raster auf einer der drei Bezugsebenen erzeugt werden, und zwar über den Abschnitt Alignment Grid des Properties Panels, wenn im 3D-Designbereich keine Objekte ausgewählt sind. Dieses Raster wird dann von der angegebenen Ebene auf die Oberflächen des Teils projiziert. Beachten Sie, dass dieses Raster unabhängig von Skizzen ist, die als Teil des Substrats importiert wurden. 

• Die Eigenschaften des Rasters können vom Benutzer gesteuert werden. Beachten Sie, dass der Substratursprung vom importierten STEP-/IGES-Modell übernommen wird. 
  • Enable Grid - das Einrasten am Raster erfolgt nur, wenn das Raster sichtbar ist.
  • Plane Kind - die XY-, XZ- oder YZ-Ebene, von der aus das Ausrichtungsraster projiziert wird. Vom importierten STEP-/IGES-Modell übernommen, das das Substrat bildet.
    Alternativ können Sie den UV-Ebenentyp auswählen, der ein Raster auf Basis der Oberflächen des Substrats erzeugt und dadurch natürlichere Rasterlinien bereitstellt, die den Krümmungen des Substrats folgen (Bild anzeigen). Der UV-Ebenentyp ermöglicht das Routen entlang natürlicherer Linien auf der Oberfläche des 3D-Substrats.
  • Horizontal/Vertical Size - Rasterabstand.
  • Horizontal/Vertical Offset - Rasterversatz relativ zum Substratursprung.
  • Rotation - Drehwinkel des Rasters, parallel zu dieser Ebene (nur anwendbar auf die Ebenentypen XY, XZ, YZ).

Cursor-Einrasten

Der Editor für 3D-MID-Dokumente ermöglicht es Ihnen, die Einrastpriorität zu überschreiben. Auf die Steuerelemente für die Einrastpriorität greifen Sie über die Schaltfläche Objects for snapping () auf der Active Bar zu.

Es stehen zwei Ebenen des Cursor-Einrastens zur Verfügung: Raster und Objekte. Wenn aktiviert, hat das Einrasten an Objekten Vorrang vor dem Einrasten am Raster. Dadurch ist es beispielsweise möglich, beim Routen zu/von einem vorhandenen Leiterzug am Raster statt an der Mittellinie dieses Leiterzugs einzurasten, indem das Einrasten an Grids aktiviert, das Einrasten an Track Lines jedoch deaktiviert wird (vorausgesetzt, das Raster selbst ist im Properties Panel aktiviert), wie im folgenden Video gezeigt.

Arbeiten mit Komponenten

• Wenn das 3D-MID-Dokument Teil eines Projekts ist, können Komponenten mit den Standardbefehlen aus Schaltplanblättern dorthin synchronisiert werden – Design » Update PCB, wenn Sie im Schaltplaneditor arbeiten, Design » Import Changes from xxx.PrjPcb, wenn Sie im 3D-MID-Dokumenteditor arbeiten. In diesem Fall werden auch die Netzzuweisungen der Schaltplan-Pins auf die Pads der 3D-MID-Komponenten übertragen. Beachten Sie, dass dabei Standard-Designregeln erstellt werden; weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Standardprojektoptionen und Designregeln auf dieser Seite.
• Nach der Synchronisierung mit dem 3D-MID-Dokument erscheinen die Komponenten zunächst schwebend im 3D-Raum neben dem Substratkörper und können einzeln auf die Oberfläche des Substrats gezogen werden. Standardmäßig hängt die anfängliche Ausrichtung der Komponente auf der Substratoberfläche davon ab, welchen Weg die Maus beim Ziehen genommen hat.

❯ ❮ Javascript ID: A

Nach der Synchronisierung der Komponenten und Netze aus dem Schaltplan erscheinen die Komponenten neben dem Substrat schwebend auf dessen X-Y-Ebene. Beachten Sie, dass Pad 1 abgerundete Ecken hat. Die Ausrichtung der verschobenen Komponente nach Annäherung an das Substrat von vorne. Die Ausrichtung der verschobenen Komponente nach Annäherung an das Substrat von der Seite.

• Alternativ können Komponenten direkt aus dem Components Panel auf das Substrat gezogen werden. Wenn Sie eine Komponente aus dem Components Panel platzieren, hat sie einen Standard-Designator, und alle Pads der Komponente sind als No Net bezeichnet.
• Während Sie eine Komponente ziehen, rastet der Mauszeiger (durch ein grünes Kreuz angezeigt) am Mittelpunkt des Footprints ein. Der Cursor (und der daran befestigte Mittelpunkt des Footprints) rastet dann an einem sichtbaren Ausrichtungsraster ein. Erfahren Sie mehr über Ausrichtungsraster und die Ausrichtungswerkzeuge.
• Komponenten können auch bei ausgeblendeten 3D-Körpern gezogen werden. Um die Komponente auszuwählen, klicken und halten Sie auf eines der Pads der Komponente. Sobald die Maus bewegt wird, rastet der Komponentenmittelpunkt am Cursor ein.

• Wenn eine Komponente in einem 3D-MID-Dokument gezogen wird und die Komponentenkörper ausgeblendet sind (View » Component Bodies » Hide; Tastenkombination: 2), wird eine Entwurfsdarstellung (grüne Pyramiden) angezeigt, wenn ihre Pin-Anzahl den durch die erweiterte Einstellung 3DLayout.ComponentDrag.DrawShapesPinsLimit definierten Grenzwert überschreitet (standardmäßig 15). Dieses Verhalten dient der Verbesserung der Leistung.  Der Wert der Einstellung kann an die Spezifikationen Ihres PCs angepasst werden.

  

• Wenn eine Komponente gezogen wird, dreht Spacebar sie in den auf der Seite Rotation Step des Dialogs PCB Editor - General definierten Schritten gemäß dem Winkel in Preferences (Bild anzeigen). Der Standard-Drehschritt beträgt 90 Grad.
• Das Verhalten der Komponentenausrichtung beim Ziehen über verschiedene Oberflächen des Substrats wird durch die erweiterte Einstellung 3DLayout.ComponentDrag.KeepOrientation gesteuert.

❯ ❮ Javascript ID: B

Wenn der Wert True ist (der Standardwert), versucht der Algorithmus, dieselbe Komponentenausrichtung beizubehalten, während sie jede Oberflächengrenze überquert. Das Ergebnis ist, dass die Ausrichtung einer Komponente auf jeder Oberfläche davon abhängt, welchen Weg sie genommen hat, um diese Oberfläche zu erreichen. Wenn der Wert der erweiterten Einstellung 3DLayout.ComponentDrag.KeepOrientation False ist, stellt der Algorithmus sicher, dass alle Komponenten auf derselben Oberfläche dieselbe Ausrichtung haben, unabhängig davon, welchen Weg sie genommen haben, um diese Oberfläche zu erreichen. Das bedeutet, dass der Benutzer beim Ziehen über eine Oberflächengrenze mit einer plötzlichen Änderung der Komponentenausrichtung rechnen muss.

• Die Ausrichtung einer Komponente kann mit dem Rotationsgriff festgelegt werden. Gehen Sie dazu wie folgt vor:

❯ ❮ Javascript ID: C

Klicken Sie einmal, um die Komponente auszuwählen. Um die Komponente erscheint ein Rahmen, und der Griff wird sichtbar. Er kann verwendet werden, um die Ausrichtung der Komponente interaktiv festzulegen. Klicken und halten Sie diesen Griff und ziehen Sie ihn in die gewünschte Position. Der Griff rastet am Ausrichtungsraster ein.

• Sie können auch mehr als eine Komponente ziehen. Wählen Sie mehrere Komponenten aus (mit der Tastenkombination Shift+Click oder anderen Auswahlmethoden) und verwenden Sie dann Click, Hold&Drag auf die Auswahl, um alle ausgewählten Komponenten gleichzeitig zu verschieben. Wie beim Ziehen einer einzelnen Komponente wird die Bewegung durch die aktuellen Einrastoptionen eingeschränkt.
• Pads, Füllungen und massive Flächen innerhalb eines Komponenten-Footprints sind Kupferobjekte, die für die Platzierung im 3D-MID-Dokument unterstützt werden. Dadurch können Sie Komponenten mit komplex geformten Footprints auf Ihren Substraten platzieren, einschließlich HF-Formen (z. B. Antennen).
• Wenn ein Bauteil über die Oberfläche des Substrats gezogen wird, wird die Form seiner Pads erzeugt, indem seine Form von der Ebene des 2D-Footprints auf die Substratoberfläche projiziert wird. Ist diese Oberfläche nicht eben, wird die resultierende Form der Pads verzerrt. Es gibt Grenzen für das tolerierbare Maß an Verzerrung. Sobald diese Grenze erreicht ist, wird das Pad nicht erstellt.
• Um auf die Eigenschaften eines Bauteils zuzugreifen, klicken Sie mit der linken Maustaste auf den Bauteilkörper. Um das Bauteil erscheint ein Drahtgitterrahmen. Auf seine Eigenschaften kann dann über das Properties Panel zugegriffen werden.
• Sobald ein Bauteil ausgewählt wurde, kann ein Pad durch einen weiteren Linksklick direkt auf das Pad ausgewählt werden. Die Eigenschaften des Pads können dann über das Properties Panel bearbeitet werden.
• Wenn die Eigenschaften des Pads nicht zur Bearbeitung verfügbar sind, bedeutet dies, dass die globale Option Protect Locked Primitives in Component auf der Seite PCB Editor - General des Dialogs Preferences aktiviert ist (Bild anzeigen). Um dies lokal zu überschreiben und das Pad dieses Bauteils zu bearbeiten, wählen Sie das Bauteil statt des Pads aus (der Drahtgitterrahmen wird angezeigt) und klicken Sie dann auf die Sperrschaltfläche Primitives (Bild anzeigen), um die Primitive dieses Bauteils zu entsperren. Denken Sie daran, die Bauteil-Primitive wieder zu sperren, wenn Sie die Bearbeitung der Pad-Eigenschaften abgeschlossen haben.

Routing

Routing ist der Prozess der Definition von Kupferleitbahnen zwischen den verbundenen Bauteilpins. Sie routen das Design, indem Sie jede Netzverbindungslinie durch Track-Objekte auf einer Kupferlage ersetzen.

Anzeigen der Verbindungslinien

Als Hilfe beim Routing können die Netzverbindungslinien (View » Connections » Show All) angezeigt werden. Verbindungslinien werden zwischen nicht verbundenen Tracks/Pads desselben Netzes angezeigt und spiegeln die in den Schaltplandokumenten des Projekts definierte Konnektivität wider. Für jedes Netz berechnet der Algorithmus standardmäßig eine Linienkonfiguration, die ihre Gesamtlänge minimiert.

Farbkodierung der Verbindungslinien

• Die Menge der Verbindungslinien, aus denen jedes Netz besteht, kann wie unten gezeigt farbcodiert werden:

❯ ❮ Javascript ID: D

Um einem bestimmten Netz eine Farbe zuzuweisen, wählen Sie zunächst... ein Pad aus, das zu diesem Netz gehört (einmal klicken, um das Bauteil auszuwählen, kurz warten und dann ein zweites Mal klicken, um das Pad auszuwählen), und klicken Sie dann auf den Hyperlink Net im Properties Panel. Klicken Sie auf das Farbsymbol und wählen Sie in der angezeigten Palette eine neue Farbe für die Verbindungslinien dieses Netzes aus. Alternativ können Sie im PCB Panel im Modus Nets das Netz in der Liste suchen und mit der rechten Maustaste auf den Namen klicken, um das Kontextmenü anzuzeigen. Wählen Sie den Befehl Change Net Color, um den Dialog Choose Color zu öffnen, und wählen Sie eine neue Farbe aus.

Net Color Override – Anzeigen der Netzfarbe auf gerouteten Netzen

Sie können die Netzfarbe auch für geroutete Netze verwenden, indem Sie die Funktion Net Override Color aktivieren. Mit dieser Funktion können Sie die Hervorhebung gerouteter Netze in Ihren 3D-MID-Dokumenten mit Ihrem eigenen überschreibenden Farbschema steuern. Anstatt ein Netzobjekt ausschließlich mit der Lagenfarbe einzufärben, können Sie eine bestimmte alternative Farbe zuweisen.

So verwenden Sie die Funktion Net Override Color:

1. Apply the required color to the net(s) – verwenden Sie die im obigen Abschnitt Color-Coding the Connection Lines beschriebenen Techniken.
2. Enable Color Override for the net(s) – die Farbübersteuerung wird für jedes Netz über das Kontrollkästchen neben seinem Namen im PCB Panel aktiviert (im Modus Nets), wie unten im Bild für das Netz NetR2_1 gezeigt. Die Kontrollkästchen können für mehrere ausgewählte Netze über die Befehle Right-click » Display Override » Selected On/Off umgeschaltet werden.

Vorbereitung für das Routing

• Sobald eine Verbindung zwischen zwei Pads desselben Netzes geroutet wurde, verschwindet die zugehörige Verbindungslinie. Dadurch können die Verbindungslinien als visuelle Kontrolle verwendet werden, um sicherzustellen, dass alle Netze vollständig geroutet sind – bei einem vollständig gerouteten Design bleiben keine Verbindungslinien mehr übrig (außer zwischen einem Paar Via-Pads). Falls erforderlich, können die Verbindungslinien mit dem Befehl View » Connections » Hide All ausgeblendet werden.
• Es wird nur manuelles interaktives Routing unterstützt (automatisches Routing wird derzeit nicht unterstützt).
• Es stehen zwei interaktive Routing-Modi zur Verfügung:
  • Ignore Obstacles - eine Verbindung zu Kupfer eines anderen Netzes muss manuell vermieden werden. Es ist möglich, Kurzschlüsse zu erzeugen. In diesem Modus arbeitet die Software schnell und reaktionsschnell.

  • Walkaround Obstacles - der Routing-Algorithmus verhindert Kurzschlüsse, indem er einen Abstand zwischen der Route und Kupferobjekten eines anderen Netzes einhält. Dies ist ein rechenintensiver Prozess, daher kann es zu einer Verzögerung kommen, bevor die Software die Kollision erkennt und die Route um das Hindernis herumführt. Der Algorithmus erfordert, dass sich der Cursor außerhalb des Objekts befindet, das zum anderen Netz gehört.

    Wählen Sie den Befehl Tools » Preferences, um den Dialog Preferences zu öffnen, und öffnen Sie dann die Seite PCB Editor - Interactive Routing des Dialogs, um den Routing-Modus auszuwählen. Obwohl es möglich ist, andere Routing-Modi auszuwählen, sind diese für das 2D-PCB-Design vorgesehen. Wenn einer davon ausgewählt wird, verwendet die Software standardmäßig den Modus Walkaround.

Festlegen des Objektabstands und der Routing-Breite

Der 3D-MID-Editor verwendet Design Rules, um die Breite des Routings und den minimal zulässigen Abstand zwischen Objekten zu definieren, die zu unterschiedlichen Netzen gehören.

• Um die Anforderungen für Abstand und Routing-Breite festzulegen, öffnen Sie PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules).

Konfigurieren der Abstandsbeschränkung

• Im Baum auf der linken Seite des Design-Rule-Dialogs erweitern Sie den Baum und wählen die Standardregel Clearance aus.
• Nur die drei im folgenden Bild hervorgehobenen Werte beeinflussen den Algorithmus:

• Beachten Sie, dass TH-Pads (Through-Hole) im 3D-MID-Dokument als solche erkannt werden, die Bohrung selbst jedoch nicht berücksichtigt wird.

Konfigurieren der Routing-Breite

• Die Breite für neu platzierte Tracks wird durch die anwendbare Routing-Design-Rule Width definiert. Der 3D-Router unterstützt nur den Wert Preferred Width für die Top Layer. Dieser kann im allgemeinen Feld Preferred Width (im folgenden Bild hervorgehoben) oder im lagenspezifischen Breitenfeld konfiguriert werden.

Standard-Projektoptionen und Design Rules

Jedes neue Projekt verfügt über Standard-Einstellungen zur Regelerstellung, und jedes neue PcbDoc3D-Dokument hat Standardregeln. Beispielsweise führen die Standard-Projekteinstellungen dazu, dass beim Synchronisieren des Designs zwischen dem Schaltplaneditor und dem PCB3D-Editor eine oder mehrere Placement Design Rules erstellt werden. Die Folge dieser standardmäßigen Placement-Regel ist, dass die Online-DRC erkennt, dass sich die Bauteile nicht innerhalb des Rooms befinden, sodass sie als Regelverletzung hervorgehoben werden (in Grün). 

• Die standardmäßige Placement-Design-Rule kann gelöscht werden; klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Regel in PCB Rules and Constraints Editor, um das Kontextmenü anzuzeigen und sie zu löschen, wie unten gezeigt. Erfahren Sie mehr über Design Rules.

• Um zu verhindern, dass die Software beim Synchronisieren eines Designs zwischen Schaltplan- und 3DPCB-Editor für jedes Schaltplanblatt im Projekt eine Placement-Regel erstellt, öffnen Sie den Dialog Options for PCB Project (Project » Project Options), wechseln Sie zur Registerkarte Class Generation und deaktivieren Sie die Option Generate Rooms, wie unten gezeigt. Erfahren Sie mehr über die Project Options.

Routing mit dem Alignment Grid und Sketches

Da Sie Verbindungen über die unregelmäßigen Oberflächen von 3D-Objekten routen, ist das traditionelle XY-Ebenenraster aus dem PCB-Design hier nicht sinnvoll. Stattdessen unterstützt der 3D-MID-Editor zwei Arten von Sketch-Funktionen: das Alignment Grid und importierte Sketches. 

• Das Alignment Grid des 3D-MID-Editors wird im Properties Panel aktiviert und konfiguriert, wenn im Designbereich keine Objekte ausgewählt sind. Konfigurieren Sie die Eigenschaften des Alignment Grid passend zum erforderlichen Routing-Raster, einschließlich:
  • Plane Kind (die Ebene, von der aus das Alignment Grid projiziert wird);
  • Size (Rasterabstand des Grids) und
  • Rotation (Drehwinkel parallel zu dieser Ebene). Während des Routings rastet der Mauszeiger an der nächstgelegenen Rasterlinie ein, sobald er sich dem Alignment Grid nähert.
• Wenn das Substrat aus einer IGES-Datei importiert wird, können alle in dieser IGES-Datei eingebetteten Sketch-Elemente (Linien und Bögen) ebenfalls als Führung für die Platzierung von Routen verwendet werden. Während des Routings rastet der Mauszeiger an einem Schnittpunkt von Sketch-Linien ein, wenn er in dessen Nähe bewegt wird. Andernfalls rastet er an einer nahegelegenen Sketch-Linie ein. Beachten Sie, dass die Sketches nur für die Platzierung verwendet werden können, wenn sie sichtbar sind. Um ihre Sichtbarkeit umzuschalten, wählen Sie View » Show Sketches (beachten Sie, dass dieser Befehl nicht für die Anzeige von Alignment Grid gilt; diese wird im Properties Panel konfiguriert).

Aktivieren Sie das Alignment Grid, damit Routen am Raster einrasten.

Eine Verbindung routen

Um mit dem Routen zu beginnen, wählen Sie den Menübefehl Route » Interactive Routing, klicken Sie auf die entsprechende Schaltfläche in der Active Bar, wie unten gezeigt, oder drücken Sie die Tastenkombination Ctrl+W.

Routen ist der Prozess des Definierens von Kupferleitbahnen zwischen den verbundenen Bauteilanschlüssen. 

Tipps zum Routen

• Starten Sie den Befehl Interactive Routing. Der Cursor ändert sich zu einem grünen Kreuz, um anzuzeigen, dass der interaktive Routing-Befehl aktiv ist. Beachten Sie, dass es beim ersten Start des Befehls in einer Bearbeitungssitzung zu einer kurzen Verzögerung zwischen der Auswahl des Befehls und dem tatsächlichen Beginn des Routens kommen kann.

• Klicken Sie irgendwo auf das gewünschte Pad (oder eine vorhandene Route), um das Routen zu starten. Ein Leiterbahnsegment wird angezeigt; das feste Ende wird automatisch am Mittelpunkt des Pads (oder am Ende der vorhandenen Leiterbahn) befestigt, und das andere Ende ist mit dem bewegten Cursor verbunden. Die Leiterbahnsegmente, die Sie mit jedem Mausklick platzieren, erhalten automatisch das Netz des Pads oder der vorhandenen Route.

• Am beweglichen Ende der Route ist eine grüne interaktive Verbindungslinie angehängt. Die Software verbindet das andere Ende dieser Verbindungslinie automatisch mit dem nächstgelegenen Objekt desselben Netzes. Sie können die Verbindung zu jedem beliebigen Objekt in diesem Netz routen; Sie müssen dem Verlauf der Verbindungslinien nicht folgen. Die Software aktualisiert die Verbindungslinien automatisch, sobald Sie den interaktiven Routing-Modus verlassen. Das folgende Bild zeigt die blass gefärbte ursprüngliche Verbindungslinie und die grüne interaktive Verbindungslinie, wenn sich die Route dem Ziel-Pad nähert. Bewegen Sie den Cursor über das Bild, um die abgeschlossene Verbindung anzuzeigen.

  

• Klicken Sie mit der linken Maustaste, um das Leiterbahnsegment zu platzieren und einen festen Punkt im Routing festzulegen. Anschließend bewegen Sie den Cursor weiter und klicken, um weitere Leiterbahnsegmente zu platzieren.

• Wenn Sie sich dem Zielobjekt nähern und sich der Cursor innerhalb seiner Begrenzungen befindet, rastet er am Mittelpunkt des Pads oder an der Mittellinie des vorhandenen Leiterbahnsegments ein (oder am Endpunkt der Leiterbahn, wenn dieser näher liegt).

• Während Sie eine Verbindung routen, können Sie auf das Properties-Panel zugreifen, das Raster aktivieren/deaktivieren und dessen Einstellungen bei Bedarf anpassen. Dies wird im Video am Anfang dieses Abschnitts gezeigt.

• Wenn das Routen dieser Verbindung abgeschlossen ist, right-click (oder drücken Sie Esc auf der Tastatur), um den interaktiven Routing-Modus zu verlassen. Beachten Sie, dass Sie dadurch den interaktiven Routing-Modus verlassen; Sie müssen den Befehl erneut starten, um mit dem Routen fortzufahren.

• Sie können eine Route unvollständig lassen und später zu ihr zurückkehren. Right-click Sie die Maus, um das Routen zu beenden.

• Sie können das Routen auch an einer beliebigen Stelle auf der Oberfläche des Substrats beginnen. In diesem Fall erhält das Routing eine Net-Zuweisung von No Net; wenn Sie dann zu einem Pad mit zugewiesenem Netz routen, erzeugen Sie eine Abstandsverletzung. Aus diesem Grund wird empfohlen, von einem vorhandenen Netzobjekt aus zu routen.

• Bei Bedarf können Sie das Properties-Panel verwenden, um das einem bereits platzierten Leiterbahnsegment bzw. mehreren Segmenten zugewiesene Netz zu ändern.

• Wenn Sie im Modus „Walkaround Obstacle“ routen, kann es zu einer Verzögerung kommen, bevor die Leiterbahnsegmente erscheinen, wenn Sie sich einem vorhandenen Objekt nähern, das zu einem anderen Netz gehört. Beachten Sie, dass der Walkaround-Algorithmus erfordert, dass sich der Cursor außerhalb von Objekten anderer Netze befindet, um einen Routing-Pfad berechnen zu können. Es kann auch eine Verzögerung zwischen einem Klickereignis und dem Erscheinen einer Leiterbahn auftreten.

• Wenn der interaktive Router scheinbar einfriert, bewegen Sie die Maus nicht weiter und warten Sie, bis die Software die erforderlichen Objektpositionen fertig berechnet hat. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie sich von einer Substratoberfläche zu einer anderen bewegen.

• Sie können eine Leiterbahn durch Klicken und Ziehen bearbeiten.
  • Klicken und ziehen Sie eine Leiterbahn, um einen neuen Eckpunkt hinzuzufügen.
  • Klicken und ziehen Sie einen Eckpunkt, um ihn zu verschieben.

• Um die Breite eines bereits platzierten Leiterbahnsegments zu ändern, wählen Sie es aus und bearbeiten Sie die Einstellung Width im Properties-Panel.

• Um die Breite mehrerer Segmente zu ändern, halten Sie die Taste Shift gedrückt und klicken Sie dann auf jedes Segment, um es auszuwählen. Die Breite aller ausgewählten Segmente kann anschließend im Properties-Panel bearbeitet werden.

• Um alle Leiterbahnsegmente, Regionen und Pads in einem Netz auszuwählen, wählen Sie ein Objekt aus und drücken Sie dann die Taste Tab. 

• Wählen Sie das/die Leiterbahnsegment(e) aus und drücken Sie die Taste Delete auf der Tastatur, um bereits platzierte Routen zu entfernen. 

• Um das Routing eines gesamten Netzes zu entfernen, öffnen Sie das PCB-Panel, setzen Sie es in den Modus Nets, aktivieren Sie das Kontrollkästchen Select und wählen Sie dann das gewünschte Netz (oder die gewünschten Netze) im Abschnitt Nets des Panels aus. Wenn das Panel das aktive Element in der Software ist, klicken Sie einmal auf die Dokumentregisterkarte PcbDoc3D oben im grafischen Bearbeitungsbereich, um sie zum aktiven Element in der Software zu machen, und drücken Sie dann die Taste Delete. Ausgewählte Pads werden nicht gelöscht, da sie untergeordnete Objekte ihrer übergeordneten Bauteile sind; sie können daher nur zusammen mit diesen Bauteilen gelöscht werden.

Platzieren einer Solid Region

Es wird das Platzieren einer Solid Region unterstützt. Das Regionsobjekt kann verwendet werden, um jede beliebige Kupferform zu erzeugen, bei Bedarf auch über Kanten in der Struktur hinweg. Das Video zeigt den Vorgang zum Platzieren einer Solid Region auf einer 3D-Struktur.

Hinweise zum Platzieren einer Solid Region:

• Verwenden Sie die Tastenkürzel 2 (Komponenten ausblenden) und 3 (Komponenten anzeigen), um die Sichtbarkeit von Komponenten umzuschalten.
• Der Cursor rastet sowohl am Ausrichtungsraster als auch an einer mit dem Substrat importierten Skizze ein. Aktivieren und konfigurieren Sie das Alignment Grid (Properties-Panel) und/oder die Skizzen (View » Show Sketches).
• Klicken Sie auf die Schaltfläche Place Solid Region in der Active Bar, um mit dem Platzieren einer Solid Region zu beginnen.
• Die Software erkennt die Vollform als die kleinere Fläche, die durch die von Ihren Mausklicks definierten Eckpunkte eingeschlossen wird. Wenn die von Ihnen definierte Fläche über mehrere Oberflächen des 3D-Substrats verläuft, kann die Software möglicherweise die Innen- und Außenbereiche der Region nicht korrekt bestimmen. Bei Bedarf können Sie die Region während der Platzierung durch Drücken von Spacebar zwischen inside und outside sowie Ihrer definierten Fläche umschalten.
• Wenn Sie fertig sind, klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die Regionsplatzierung zu beenden. Die Software definiert automatisch die letzte Kante zwischen der letzten und der ersten Klickposition. 
• Nach dem Platzieren kann die Form einer Region nicht interaktiv bearbeitet werden.
• Klicken Sie einmal auf eine platzierte Region, um sie auszuwählen. Sobald sie ausgewählt ist:
  • Der Netzname kann im Properties-Panel definiert werden, wenn Sie möchten, dass die Region mit einem Netz verbunden wird.
  • Drücken Sie die Taste Delete, um die ausgewählte(n) Region(en) zu entfernen. 
• Gekrümmte Regionen können durch Nachzeichnen einer importierten gekrümmten Skizze erstellt werden, wie im folgenden Video gezeigt. Erfahren Sie mehr über das Importieren einer Skizze.
• Während des Exportvorgangs werden mehrere überlappende Regionen im selben Netz zu einer einzigen Region zusammengeführt.  Dadurch entstehen Regionen mit Aussparungen, wie im folgenden Video gezeigt.

Vias in einem 3D-MID-Design

Vias können während des 3D-MID-Fertigungsprozesses erstellt werden, vorbehaltlich bestimmter Einschränkungen.  Es wird empfohlen, sich direkt mit dem Hersteller abzustimmen, um die Fertigungsmöglichkeiten in diesem Bereich festzulegen. Eine vollständige Unterstützung für Vias ist im 3D-MID-Tool noch nicht implementiert, dennoch können sie mit dem folgenden Arbeitsablauf in ein Design aufgenommen werden.

• Im Gegensatz zu einer Standard-PCB muss jedes Via-Pad als Komponente behandelt werden.  Es muss eine Via-Pad-Komponente erstellt werden, einschließlich eines einzelnen Pins im Symbol und eines entsprechenden einzelnen Pads im Footprint.
• Das Einfügen von Vias erfolgt durch manuelles Platzieren, Zuweisen der Netzbezeichnungen und Routen. Die folgende Slideshow zeigt den Vorgang. 

❯ ❮ Javascript ID: E

In diesem Beispiel möchten wir die beiden Komponenten-Pads verbinden, wie durch die gelbe Verbindungslinie dargestellt, jedoch mit drei Leiterbahnen und zwei Vias, wie in Blau gezeigt. Im Gegensatz zu einer Standard-PCB muss jedes Via-Pad als Komponente behandelt werden. Es muss eine Via-Pad-Komponente erstellt werden, einschließlich eines einzelnen Pins im Symbol und eines entsprechenden einzelnen Pads im Footprint. Ziehen Sie zwei Via-Pad-Komponenten aus dem Components-Panel auf eine Oberfläche des Substrats. Ziehen Sie zwei weitere Via-Pad-Komponenten auf die gegenüberliegende Seite des Substrats und verwenden Sie das Raster, um sie an den ersten beiden auszurichten. Wählen Sie eines der Komponenten-Pads aus, um den relevanten Netznamen zu bestimmen; in diesem Beispiel NetLED2_2. Verwenden Sie den Modus Components im PCB-Panel und doppelklicken Sie, um jedem der Vias eine eindeutige Designator zuzuweisen und zu bearbeiten,  3dVia1 - 3dVia4 in diesem Beispiel. Um die Net-Eigenschaft für alle diese 3dVia-Pads in einem Bearbeitungsschritt festzulegen, wählen Sie sie zunächst im Abschnitt Components des PCB-Panels aus (beachten Sie, dass das Kontrollkästchen Select aktiviert ist), und wählen Sie dann die vier Pads im Abschnitt Component Primitives des Panels aus.   Wechseln Sie nun zum Properties-Panel, wo Sie diesen vier Pads den Netznamen zuweisen können (beachten Sie, dass unten im Panel angegeben wird, wie viele Objekte zur Bearbeitung ausgewählt sind).  Die Verbindungslinien werden aktualisiert und zeigen an, dass die Via-Pads nun dasselbe Netz wie die Komponenten-Pads haben. Routen Sie die Verbindungen auf der sichtbaren Oberfläche des Substrats. Drehen Sie das Substrat um und routen Sie die Verbindung auf der anderen Oberfläche des Substrats. Die einzigen verbleibenden Verbindungslinien sind nun diejenigen, die die Vias selbst darstellen. Es ist nicht möglich, diese Verbindungen im Designtool zu vervollständigen. Der Designer muss dem Hersteller mitteilen, welche Pads durchbohrt und metallisiert werden sollen, um die Vias zu bilden. Wenn die Konnektivität im 3D-MID-Dokument durch ein Schaltplandokument gesteuert wird, müssen die Via-Pad-Komponenten zur Wahrung der Konsistenz zwischen beiden Dokumenten auch dem Schaltplan hinzugefügt und mit demselben Netz wie im Layout verbunden werden. Anstatt die Komponente aus dem Panel zu ziehen, klicken Sie mit der rechten Maustaste und wählen Sie Place aus dem Kontextmenü, platzieren Sie jedoch noch nichts. Während die Komponente am Cursor hängt, drücken Sie die Taste Tab auf der Tastatur, um die Platzierung des Designators before zu bearbeiten. Wenn Sie dies tun, werden beim weiteren Klicken zum Platzieren der verbleibenden drei Komponenten deren Designatoren automatisch hochgezählt.  Verdrahten Sie die Via-Komponenten wie erforderlich. Um Schaltplan und Layout zu synchronisieren, wählen Sie Design » Update PCB 3D Document aus den Menüs des Schaltplaneditors. Daraufhin wird der Dialog Component Links angezeigt; verwenden Sie die Schaltfläche, um jede neue Schaltplankomponente automatisch mit ihrer entsprechenden 3D-MID-Komponente zu verknüpfen.   Nachdem Sie auf OK geklickt haben, um die Link-Aktualisierungen zu übernehmen, wird der Dialog ECO angezeigt, in dem alle Änderungen aufgeführt sind, die durchgeführt werden müssen, um Schaltplan- und Layoutdokumente zu synchronisieren. Klicken Sie auf Execute, um diese Änderungen anzuwenden. Um zu bestätigen, dass die Synchronisierung erfolgreich war, wählen Sie Design » Import Changes aus den Menüs des 3D-MID-Editors.

Design Rule Check (DRC) eines 3D-MID-Designs

Der 3D-MID-Dokumenteditor bietet die Möglichkeit, eine Stapelprüfung per Design Rule Checking (DRC) auf Verstöße in Bezug auf geroutete Leiterbahnen auf Ihrem 3D-Substrat für die folgenden Regeln durchzuführen:

• Breite

• Abstand

• Länge

• Abgeglichene Längen

Die Konfiguration der Designregelprüfung erfolgt im Dialog Design Rule Checker, der über den Befehl Tools » Design Rule Check aus den Hauptmenüs aufgerufen wird.

Weitere Informationen zum Einrichten und Ausführen eines DRC finden Sie auf der Seite Setting Up & Running a DRC.

Export des 3D-PCB

Nach Abschluss des Designs kann das 3D-MID-Design mit dem Befehl File » Export » 3D-MID exportiert werden. Die exportierten Daten werden im lokalen Projektordner gespeichert.

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Das abgeschlossene Design im Altium 3D-MID-Editor; die exportierten Daten in MCAD geöffnet; und das in MCAD gerenderte Produkt. Beachten Sie, dass Komponenten vom Befehl Export » 3D-MID nicht eingeschlossen werden.

Die Standard-Exporteinstellungen (unten aufgeführt) sind im Allgemeinen für den Laser-Direct-Structuring-Prozess geeignet, bei Bedarf können jedoch über die entsprechenden Advanced Settings weitere Optionen konfiguriert werden.  

Option	Standardausgabe	Optionen in Advanced Settings
Formate	STEP IGES Parasolid	Wählen Sie das gewünschte Format im Dialog Export File aus
Inhalt	Substrat und leitfähiges Muster 3DLayout.Export.WithSubstrate = True	Nur leitfähiges Muster 3DLayout.Export.WithSubstrate = False
Struktur	Substrat und leitfähiges Muster als separate Teile in einer einzelnen Baugruppe 3DLayout.Export.AsSinglePart = False	Substrat und leitfähiges Muster als separate Features/Körper in einem einzelnen Teil 3DLayout.Export.AsSinglePart = True
Dicke des leitfähigen Musters	0 3DLayout.Export.Extrude = 0 3DLayout.Export.ExtrudeIntoSubstrate = 0	Beliebiger Wert, in das Substrat hinein und/oder aus ihm heraus extrudiert 3DLayout.Export.Extrude = value (microns) Um diesen Betrag nach außen extrudieren 3DLayout.Export.ExtrudeIntoSubstrate = value (microns) Um diesen Betrag nach innen extrudieren

Sie können auch steuern, wie die Übergänge zwischen den leitfähigen Oberflächen (Zusammenführungen) in der exportierten Datei behandelt werden, indem Sie die Werte von zwei Optionen in Advanced Settings ändern. Suchen Sie im Dialog Advanced Settings nach merge, um die Einstellungen schnell zu finden, wie im folgenden Bild gezeigt.

Die Auswirkung dieser Einstellungen auf die Exportdaten ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

	TrackToTrackMergeMode=0	TrackToTrackMergeMode=1	TrackToTrackMergeMode=2
PadToTrackMergeMode=0
PadToTrackMergeMode=1
PadToTrackMergeMode=2

Andere Projektausgabedaten

• Projektausgaben, die Daten aus den Schaltplandokumenten ableiten, zum Beispiel die Stückliste, sind wie gewohnt verfügbar.

• Projektausgaben, die auf einem PCB-Dokument basieren, zum Beispiel eine Draftsman-Montagezeichnung, sind derzeit für ein 3D-MID-Dokument nicht verfügbar.

• Beim Export eines 3D-MID-Designs (File » Export » 3D-MID) wird im selben Ordner wie die exportierte 3D-MID-Datei (STEP, IGES oder Parasolid) eine Pick-and-Place-Datei txt generiert. Diese Datei enthält Informationen über die Position jeder Komponente im Design: X-, Y- und Z-Koordinaten des Komponentenzentrums sowie Rotationsvektoren der Komponente. Die Rotationsvektoren hängen vom Rotationsgriff der Komponente ab (sichtbar, wenn die Komponente ausgewählt ist):

  • Rotationsvektor 1 ist ein dem Rotationsgriff entgegengesetzter Vektor.
  • Rotationsvektor 2 ist ein Normalenvektor zur Oberfläche am Positionspunkt der Komponente.
  • Rotationsvektor 3 zeigt relativ zu Rotationsvektor 1 nach rechts, wenn von oben geschaut wird (entgegengesetzte Richtung zu Rotationsvektor 2).

  
  Ein Beispiel einer erzeugten Pick-and-Place-Datei für ein 3D-PCB

  
  Anordnung der für die Pick-and-Place-Datei verwendeten Rotationsvektoren