Компас-3D – инструмент, который позволяет проектировать печатные платы (ПП) с точностью до 0,01 мм, поддерживая форматы Gerber, DXF и IDF. В отличие от специализированных САПР (Altium Designer, KiCad), он не требует отдельных модулей для трассировки, но требует ручной настройки слоёв и правил проектирования. Начинайте с создания нового документа типа «Чертёж» или «Фрагмент» – второй вариант удобнее для работы с библиотеками компонентов.
Первый шаг – подготовка схемы электрической принципиальной. В Компас-3D нет встроенного схемного редактора, поэтому используйте сторонние программы (например, sPlan) или импортируйте схему в формате DXF. При импорте проверяйте соответствие масштаба: 1 единица в DXF должна равняться 1 мм в Компас-3D. Для корректного отображения компонентов создайте библиотеку условных графических обозначений (УГО) с привязкой к посадочным местам.
Для трассировки используйте инструмент «Линия» с настройкой ширины проводников. Минимальная ширина для сигнальных цепей – 0,2 мм, для силовых – от 0,5 мм (зависит от тока). Применяйте сетку с шагом 0,1 мм для точного позиционирования. Для автоматической проверки зазоров включите режим «Контроль пересечений» в параметрах документа. Избегайте острых углов – используйте скругления радиусом не менее 0,5 мм, чтобы снизить риск отслоения фольги при пайке.
Экспорт в Gerber выполняйте через «Файл → Экспорт → Gerber». Убедитесь, что каждый слой (верхний, нижний, маска, шелкография) сохранён в отдельном файле. Для сверловки создайте файл Excellon с координатами отверстий. Перед отправкой на производство проверьте файлы в программе типа GerbView – Компас-3D не всегда корректно обрабатывает апертуры сложной формы.
Настройка рабочей среды и создание нового проекта для платы
Создайте новый проект с корректными параметрами:
- Выберите «Файл» → «Создать» → «Чертеж».
- В окне «Параметры первого листа» задайте формат A3 (420×297 мм) и ориентацию «Горизонтальная» – стандарт для большинства плат.
- Сохраните файл с именем
Плата_Проект_Версия1.cdwв отдельной папке, где будут храниться все связанные документы (схемы, спецификации, библиотеки).
Импорт или создание электрической схемы в формате, совместимом с Компас-3D
Компас-3D поддерживает импорт электрических схем через форматы IDF 3.0, DXF и STEP, но наиболее стабильно работает с собственным форматом .frw (фрагмент) или .cdw (чертеж). Для импорта из сторонних САПР (например, Altium Designer, KiCad) экспортируйте схему в DXF с разделением слоев: сигнальные цепи, питание, земля и контуры компонентов. При конвертации из KiCad используйте плагин kicad2step для генерации STEP-файлов, которые затем импортируются через команду «Файл → Импорт → 3D-модель». Убедитесь, что масштаб чертежа соответствует 1:1 – Компас-3D не корректирует его автоматически.
Если схема создается непосредственно в Компас-3D, используйте библиотеку «Элементы электрических схем» (входит в состав КОМПАС-Электрик). Для добавления компонентов откройте панель «Библиотеки → Электрические элементы» и выберите нужные символы: резисторы, конденсаторы, микросхемы. При размещении учитывайте требования ГОСТ 2.701-2008 к обозначениям: например, позиционные обозначения (R1, C3) должны быть уникальными и располагаться справа или сверху от символа. Для связывания цепей используйте инструмент «Линия электрической связи» (клавиша L), избегая пересечений без явного указания узлов (точек соединения).
Для проверки совместимости перед импортом в редактор печатных плат (КОМПАС-Электрик PCB) экспортируйте схему в формат .net через команду «Файл → Экспорт → Список цепей». Убедитесь, что все компоненты имеют корректные посадочные места (footprints) – в противном случае Компас-3D не сможет автоматически разместить их на плате. При работе с многослойными схемами назначайте цепям классы (например, «Power», «Signal») через контекстное меню свойств линии, чтобы упростить последующую трассировку.
Размещение компонентов на плате с учетом габаритов и тепловых режимов
Начинайте с анализа datasheet каждого компонента: минимальные зазоры между корпусами (например, для TQFP-100 – не менее 1,2 мм), высота элементов (конденсаторы 0805 – 1,25 мм, дроссели в корпусе 7×7 мм – до 4 мм) и тепловые характеристики. Мощные компоненты (DC-DC-преобразователи, MOSFET, линейные стабилизаторы) размещайте у края платы или рядом с полигонами заземления толщиной не менее 2 мм. Для микросхем с рассеиваемой мощностью >1 Вт предусмотрите тепловые переходы (thermal vias) диаметром 0,3–0,5 мм с шагом 1,2–1,5 мм под корпусом, соединяя их с внутренним слоем меди. Избегайте размещения термочувствительных элементов (кварцевые резонаторы, датчики температуры) ближе 15 мм от источников тепла.
При компоновке учитывайте направление воздушного потока: компоненты с высоким тепловыделением располагайте в шахматном порядке, а не в линию, чтобы избежать «теневых зон». Для плат с естественной конвекцией оставляйте зазор не менее 5 мм между верхней поверхностью компонентов и корпусом устройства. В случае принудительного охлаждения ориентируйте длинные стороны корпусов (например, SOIC-24) параллельно потоку воздуха. Для двухслойных плат используйте верхний слой для сигнальных дорожек, а нижний – для сплошного полигона земли, минимизируя тепловое сопротивление. Проверяйте тепловые режимы в Компас-3D через инструмент «Анализ тепловых полей» с заданием мощности каждого компонента и температуры окружающей среды (стандартно +50°C для промышленного оборудования).
Трассировка проводников вручную и с использованием автотрассировщика
Автотрассировщик в Компас-3D активируется через меню «Инструменты → Автотрассировка» и требует предварительной настройки правил проектирования (DRC). В параметрах задайте минимальную ширину проводника (например, 0,2 мм для сигнальных линий), зазоры (0,15 мм между проводниками) и приоритетные направления слоёв (горизонтальное/вертикальное). Алгоритм использует метод волнового распространения Ли, оптимизируя пути по критерию минимальной длины и количества переходных отверстий. Однако автотрассировщик не учитывает электромагнитную совместимость – после завершения обязательно проверьте критические цепи (питание, тактовые сигналы) на пересечения и параллельные участки.
Для смешанной трассировки сначала вручную проложите критические цепи: шины питания (рекомендуемая ширина – 1–2 мм для токов >1 А), дифференциальные пары (соблюдайте равную длину с точностью ±0,1 мм) и высокочастотные сигналы (минимальная длина, экранирование). Затем запустите автотрассировщик для оставшихся соединений, ограничив его работу только некритическими слоями. В настройках автотрассировщика установите флажок «Игнорировать занятые области», чтобы избежать перекрытия с уже проложенными проводниками. После завершения автотрассировки используйте инструмент «Проверка правил» (DRC) для выявления нарушений зазоров и ширины.
Переходные отверстия (vias) при ручной трассировке размещайте вручную, минимизируя их количество – каждое отверстие увеличивает сопротивление цепи на 0,5–1 мОм и индуктивность на 0,1–0,3 нГн. В автотрассировщике ограничьте максимальное число vias на цепь (например, 2–3 для сигнальных линий) в параметрах «Ограничения». Для плат с высокой плотностью монтажа используйте микроотверстия (диаметр 0,2–0,3 мм) вместо стандартных (0,6–0,8 мм), но учтите, что их стоимость выше на 30–50%. При трассировке питания и земли применяйте полигоны вместо проводников – это снижает сопротивление и улучшает теплоотвод.
Компас-3D поддерживает интерактивную трассировку с подсказками: при приближении проводника к запрещённой зоне (например, к контактной площадке другого компонента) система подсвечивает нарушение красным. Для ускорения работы используйте горячие клавиши: Shift+W – изменить ширину проводника, Ctrl+R – разорвать сегмент, Alt+D – дублировать выделенный участок. При трассировке дифференциальных пар активируйте режим «Пара проводников» (клавиша P), чтобы система автоматически поддерживала равную длину и симметрию. Для плат с BGA-корпусами сначала проложите escape-маршруты вручную, затем доверьте автотрассировщику оставшиеся соединения.
После завершения трассировки выполните проверку целостности сигналов с помощью встроенного симулятора (меню «Анализ → Целостность сигналов»). Установите параметры моделирования: время нарастания фронта (например, 1 нс для цифровых сигналов), импеданс линии (обычно 50 Ом) и нагрузку на выходе. Симулятор выявит резонансы, отражения и перекрёстные помехи – критические для частот выше 100 МГц. При обнаружении проблем скорректируйте трассировку вручную: измените ширину проводников, добавьте терминаторы или экранирующие полигоны. Для аналоговых цепей избегайте параллельного расположения проводников на расстоянии менее 3 мм – это снижает наводки на 40–60%.
Экспорт готовой трассировки в Gerber-файлы выполняется через «Файл → Экспорт → Gerber». В настройках укажите формат RS-274X, разрешение 2:5 (0,01 мм) и отдельные файлы для каждого слоя (Top, Bottom, Silk, Solder Mask, Drill). Для переходных отверстий создайте отдельный файл сверловки с указанием диаметров и координат. Перед отправкой на производство проверьте Gerber-файлы в стороннем просмотрщике (например, GerbView) на отсутствие разрывов, коротких замыканий и несоответствий DRC. Для плат с металлизированными отверстиями добавьте файл сверловки с допуском ±0,05 мм – это критично для автоматического монтажа.
Проверка правил проектирования и устранение ошибок разводки
| Тип ошибки | Причина | Решение |
|---|---|---|
| Короткое замыкание | Пересечение проводников разных цепей | Развести дорожки вручную или использовать автотрассировщик с ограничением на пересечения |
| Нарушение зазора | Недостаточное расстояние между элементами | Увеличить зазор или изменить топологию трассировки |
| Ошибка в схеме или отсутствие связи в плате | Проверить соответствие схемы, добавить недостающие проводники | |
| Замкнутый контур | Лишняя дорожка, образующая петлю | Удалить лишний сегмент или использовать Удалить петли в автотрассировщике |
Экспорт готовой платы в форматы Gerber и подготовка к производству
После завершения проектирования платы в Компас-3D перейдите в меню Файл → Экспорт и выберите формат Gerber RS-274X. Убедитесь, что в настройках экспорта установлены следующие параметры: точность координат – 2:5 (5 знаков после запятой), единицы измерения – миллиметры, атрибуты слоёв – включены. Для многослойных плат экспортируйте каждый слой отдельно: верхний и нижний сигнальные слои, маски пайки, шелкография, контур платы и сверловку (Excellon).
Проверьте корректность экспортированных файлов с помощью бесплатного средства Gerber Viewer (например, Gerbv или KiCad Gerber Viewer). Основные ошибки, которые нужно исключить:
- Отсутствие апертур (D-кодов) в файлах – проверьте наличие секции %ADD… в начале Gerber-файлов.
- Несоответствие масштаба – сравните размеры платы в программе и вьювере.
- Смещение слоёв относительно друг друга – визуально совместите сигнальные слои с контуром платы.
- Отсутствие сверловки или неверные координаты отверстий – сверьте Excellon-файл с проектом.
Подготовьте архив для производства, включив в него следующие файлы с обязательными именами (регистр важен):
- TopLayer.GTL – верхний сигнальный слой.
- BottomLayer.GBL – нижний сигнальный слой.
- TopMask.GTS и BottomMask.GBS – маски пайки.
- TopSilk.GTO и BottomSilk.GBO – шелкография.
- BoardOutline.GKO – контур платы.
- Drill.XLN – сверловка (формат Excellon).
- README.TXT – краткое описание: количество слоёв, материал (FR-4), толщина платы (1.6 мм по умолчанию), требования к металлизации отверстий.
Отправляя файлы на производство, укажите дополнительные параметры, если они критичны для проекта: минимальная ширина проводника (≥0.15 мм для стандартных заводов), зазор между проводниками (≥0.15 мм), диаметр минимального отверстия (≥0.3 мм для металлизированных, ≥0.8 мм для неметаллизированных). Для плат с высокочастотными цепями добавьте требование к импедансу (50 Ом для дифференциальных пар) и укажите стек слоёв. Перед отправкой запросите у производителя DRC-файл (Design Rule Check) и проверьте проект на соответствие их технологическим ограничениям.
Загрузка...
