ECAD چیست و چرا در FEA استفاده می شود؟

طراحی الکترونیکی به کمک کامپیوتر (ECAD) معمولا برای طراحی و توسعه سیستم های الکترونیکی استفاده می شود. اگرچه نام اختصاری صرفاً یک حرف دور از “CAD” است، اما در واقع داستان چیزهای بیشتری از الحاق کلمه “الکترونیک” به “طراحی به کمک کامپیوتر” وجود دارد. بنابراین، ECAD چیست و چرا در تحلیل اجزای محدود (FEA) استفاده می شود؟

طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)

بیایید با بحث در مورد CAD شروع کنیم . یک مهندس طرحی را به صورت دو بعدی یا سه بعدی ایجاد می کند که در آن داده هایی که موقعیت های ابعاد مختلف در فضا را توصیف می کند در فایل های CAD موجود است. پیش از این، این نقشه ها بینش زیادی در مورد طراحی یک قطعه یا مجموعه می داد و ابعاد آن توسط مهندسان سازنده محصول مورد نظر به صورت دستی خوانده می شد.

امروزه، فایل‌های CAD را می‌توان با داده‌های بیشتر، مانند توصیف ویژگی‌های ماده یک قطعه یا میزان تحمل آن، تکمیل کرد. فایل‌های CAD را می‌توان به‌طور خودکار توسط ابزارهایی که نیاز به کار با طرح‌ها دارند، خواند، مانند ماشین‌هایی که در فرآیند تولید هستند یا نرم‌افزارهایی که FEA را اجرا می‌کنند .

طراحی الکترونیکی به کمک کامپیوتر (ECAD)

در حالی که CAD معمولاً برای طراحی یک قطعه یا یک مجموعه خاص استفاده می شود، ECAD برای طراحی یک سیستم کامل از بسیاری از اجزای متصل به یکدیگر، معمولاً توسط مدارهای الکتریکی – مانند برد مدار در رایانه شما استفاده می شود. پیچیدگی‌های این نوع طرح‌ها اغلب برای یک نرم‌افزار CAD بسیار پیچیده است که به روشی مؤثر آن را مدیریت کند. با نگاه کردن به یک برد مدار معمولی، می توانید متوجه شوید که بسیار پیچیده است. با این حال، اگر از کناری نگاه کنید، می بینید که اکثر اجزای تشکیل دهنده برد مدار بسیار ساده هستند.

مهندسان برق دریافته‌اند که طراحی مدارهای مجتمع (IC) آنها به صورت دو بعدی بسیار ساده‌تر است، جایی که می‌توان تمام پیچیدگی داده‌های موقعیتی را به طور مؤثر ارزیابی و ارزیابی کرد. سپس این داده‌های بعدی با داده‌های اضافی، مانند ارتفاع لایه‌های برد مدار و ویژگی‌های مواد آن‌ها، در یک فایل ECAD به‌عنوان فراداده گنجانده می‌شوند. فایل‌های ECAD برای صنعت تولید کاملاً کار می‌کنند، زیرا اکثر آی‌سی‌ها با رسوب لایه‌های فلزی و اکسیدی از طریق «ماسک» تولید می‌شوند. داده‌های دوبعدی اساساً طرح‌بندی ماسک هستند ، در حالی که فراداده‌های فایل ECAD فرآیند تولید را در مورد نوع ماده و مقدار ماده‌ای که قرار است سپرده شود، دستورالعمل می‌دهد.

یک هندسه برد مدار چاپی که می تواند برای ECAD و FEA استفاده شود.
نمونه ای از هندسه PCB دو لایه. این فایل از طریق شرکت Hypertherm, Inc., Hanover, NH, USA ارائه شده است.

حرکت مستقیم از ECAD به تولید با توجه به سفارشی‌سازی طرح‌های IC، کوچک‌تر شدن و نیاز به حداقل ضایعات مواد، کمتر عملی می‌شود. از آنجایی که این طرح‌ها بهینه می‌شوند، اجزای سازنده سیستم‌های الکتریکی باید با توجه به رفتار تثبیت‌شده‌شان در سیستم (مانند اثرات گرمایش ژول) و همچنین عوامل خارجی (یعنی نحوه خنک‌کردن مؤثر آنها) تجزیه و تحلیل شوند. اینجاست که شبیه سازی، مانند FEA، به چشم می خورد. با FEA، اجزای جداگانه یک IC را می توان قبل از ارائه طرح نهایی برای ساخت، آزمایش کرد.

کار با ECAD و FEA

خواندن فایل‌های ECAD برای FEA نیازمند ساخت اشیاء سه‌بعدی از داده‌های دوبعدی و فراداده‌های همراه آن است. این قابلیت در نرم افزار COMSOL Multiphysics® همراه با ماژول AC/DC ، ماژول MEMS و ماژول RF موجود است . این محصولات برای مدل‌سازی رفتار الکترومغناطیسی (و با ماژول MEMS، ساختاری) اجزای IC قابل استفاده هستند.