Cómo construir una limpia y consistente biblioteca de datos de componentes de PCB

Judy Warner: Cherie, antes de empezar, por favor, tómese un momento para definir qué es una "biblioteca" y qué implica todo el alcance de esto.

Cherie Litson: La mayoría de nosotros definiría una "biblioteca" como un archivo consistente de símbolos y un archivo consistente de huellas (calcomanías, patrones de terminales, etc.) conectados con alguna forma de base de datos. Ni siquiera necesita tener la base de datos, solo un buen archivo de símbolos esquemáticos y un archivo de huella y un método para vincularlos (atributos, bibliotecas empaquetadas, etc.). Si está definiendo una biblioteca para usted mismo, esto funciona muy bien.

Esa es la forma simple. Es un buen punto de partida. Hay mucho más si se trata de una "Biblioteca de la empresa". Este método es más aplicable al diseño de una biblioteca de sistemas. Es muy posible que la biblioteca de componentes de PCB tenga que relacionarse con departamentos o sistemas de compras, DFM, fabricación, pruebas, programación, mecánicos y otros.

A lo largo de los años, he tenido muchas oportunidades para establecer sistemas de biblioteca para pequeñas empresas como SonoSite en Bothell, WA y DCI en Kent, WA, así como para empresas muy grandes como Microsoft en Redmond, WA. He creado diferentes bibliotecas de componentes para adaptarlas a la situación y a la empresa y he descubierto algunas cosas que funcionan y otras que no.

En cualquier caso, la tarea más difícil de crear un sistema de biblioteca de componentes es conseguir la aceptación para crearlo y, a continuación, impartir formación a todos los que necesiten utilizarlo. De lo contrario, no funcionará, ¡no importa lo elegante que sea!

Warner: ¿Cuáles son los mayores puntos débiles para un diseñador de PCB en lo que respecta a las bibliotecas de partes y la gestión de datos?

Litson: En cuanto al punto de vista de un sistema de bibliotecas, sería tener un plan coherente. ¿Qué tipo de base de datos construirá o se le pedirá que utilice? ¿Uno a uno? ¿De uno a muchos? ¿Muchos a muchos?

En el caso de una biblioteca independiente, el mayor obstáculo es hacer nuevas partes que el cliente no tiene. O si no tienen ninguna biblioteca. Entonces tengo que construirlas, y esto lleva mucho tiempo.

El peor tipo de partes son los paquetes de transistores. ¡Los fabricantes se niegan a cumplir con el tamaño estándar y la disposición de los pines! Por lo tanto, terminas teniendo que hacer nuevas aunque ya tengas paquetes similares.

La mayoría de mis bibliotecas son de uno a muchos para componentes pasivos. Los componentes activos y los CI terminan siendo uno a uno.

El segundo punto débil es el control de la huella. Hay tantas variables y preguntas que debes hacerte a ti mismo, como por ejemplo:

·       ¿En qué capas se crean las características?

·       ¿De qué tamaño son las características?

·       ¿Son consistentes?

·       ¿Son precisos según la hoja de datos y la huella de la IPC para la CLASE de producto en desarrollo?

·       ¿La altura es correcta dentro de los 0,05 mm (2 mils)?

·       ¿Está usando serigrafía o no? Si está utilizando serigrafía, no la deje debajo de la parte ni en ninguna zona de cobre soldable.

·       ¿Necesita características especiales como pasta, máscara de soldadura, carbón, oro duro, etc.?

Es importante nunca tener una huella dual (una huella que encaje en dos paquetes diferentes y que no sea buena para alguna de las partes utilizadas). ¡Es muy arriesgado en un entorno de producción! La excepción puede ser para una tarjeta de prueba donde hay soldadura manual y el riesgo puede ser mitigado para una biblioteca de proyecto, pero nunca para una biblioteca de sistema.

Otra cuestión clave es asegurarse de que sus símbolos esquemáticos estén estandarizados de las siguientes maneras:

·       Numeración de pines.

·       Denominación/etiquetado de la señal de pines.

·       Cantidad de pines que coinciden con la huella - incluyendo los pines para el montaje.

·       Símbolos que son partes LÓGICAS, NO representaciones MECÁNICAS. Eso es para los diagramas de cableado.

·       ¡Manténgase en la GRILLA con los pines! Permanecer en la grilla garantiza la conectividad en el esquemático y facilita los cambios.

En cuanto al control de la gestión de datos:

·       NUNCA reutilice un número de parte de datos, solo cree uno nuevo.

·       Mantenga la base de datos actualizada.

·       Tenga un sistema de solicitud que no sobrecargue sus recursos. No cree una situación de cuello de botella.

Warner: ¡Me sorprende que los diseñadores puedan mantener todas estas variables bajo control! ¿Qué condiciones actuales existen en el mercado hoy en día que se suman al reto de una buena gestión de bibliotecas y datos?

Litson: La financiación para la gestión de datos es el mayor desafío. Las empresas necesitan entender la importancia de esta función.

El financiamiento es especialmente crítico cuando usted es dueño de una empresa más pequeña; el tiempo es dinero, y usted debe invertir su propio tiempo, lo que se traduce en dólares cuando se trata de la administración de componentes. Una pequeña empresa puede no ser capaz de crear grandes bibliotecas. Sin embargo, el uso de bibliotecas disponibles es arriesgado ya que no son muy precisas. También son a menudo difíciles de añadir o de cambiar.

Por el contrario, las grandes empresas no siempre dedican los recursos necesarios. Algunas de las barreras clave son:

·       Soporte de TI. Incluyendo un buen programador para conectar la biblioteca a los sistemas de la empresa.

·       Soporte de ingeniería de componentes.

·       Gente con experiencia para crear huellas, no los principiantes (o por lo menos principiantes supervisados de cerca con un proceso de comprobación).

·       Retroalimentación de las empresas fabricantes, o DFM.

·       Retroalimentación del diseño.

·       Interacción de compras para plazos de entrega y disponibilidad.

·       Gestión de solicitudes de partes:

·       Sistema para añadir nuevas partes.

·      Sistema de sustitución de partes viejas.

Warner: Las bibliotecas de componentes y la gestión de datos son una parte crítica del proceso de diseño de PCB, pero si tiene un servicio o equipo de diseño pequeño, es fácil evitar la instalación de un sistema centralizado y crear bibliotecas pequeñas para cada trabajo. ¿Cree que es una buena o mala idea, y por qué?

Liston: Bueno, esa es una pregunta cargada. ¡Creo que es una buena y una mala idea! Es una buena idea porque como pequeña empresa de servicios de diseño no tiene tiempo para gestionar una biblioteca de bases de datos. Además, las empresas no tienen la misma configuración de capas estándar. Por lo tanto, las partes que se crean para una empresa serán diferentes en otra.

Enfrentémoslo, un cliente no quiere pagar a la oficina de servicios para crear una biblioteca para una PCB que solo construye 50-200 por año y solo unas pocas tarjetas diferentes por año. A veces la empresa ya tiene una biblioteca establecida; solo necesitan una forma fácil de crear una "biblioteca de proyectos" para que la oficina de servicios la utilice y una forma de que la oficina de servicios envíe nuevas partes para su revisión y las añada a la base de datos.

También es una mala idea porque tener un poco de consistencia ayuda cuando otras personas están involucradas. Por lo menos tener algunas formas estándar de crear los símbolos y las partes y documentar esas normas. También debe tener un sistema de verificación para asegurarse de que sean consistentes. Esta práctica ayuda cuando una empresa no tiene ninguna biblioteca o estándares configurados, y usted puede ahorrar tiempo usando sus propias bibliotecas.

Warner: Cherie, has estado diseñando PCBs por muchos años, y enseñando a otros en los cursos de capacitación CID del EPTAC IPC. ¿Qué funciona mejor para ti personalmente ya que tienes un servicio de diseño y consultoría y qué recomiendas para tus estudiantes?

Litson: Primero, averiguo lo que la empresa necesita, lo que ya tiene, y trabajo dentro de sus parámetros.

La mayor parte del tiempo, crearé una "biblioteca de proyectos" que se ajuste al diseño. Puede comenzar desde partes colocadas desde su base de datos e incluir cualquier cosa que necesite crear. Creo que esta es la forma más segura, ya que las bases de datos de las empresas pueden ser alteradas accidentalmente o debido a una decisión de la dirección que sin saberlo cambió los atributos de los componentes o el software.

Warner: ¿Qué cosas le ayudan a mantener "limpias" las bibliotecas con partes que no se han quedado obsoletas o que se han asignado?

Litson: Primero, seamos realistas. TODAS las partes se vuelven obsoletas en algún momento. Las empresas salen del negocio y ya no se puede conseguir esa parte. Tiene que tener buenas alternativas disponibles en la base de datos. Estas alternativas DEBEN cumplir con la FAF: Forma, Ajuste y Función. Existen muchos métodos para encontrar partes obsoletas. Seleccione uno y trabaje con él. Los plazos de entrega largos deben verificarse con las solicitudes de partes. Si esta es la única parte que funcionará en una situación, entonces es necesario presentar una justificación. Ahí es donde el CE (ingeniero de componentes) puede ayudar. Necesitan participar en el sistema.

Para mí personalmente, si obtengo un proyecto que tiene componentes listados que ya no existen, lo devuelvo a EE. Se convierte en su responsabilidad encontrar otro. Si se me solicita, puedo investigar y ofrecer sugerencias. Pero, esa es la razón por la que también soy un EE. El cliente es el último responsable del diseño del producto.

Warner: ¿Cuáles son los riesgos asociados con el uso de componentes genéricos no conectados a los MPN?

Litson: El mayor riesgo es que no encaje. Pero depende de lo que se llame un "componente genérico". Una base de datos de muchos a muchos tendrá símbolos genéricos y huellas genéricas. Es entonces el trabajo de la base de datos agruparlos correctamente. No debería tener que hacer múltiples símbolos de "resistencia" solo porque tengan valores diferentes. Ese es el propósito de la base de datos. Un símbolo y la base de datos proporciona el MPN, PN del Distribuidor, Descripción, Valor, Notas, Huella, etc.

Una buena regla empírica es siempre tener alternativas que se ajusten al ajuste, forma y función. Una biblioteca individual no tendrá símbolos ni huellas genéricas. Tengo bibliotecas individuales de símbolos esquemáticos y huellas con un dibujo genérico de las partes pasivas, así que no tengo que volver a dibujarlas todo el tiempo. No me gusta la mayoría de los símbolos pasivos que son suministrados por las empresas de software, ya que a menudo son creados incorrectamente. Empecé como dibujante y sé cómo se supone que deben ser los símbolos. (Repaso esto en el CID). También, he encontrado algunas bibliotecas de símbolos que tienen números de pines asignados al revés del mismo tipo de partes polarizadas (diodos, condensadores y transistores).

Uno de los problemas que tenemos en la industria es que los fabricantes de equipos originales están desarrollando bases de datos uno a uno, y las empresas prefieren una base de datos de muchos a muchos. Es muy difícil de traducir entre ellos. Otro problema son los fabricantes que crean su propia versión de una parte. Esta práctica es perjudicial para las empresas que están construyendo productos. Limita la capacidad de FAF de los componentes que pueden ser especificados. Los transistores siempre han sido culpables de esto. Los conectores son notorios por esto últimamente, sobre todo debido a la competencia en la industria de la telefonía celular. A veces me refiero a esto como "dispararse en los pies" (no es suficiente un pie).

Warner: Parece que las líneas entre ECAD y MCAD están más borrosas que nunca. ¿Qué herramientas o prácticas le ayudan a colaborar más fluidamente con las partes interesadas mecánicas en sus diseños?

Litson: ¡Simple comunicación de expectativas! ¡REALIDAD! Esto no es tarea de la herramienta. El trabajo de la empresa es reunir a los ingenieros eléctricos, las empresas y los ingenieros de diseño y establecer expectativas. A continuación, se pueden configurar las herramientas para apoyar la colaboración. Más tarde, necesitan incluir consideraciones para la fabricación, pruebas de ingenieros eléctricos, diseñadores de PCB, compras, DFM, gerentes de proyecto y el resto. Es posible diseñar un producto que no se puede construir. Lo llamamos "Escher" por el artista.

Siempre pido ayuda mecánica. Si puedo reunirme con el ingeniero mecánico, mucho mejor. Mi intención es hacer su trabajo más fácil también. Estas son algunas cosas básicas en las que el ingeniero de diseño, mecánico y de diseño deben estar de acuerdo:

Primero: controlar la cantidad de caracteres que está utilizando para definir la colocación, alturas, radios, tolerancias, etc.

·       Limitarse a un máximo de 3 decimales en medidas imperiales y 2 en métricas.

·       Las tolerancias de las PCB dependen del lugar donde se construyen. Existen entornos controlados, pero la mayoría de las PCBs se construyen en fábricas mínimamente controladas con una gran cantidad de pasos manuales, y normalmente no en salas limpias.

·       - ¡ESCOJA UNA GRILLA! Y apéguese a esta tan a menudo como sea posible. Me gustan las de 0,05 mm/2 milímetros. Tiene el menor número de variables al convertir y mantiene a todos cuerdos al crear componentes y enrutamiento. De todos modos, ese es el límite de la tolerancia general de fabricación.

Segundo: establezca un Origen común y no lo mueva de un lado a otro.

·       Configure los puntos de referencia desde el origen para que los componentes mecánicos puedan alinearse fácilmente. MANTENGA estas ubicaciones lo más cerca posible de un número entero para que sea más fácil para todos comprobarlas.

Tercero: establezca el protocolo de intercambio que todos quisieran usar.

·       Dentro de una empresa, la creación de un área común en un servidor funciona bien.

·       Además, determine qué es cada capacidad de software y qué parámetros de intercambio funcionan mejor para todos.

·       Como contratista independiente, tendré que enviar un archivo de la maqueta al ingeniero mecánico para que lo compruebe y ellos tendrán que devolverme uno. Las ubicaciones comunes de Internet no siempre son seguras, y la VPN es lenta.

Cuarto: ¿Cuánto 3D se necesita?

·       ¿Son aceptables las formas simples o se necesitan modelos 3D para cada componente?

·       Si no existe ningún modelo 3D, ¿quién es el responsable de crearlos?

·       Los modelos 3D de componentes DEBEN residir dentro de la huella de la PCB. De lo contrario, no están vinculados, y es necesario que lo estén.

Muchas veces, un componente mecánico tiene que ser añadido al esquemático y asignada su propia huella no eléctrica. Esto es común para muchas características no eléctricas que también se añaden a la PCB. Si el componente no está en el esquemático, podría ser eliminado accidentalmente con una actualización de la lista de la red.

Al hacerlo, asegúrese de que estos componentes no terminen en dos listas de materiales: ingeniero mecánico y eléctrico.

Quinto: defina quién está haciendo qué y cuándo.

·       La documentación debe ser hecha por aquellos que saben lo que se necesita.

·       Aquellos que hacen la documentación de Fabricación y Ensamble, necesitan saber qué necesitan esas instalaciones. Véase mi último blog sobre "Documentación para la producción: quién necesita qué".

·       Algunas empresas tienen a un ingeniero mecánico para hacer la documentación, y otras tienen a un ingeniero de diseño para hacerla. Ambos grupos necesitan entender la física eléctrica, los procesos de fabricación y las especificaciones IPC necesarias para CADA UNA de estas instalaciones de fabricación. Ellos no reciben el mismo conjunto de archivos.

·       La gestión de componentes puede dividirse entre el ingeniero mecánico y el eléctrico dependiendo del componente. Tener un método de aprobación que incluya tanto a ambos departamentos como a los departamentos adyacentes.

Warner: Muchas gracias por esta profunda inmersión en las complejidades de lo que hace en relación con las bibliotecas y la gestión de datos, Cherie. Agradecemos que comparta sus ideas.

Litson: Un placer, Judy. Aprecio que usted y Altium ayuden a diseñadores como yo a compartir lo que hemos aprendido a lo largo de los años.