Navegando por CAD de PCB 3D desde dentro del Tsunami Gris

APEX San Diego – Deslizándome en mi longboard por las calles del Gaslamp debí haber sido toda una vista con mi traje y corbata. Recién salido del piso de exposiciones de IPC APEX, estaba haciendo giros entre el tráfico, volviendo a mi hotel después de pasar varias horas discutiendo sobre la positiva ola del CAD 3D para PCB con algunos colegas de la industria.

De repente, escuché a dos tipos reír y gritarme desde la esquina de la calle llena de gente: “¡Hey, estás demasiado viejo para andar en skateboard!” Para el entretenimiento de los dos hombres y toda una multitud de transeúntes esperando en el semáforo, hice la señal shaka con mi mano. Rápidamente, cuando el semáforo cambió, les respondí usando un término que había escuchado en una presentación de diseñadores de PCB la noche anterior, gritando “¡Contemplen el Tsunami Gris!” Apreciando el sonido de más risas desde la calle, seguí patinando.

La metáfora del Tsunami Gris se había utilizado para describir a la población envejecida de diseñadores de PCB que pronto estarán atrapando su última ola fuera de la industria electrónica y, presumiblemente, llevándose consigo su colectivo conocimiento y experiencia en diseño de PCB.

¡Espera… Todos fuera del agua! ¿¡Qué?!?

Lo diré de nuevo. Las personas detrás del éxito de casi todo lo que funciona en la industria de PCB—la generación del baby boom de diseñadores de PCB—están en su última ola. Se están jubilando.

Durante décadas, los diseñadores de PCB han estado trazando diseños de PCB con software que ha tenido que evolucionar continuamente, impulsado para satisfacer las necesidades del diseñador experimentado.

La evolución llegó a través de soluciones temporales de los diseñadores. Desde geometrías de tierra personalizadas y enrutamiento de pads en forma de lágrima hasta el llenado positivo de planos de cobre. Desde el enrutamiento dinámico de pares diferenciales hasta el emparejamiento automático de longitudes de rutas críticas. Desde plantillas DXF importadas manualmente hasta archivos mecánicos paso a paso altamente detallados. El diseñador de PCB experimentado siempre había sabido lo que gráficamente se necesitaba para completar un diseño antes de que el software evolucionara para convertirse en una herramienta que pudiera proporcionarlo fácilmente.

Por ejemplo, algunos de nuestros diseñadores de PCB de la generación del milenio podrían encontrar trivial aprender que solo había un tipo de creación automática de planos de potencia antes de la caída de la era "punto com" alrededor del año 2000. Los planos internos negativos eran todo lo que las herramientas de diseño podían crear en ese momento. Pero a medida que la técnica de diseño de inundar las capas exteriores de un PCB se volvía más aceptada, los diseñadores improvisaban utilizando sus propios trucos geométricos para llenar los planos alrededor de la geometría de las tierras en capas exteriores. No fue hasta un evento de referencia de diseño de PCB celebrado en PCB West en 2000, que la industria presenció el primer software de diseño de PCB que podía realizar la inundación automática de cobre en capas exteriores.

Este momento se destaca como un excelente ejemplo de una compañía de EDA respondiendo al llamado de diseñadores de PCB experimentados al agregar características a sus herramientas que demostraron ayudarles a diseñar, obligando así a todos los competidores a seguir. Pero con la nueva capacidad llegó la necesidad de educar a los diseñadores sobre las restricciones de impresión, grabado y chapado en capas exteriores. Incluso hoy, casi dos décadas después, los diseñadores están utilizando erróneamente las mismas reglas de separación y planos de cobre de capas internas (impresión y grabado) para la inundación de capas exteriores, lo cual requiere más separación para el paso adicional de chapado.

Con décadas de experiencia en diseño de PCB desvaneciéndose tras la estela del tsunami gris, ya estamos viendo señales de un cambio radical en la fabricación de PCB. La industria electrónica está siendo inundada por nuevos ingenieros electrónicos que están asumiendo los desafíos del diseño y la disposición de PCB.

A medida que la nueva ola de prospectos de ingeniería electrónica toma forma, está generando entusiasmo desde la orilla de los observadores de la industria. Pero mientras los nuevos diseñadores de PCB “gremmies” reman con sus herramientas de diseño para atrapar sus primeras olas, la parte de fabricación de PCB de la industria se está preparando para un verano interminable de wipeouts de diseño extremos: apilamientos de PCB imposibles, desafíos de impresión y grabado terribles, relaciones de aspecto de perforación inmanejables, todo ello combinado con datos, especificaciones de diseño y documentación incómodos o faltantes.

Debido a grandes mejoras en las herramientas de disposición de PCB impulsadas por la experiencia de la generación de diseñadores de PCB de la generación del baby boom, nuestros emergentes diseñadores de PCB milenarios pueden aprender a operar herramientas EDA ¡de manera asombrosamente rápida! Pero aprender a diseñar, es decir, adquirir suficiente experiencia para cumplir con los criterios de rendimiento eléctrico mientras se cumplen muchas otras restricciones como el costo y la fabricación, todavía no se logra con solo presionar un botón. El diseño de PCB debe aprenderse mediante la comunicación con los interesados en el proceso de PCB y entendiendo sus capacidades.

Una empresa de EDA que rechaza la realidad de que la funcionalidad de "facilidad de uso" no se sostiene por sí sola y debe estar acompañada de una educación tangible en diseño de PCBs descubrirá que su producto está permitiendo que los nuevos diseñadores creen fácilmente diseños que fallarán.

Con el creciente vacío de diseñadores experimentados disponibles para mentorizar a los nuevos ingenieros electrónicos, estos están buscando en las herramientas de diseño de PCBs para guiarlos hacia el éxito. No es ningún secreto que las compañías de CAD para PCBs son muy conscientes de esto. Hay esfuerzos corporativos continuos para abordar este dilema. ¿Cuál es el enfoque correcto?

Capturar la Experiencia de Diseño Fundamental del Pasado

Los educadores de diseño de PCB y los programas de educación han establecido muchas bases para el diseño de PCB en cuanto a cómo la integridad de la señal y el rendimiento eléctrico general se ven afectados por las combinaciones entrelazadas de componentes, conductores, dieléctricos y el entorno. Las empresas progresistas de EDA harían bien en participar activamente, apoyar y capturar todos estos conceptos fundamentales a medida que se presentan en blogs, folletos, seminarios y reuniones de exposiciones de diseño para abordar estos conceptos en su software de diseño como funcionalidad fundamental. Intentar incrustar esta información fundamental como "configuraciones predeterminadas" en la herramienta de software ha demostrado llevar al nuevo diseñador hacia el fracaso. ¡Han habido casos reales de datos no manufacturables que aparecen en el proveedor de PCB porque el nuevo diseñador asumió tristemente que las configuraciones predeterminadas estaban establecidas para ser manufacturables!

Conectar a los Diseñadores con los Stakeholders de la Industria Actual

Mientras que la física de los componentes electrónicos, incluidas las placas de circuito impreso, no ha cambiado a lo largo de los años, la densidad de empaquetado y los parámetros de integridad de señal han cambiado drásticamente. Todos los días, los diseñadores se enfrentan a nuevos componentes que son más pequeños que nunca. ¡Algunos nuevos resistores de chip son lo suficientemente pequeños como para caber dentro del cero de una moneda marcada con la fecha 2019!

Pero el hecho de que haya nuevas piezas disponibles para un buen rendimiento eléctrico no significa que siempre sean la mejor opción para la disponibilidad de los interesados en la compra. Tampoco significa que las piezas sean la mejor opción para el procesamiento de la máquina por parte de los interesados en el ensamblaje. Más que nunca, los diseñadores de PCB necesitan ser introducidos a todos los interesados en la industria de PCB para diseñar para el éxito de todos. Se están estableciendo conexiones con los interesados en ingeniería de alta velocidad, fabricación, ensamblaje y pruebas a través de la capacidad del software de herramientas EDA.

Estamos viendo software integrado que ahora puede definir materiales específicos, calcular la impedancia de trazas y que genera automáticamente dimensiones y tolerancias para paneles de fabricación y matrices de ensamblaje. Pero sin conectar a los nuevos usuarios de estas capacidades de diseño y documentación con los interesados que afectan, los proveedores de herramientas EDA están permitiendo nuevamente que el nuevo diseñador fracase.

¿De qué sirve que una herramienta de diseño de PCB ofrezca la capacidad de dimensionamiento geométrico y tolerancias usando IPC-2615 a un nuevo usuario que nunca ha tomado una clase de dimensionamiento y tolerancias? ¡Ay, por favor, ayuden a los interesados en la fabricación que reciben documentación de diseño de un nuevo diseñador que pensó que sería una buena idea aplicar esta funcionalidad sin la formación adecuada!

Construir una Comunidad Dinámica de Interesados en PCB

Así que no nos confundamos. Ver un seminario web de una herramienta EDA mostrando software de diseño que puede abordar la próxima ola de características añadidas para ayudar a todos los interesados de la industria de PCB es un espectáculo impresionante. Lo mismo ocurre al ver a surfistas experimentados montar las enormes olas de sesenta pies en Maverick’s, un lugar de surf al norte de Half Moon Bay en California. Una empresa de EDA sabia reconocerá que solo los profesionales experimentados surfean estas olas. Aquellos que han buscado consejos sabios de aquellos que han ido antes y han reunido equipos de apoyo de helicópteros de rescate y motos acuáticas personales para completar el viaje fuera del peligro una vez que la ola ha sido montada. Nadie en su sano juicio animaría a un novato a intentar estas cosas. Especialmente solo.

Las empresas conscientes de EDA reconocen que es vitalmente importante construir una comunidad de partes interesadas en PCB para apoyar sus más recientes olas de capacidad de herramientas. Una comunidad de diseño de PCB saludable debe incluir la entrada y retroalimentación de revisión de todo el personal que se beneficiará de su uso o se verá perjudicado por usuarios que fracasan. La ingeniería de rendimiento de integridad de señal, la ingeniería de componentes, la gestión de proveedores, la ingeniería de fabricación, la ingeniería de pruebas e incluso los clientes necesitan ser reunidos para compartir y aprender. Al igual que los diseños de PCB en sí, los eventos deben adherirse a ciertas restricciones. Deben ser asequibles, interesantes, divertidos y atractivos. Deben servir para construir una comunidad de PCB.

¿Qué quedará de la industria de PCB en la estela del Tsunami Gris?

Independientemente de la era en la que aprendiste o aún estás aprendiendo diseño de PCB, la profesión siempre ha tenido un gran beneficio. ¡El diseño de PCB está en una clase de trabajos técnicos en los que escuchar tu música favorita mientras realizas el trazado puede aumentar realmente tu rendimiento de diseño! Un diseñador de PCB puede continuar a través de la noche para terminar un trabajo por la mañana si la música adecuada está sonando en los auriculares. A menudo he permitido que las horas pasen desapercibidas mientras trazo al ritmo de las melodías de surf rock de Dick Dale y los Del Tones. Lamentablemente, el mundo perdió recientemente al “Rey de la Guitarra Surf”.

Pero desde que Dick cabalgó su última ola a la edad de 81 años, su industria—la industria musical—ha hecho un gran trabajo asegurándose de grabar y documentar su trabajo desde sus inicios. Hay innumerables grabaciones, videos de YouTube e incluso festivales de surf rock que garantizarán que su legado perdure. Y lo mejor de todo, los diseñadores de PCB pueden seguir escuchando su clásica canción “Miserlou” mientras trazan innumerables pistas de diseño DDRx durante horas sin fin.

La industria musical ha hecho posible que cualquiera con acceso a medios o tiempo para asistir a eventos en vivo, la capacidad de adquirir instrumentos, aprender a tocar e incluso ganarse la vida tocándolos. Los diseñadores de PCB, jóvenes y mayores, solo pueden esperar que nuestra industria—la industria de la electrónica y diseño de PCB—liderada quizás por los propios proveedores de herramientas EDA, esté haciendo un buen trabajo preservando un legado similar de diseñador de PCB para nuestros futuros diseñadores de PCB. Los diseñadores de PCB de próxima generación no solo necesitan acceso a herramientas capaces e instrucción adecuada para usarlas, necesitan ser introducidos a “todos los demás” involucrados en el flujo de trabajo de fabricación de PCB para entender cómo contribuir a un medio de vida saludable para ellos mismos mientras contribuyen a una comunidad de partes interesadas en PCB contenta y eficiente.

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