Comment créer une bibliothèque de données claire et cohérente sur les PCB

^{Bien concevoir et gérer sa bibliothèque de données est essentiel pour un travail efficace}

Judy Warner : Cherie, avant de commencer, pourriez-vous nous expliquer ce qu'est une « bibliothèque de données » ainsi que ce qu'implique leur mise en place ?

Cherie Litson : La plupart d'entre nous définissent une « bibliothèque  de données» comme un fichier uniforme rassemblant des symboles et un fichier uniforme rassemblant des empreintes (calques, motifs géométriques, etc.), le tout connecté à une sorte de base de données. Il n'est même pas nécessaire de disposer de la base de données. Il suffit d'un bon fichier de symboles schématiques et d'un fichier d'empreintes ainsi que d'une méthode permettant de les lier (attributs, bibliothèques embarqué, etc.). Si vous créez une bibliothèque PCB pour votre propre compte, alors cela convient parfaitement.

C'est la forme simplifiée. Mais c'est un bon point de départ. Toutefois, si vous cherchez à créer une « bibliothèque d'entreprise », il y aura bien d'autres facteurs à prendre en compte. Cette méthode s'applique davantage à la conception d'une bibliothèque de système. En effet, il est fort possible que la bibliothèque de PCB offre un lien avec les achats, la DFM, la fabrication, les tests, le développement logiciel et la mécanique ainsi qu'avec d'autres services ou systèmes.

Au fil des années, j'ai eu l'occasion de développer des systèmes de bibliothèques pour des PME, comme SonoSite à Bothell (État de Washington) et DCI à Kent (État de Washington), mais aussi pour de très grandes entreprises, telles que Microsoft à Redmond (État de Washington). J'ai créé des bibliothèques de composants de différent type, adaptées au contexte et à l'entreprise, et j'ai pu découvrir ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas.

Quel que soit le contexte, la tâche la plus complexe lorsque l'on crée un système de bibliothèques de composants consiste à obtenir les accords nécessaires, puis à former les personnes qui seront amenées à utiliser ce système. Sans cela, même la bibliothèque la plus sophistiquée ne pourra pas fonctionner.

J. Warner : Quels sont les principaux problèmes que rencontrent les concepteurs de circuits imprimés lorsqu'ils doivent gérer des bibliothèques de composants et des données ?

C. Litson : En ce qui concerne le système de bibliothèques, il s'agira d'adopter une stratégie cohérente. Quel type de base de données construirez-vous ou devrez-vous utiliser ? 1-1, 1-n ou n-n ?

Dans le cas d'une bibliothèque indépendante, la plus grande difficulté sera de créer de nouveaux composants, dont le client ne dispose pas encore. Et si le client n'a pas du tout de bibliothèque, je devrai les créer et cela demande beaucoup de temps.

Les composants les plus complexes sont les packages de transistors. Les fabricants s'obstinent à choisir des dimensions et des agencements de broches qui ne sont jamais les mêmes ! Il faut donc en créer de nouveaux même si des packages similaires existent déjà.

Pour la plupart de mes bibliothèques, j'applique une structure 1-n s'il s'agit de composants passifs. Pour les composants actifs et les circuits intégrés (CI), je choisis une structure 1-1.

La deuxième difficulté consiste à contrôler les empreintes. Il y a beaucoup de variables et de questions à se poser, telles que :

·       Sur quelles couches les fonctionnalités sont-elles créées ?

·       Quelles sont les dimensions de ces fonctionnalités ?

·       Sont-elles uniformes ?

·       Sont-elles conformes à la fiche technique et à l'empreinte IPC de la CLASSE du produit en développement ?

·       Est-ce que la hauteur présente un écart de plus de 0,05 mm (2 mils) ?

·       Avez-vous recours à la sérigraphie ? Si c'est le cas, faites attention à ce qu'elle ne soit pas appliquée sous le composant ou sur une zone de cuivre à souder.

·       Avez-vous besoin d'éléments spécifiques tels que pâte à braser, vernis épargne, du carbone, de l'or dur, etc. ?

Il est très important de ne jamais utiliser une empreinte double (une empreinte qui correspond à deux packages distincts, mais pas aux composants utilisés). Dans un environnement de production, cette pratique présente de nombreux risques ! Nous pouvons faire une exception pour une carte test qui demande une soudure à la main et pour laquelle le risque sera atténué grâce à la bibliothèque de projet, mais jamais pour une bibliothèque de système.

Il faudra aussi s'assurer que les symboles de schémas soient normalisés comme suit :

·       Numérotation des broches

·       Désignations/étiquettes des signaux des broches

·       Nombre de broches correspondant à l'empreinte, y compris les broches de montage

·       Symboles représentant des composants LOGIQUES et non des représentations mécaniques. C'est pour les schémas électriques.

·       Les broches doivent rester sur la GRILLE !!! Cela assure la bonne connectivité du schéma et permet d'apporter plus facilement des modifications.

En ce qui concerne la gestion des données :

·       Ne réutilisez JAMAIS le numéro d'un composant, mais créez-en un nouveau.

·       Assurez-vous que la base de données est toujours à jour.

·       Développez un système de demande qui ne submerge pas vos ressources. Évitez tout engorgement.

J. Warner : C'est incroyable que les concepteurs parviennent à contrôler toutes ces variables ! Quelles sont les autres difficultés liées au contexte du marché qui pèsent sur la gestion des données et des bibliothèques ?

C. Litson : Financer la gestion des données n'est pas chose aisée. Les entreprises doivent prendre conscience de l'importance de ce poste.

Le financement est une question encore plus complexe pour les petites entreprises. Le temps, c'est de l'argent, et cela s'applique aussi à la gestion des composants. Une petite entreprise n'aura pas forcément la possibilité de créer des bibliothèques étendues. Toutefois, il est risqué d'utiliser des bibliothèques « standardisées », car celles-ci ne sont pas très précises. En général, il est aussi difficile de les ajouter ou de les modifier.

En parallèle, les grandes entreprises n'allouent pas toujours les bonnes ressources à cette gestion. Les difficultés rencontrées sont souvent liées aux points suivants :

·       L'assistance informatique. Un bon développeur devra connecter la bibliothèque aux systèmes de l'entreprise.

·       Un ingénieur spécialiste des composants.

·       Des personnes expérimentées pour créer les empreintes, et non des débutants (ou au moins un processus de vérification et une supervision étroite).

·       Commentaires des entreprises de fabrication ou de la DFM.

·       Commentaires de l'équipe en charge du routage.

·       Communication avec l'équipe en charge des achats pour connaître les délais et la disponibilité.

·       Gestion des demandes de composants.

·       Système pour l'ajout de nouveaux composants.

 ·      Système pour le remplacement des anciens composants.

J. Warner : La gestion des bibliothèques de composants et des données est un élément essentiel du processus de conception des circuits imprimés. Toutefois, si votre équipe ou votre service de conception compte des ressources réduites, il est aisé de se contenter de créer de petites bibliothèques pour chaque projet au lieu de mettre en place un système centralisé. Selon vous, est-ce une bonne ou une mauvaise idée ? Pourriez-vous nous expliquer pourquoi ?

C. Liston : Ce n'est pas une question facile... Je pense que c'est à la fois une bonne et une mauvaise idée ! C'est une bonne idée parce que les petites bureaux d'études n'ont pas le temps de gérer une bibliothèque de base de données. De plus, les entreprises n'adoptent pas toutes les mêmes configurations de couches. Par conséquent, les composants créés pour une entreprise ne seront pas les mêmes que ceux créés pour une autre.

Il faut être honnête, les clients n'ont pas envie de payer une société de services pour qu'elle crée une bibliothèque pour un PCB qui ne sera produit qu'en 50 à 200 exemplaires par an et pour seulement quelques cartes distinctes chaque année. Parfois, l'entreprise possède déjà une bibliothèque et elle cherche seulement un moyen simple de créer une « bibliothèque de projet » afin que le bureau d'études puisse l'utiliser et soumettre de nouveaux composants qui pourront ensuite être ajoutés à la base de données.

C'est aussi une mauvaise idée parce qu'il est toujours utile d'adopter une approche uniforme lorsque l'on travaille en équipe. Il faut au moins pouvoir normaliser la création des symboles et des composants, et garder une trace de ces standards. Vous devrez aussi mettre en place une procédure de vérification. Cette pratique s'avère d'une grande aide pour les entreprises qui ne disposent d'aucune bibliothèque ni d'aucun standard, et vous pouvez alors gagner du temps en utilisant vos propres bibliothèques.

J. Warner : Cherie, vous concevez des circuits imprimés depuis maintenant plusieurs années et vous formez d'autres concepteurs dans le cadre des formations IPC-CID de l'EPTAC. Quelles sont les bonnes pratiques que vous avez mises en place en tant que directrice d'un bureau d'études et de conseil, et quels sont les conseils que vous donnez à vos élèves ?

C. Litson : Pour commencer, j'identifie les besoins de l'entreprise ainsi que ce qu'elle a déjà mis en place et je m'adapte à ces paramètres.

La plupart du temps, je crée une « bibliothèque de projet » propre à cette conception. Au départ, celle-ci inclura certainement des composants issus de la base de données de l'entreprise, puis tout autre composant que je devrai créer. Selon moi, il s'agit de la méthode la plus sûre, car les bases de données d'entreprise risquent toujours d'être modifiées accidentellement ou suite à une décision de gestion ayant impacté, sans que l'on s'en aperçoive, les attributs de composants ou le logiciel.

J. Warner : Comment vous assurez-vous que vos bibliothèques sont toujours « propres », sans composant obsolète ou indisponible ?

C. Litson : Il faut regarder la réalité en face. TOUS les composants deviennent un jour obsolètes. Des entreprises mettent la clé sous la porte et un composant devient indisponible. Il est donc important que la base de données propose de bonnes alternatives. Ces alternatives DOIVENT respecter trois critères : la forme, la compatibilité et la fonction. Il existe de nombreux moyens d'identifier les composants obsolètes. Choisissez une méthode et appliquez-la. Les délais longs doivent être vérifiés lors des demandes de composants. S'il s'agit de l'unique composant adapté à votre situation, une justification doit être fournie. C'est là qu'interviennent les ingénieurs spécialistes des composants. Ils doivent avoir leur mot à dire.

Personnellement, si je travaille sur un projet et que certains de ses composants n'existent plus, je le renvoie à l'ingénieur en électronique. C'est alors à lui de trouver une alternative. Si on me le demande, je peux faire des recherches et faire des suggestions, mais c'est parce que je suis moi-même une ingénieure en électronique. Au final, c'est le client qui est responsable de la conception du produit.

J. Warner : Quels sont les risques associés à l'utilisation de composants génériques sans référence fabricant ?

C. Litson : Le plus grand risque est qu'ils soient incompatibles. Mais cela dépend de ce que vous appelez un « composant générique ». Une base de données n-n contient des symboles et des empreintes génériques. C'est la base de données qui doit les associer correctement. Je ne dois pas être obligée de créer plusieurs symboles de « résistance » simplement parce que ces résistances n'ont pas la même valeur. La base de données doit s'en charger. À partir d'un symbole, la base de données doit fournir la référence fabricant, la référence distributeur, la description, la valeur, des remarques, l'empreinte, etc.

Une bonne pratique est de toujours avoir à sa disposition des composants de remplacement qui respectent les critères de compatibilité, de forme et de fonction. Une bibliothèque 1-1 ne contient pas de symboles ni d'empreintes génériques. Je dispose de bibliothèques d'empreintes et de symboles schématiques indépendantes qui contiennent un dessin générique pour les composants passifs. Ainsi, je n'ai pas à les redessiner sans cesse. JE N'AIME PAS la plupart des symboles passifs fournis par les entreprises de logiciels, car ils sont souvent incorrects. J'ai débuté en tant que dessinatrice et je sais à quoi ces symboles sont censés ressembler. (J'aborde ce point pendant la formation CID.) Je dispose également de bibliothèques de symboles dans lesquelles les numéros de broches sont attribués dans le sens inverse de celui appliqué au même type de composants polarisés (diodes, condensateurs et transistors).

L'un des problèmes que nous rencontrons dans le secteur est que les OEM développent des bases de données 1-1 alors que les entreprises leur préfèrent une base de données n-n. Il est très difficile de les faire communiquer. Un autre problème se pose lorsque des fabricants créent leur propre version du composant. Cette pratique nuit aux entreprises qui créent les produits, car il devient difficile de connaître la capacité des composants à respecter les trois critères de la compatibilité, la forme et la fonction. Les transistors sont depuis toujours concernés par ce problème. Mais ces derniers temps, les connecteurs sont aussi touchés, notamment à cause de la concurrence dans le secteur des téléphones mobiles. Pour parler de ce phénomène, j'utilise souvent la phrase « comment se tirer une balle dans l'orteil » (nous n'en sommes pas encore tout à fait au pied).

J. Warner : Il semble que la frontière entre la CAO électronique et la CAO mécanique soit plus floue que jamais. Quels sont les outils et les mesures qui vous aident à collaborer plus efficacement avec l'équipe mécanique pendant la conception ?

C. Litson : Les attentes doivent être clairement définies !!!! VRAIMENT ! L'outil ne le fera pas à votre place. C'est à l'entreprise de rassembler les ingénieurs en électronique, les ingénieurs mécaniques et les ingénieurs-concepteurs, puis de définir des attentes. Ensuite, les outils peuvent être préparés de façon à favoriser cette collaboration. Et plus tard, ils devront intégrer des spécifications destinées à la fabrication, aux tests, aux ingénieurs en électronique, aux concepteurs de circuits imprimés, aux achats, à la DFM, aux gestionnaires de projet, etc. Il est possible de concevoir un produit qui ne peut pas être construit. Nous appelons cela un « Escher », en hommage à l'artiste M. C. Escher.

Je demande toujours un avis mécanique. Si je peux rencontrer l'ingénieur mécanique, c'est encore mieux. Mon objectif est de rendre leur travail plus facile. Voici quelques points essentiels sur lesquels l'ingénieur en électronique, l'ingénieur mécanique et l'ingénieur-concepteur devront se mettre d'accord :

1er point – Vérifier le nombre de caractères utilisés pour définir le placement, les hauteurs, les rayons de courbure, les tolérances, etc.

·       Ajoutez un maximum de 3 décimales pour le système impérial et 2 décimales pour le système métrique.

·       Les tolérances des circuits imprimés varient en fonction du lieu où ces derniers sont construits. Des environnements contrôlés existent, mais la plupart des circuits imprimés sont construits dans des usines peu contrôlées avec un grand nombre d'étapes manuelles et, en général, dans des salles qui ne sont pas nettoyées.

·       CHOISISSEZ UNE GRILLE ! Et restez cohérent autant que possible. Je choisis généralement 0,05 mm/2 mils. Cette grille offre le nombre de variables le plus faible lors de la conversion et évite les prises de tête lors de la création des composants et du routage. Elle est aussi très proche de la limite de tolérance de fabrication générale.

2e point – Définir une origine commune et s'y tenir.

·       Définissez des données de référence à partir de l'origine pour que les composants mécaniques puissent être facilement alignés. Assurez-vous que celles-ci soient aussi proches que possible d'un nombre entier pour que la vérification soit plus simple.

3e point – Établir un protocole d'échange qui conviendra à toute l'équipe.

·       Au sein d'une entreprise, définir un emplacement commun sur un serveur est une bonne pratique.

·       Prenez aussi le temps d'examiner les capacités de chaque logiciel ainsi que les paramètres d'échange qui s'adapteront le mieux aux besoins de chacun.

·       En tant que collaboratrice indépendante, je devrai envoyer à l'ingénieur mécanique un fichier de routage qu'il devra contrôler et me renvoyer. Les points d'accès Internet partagés ne sont pas toujours sûrs et le VPN est lent.

4e point – À quel point la 3D est-elle nécessaire ?

·       Les formes simples sont-elles acceptables ou des modèles 3D sont-ils exigés pour chaque composant ?

·       S'il n'existe pas de modèles 3D, qui devra les créer ?

·       Les modèles 3D des composants DOIVENT être inclus dans l'empreinte du circuit imprimé. Si ce n'est pas le cas, ces éléments ne seront pas liés comme ils devraient l'être.

Il arrive souvent qu'un composant mécanique doive être ajouté au schéma et qu'il faille lui attribuer sa propre empreinte non électrique. Cette pratique est également valable pour la plupart des fonctionnalités non électriques qui sont ajoutées au circuit imprimé. Si le composant ne se trouve pas sur le schéma, il risque d'être accidentellement supprimé lors d'une mise à jour de la netlist.

Lors de cette procédure, veillez à ce que ces composants ne soient pas ajoutés à la fois à la nomenclature de l'ingénieur mécanique et à celle de l'ingénieur en électronique.

5e point – Définir qui fait quoi et quand.

·       La documentation doit être prise en charge par des personnes qui savent quelles informations devront être incluses.

·       Les personnes chargées de la documentation de fabrication et d'assemblage doivent savoir ce dont auront besoin les intervenants qui se chargeront de ces deux étapes. Pour plus d'informations, consultez mon dernier blog « Documentation for Output - Who Needs What » (Documentation de sortie - Qui a besoin de quoi).

·       Certaines entreprises confient cette tâche à l'ingénieur mécanique et d'autres à l'ingénieur-concepteur. Ces deux groupes devront maîtriser la physique électrique, les processus de fabrication et les spécifications IPC nécessaires pour CHAQUE établissement de fabrication. Les fichiers ne seront pas les mêmes.

·       La gestion des composants peut être répartie entre l'ingénieur mécanique et l'ingénieur en électronique, en fonction du composant à gérer. Mettez en place une méthode d'approbation qui inclut ces deux services et notifie les services adjacents.

J. Warner : Merci beaucoup de nous avoir aidés à prendre conscience de toute la complexité du travail que vous effectuez dans le cadre de la gestion des bibliothèques et des données, Cherie. Nous vous remercions d'avoir partagé avec nous toutes ces informations.

C. Litson : Tout le plaisir est pour moi, Judy. Je vous remercie, ainsi qu'Altium, d'aider les concepteurs comme moi à partager ce que nous avons appris au fil des années.