La conception mécanique et la modélisation en 3D aident à concevoir les circuits imprimés de systèmes embarqués

Lorsque j'étais à l'université, nous, les ingénieurs en électronique, prenions toujours un peu de haut les ingénieurs en mécanique. Notre département avait organisé un cours d'introduction à l'ingénierie électronique à l'intention des ingénieurs mécaniciens, que nous avions alors traités de « guignols ». C'était un peu triste de considérer les gars de mécanique comme des « guignols ». La rivalité entre les ingénieurs en électronique et en mécanique se poursuit souvent après l'université, jusque dans le domaine des systèmes embarqués. Le marché des systèmes embarqués est de plus en plus large et complexe. Il est temps pour nous de descendre de nos piédestaux et d'ajouter la modélisation mécanique en 3D en collaborant avec les ingénieurs en mécanique. En outre, nous devrons apprendre leurs techniques de modélisation 3D dans l'intérêt des conceptions d'aujourd'hui et de demain.

Systèmes embarqués : Un marché en pleine croissance

Le domaine des systèmes embarqués est en pleine croissance depuis ses premiers jours. Cette croissance est maintenant accélérée par l'avènement de l'Internet des objets (IoT) et l'augmentation des véhicules avec systèmes avancés d'assistance au conducteur (ADAS).

Le marché des systèmes embarqués représentait environ 131 milliards de dollars en 2014 et devrait atteindre 214 milliards de dollars d'ici à 2020. C'est un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 6,3 %, ce qui n'est pas mal. L'Internet des objets est une industrie formidable dans laquelle il faut s'investir si vous voulez profiter de cette marée montante. Les appareils IoT deviennent omniprésents  et représentent un marché énorme pour les systèmes intégrés. Mais essayez de ne pas concevoir de circuits imprimés pour des appareils IoT stupides, comme des chaussettes!

L'industrie automobile est un autre facteur contribuant à la croissance des systèmes embarqués. Les systèmes avancés d'assistance au conducteur (ADAS) sont incorporés dans de nombreuses voitures et seront requis aux États-Unis et en Europe d'ici 2020. Malheureusement, vous allez devoir faire des courbettes à ces ingénieurs en mécanique médiocres qui conçoivent les voitures si vous voulez "que vos circuits imprimés aient des roues". Les applications automobiles nécessitent des circuits imprimés petits et flexibles, alors vous allez devoir peaufiner vos techniques de conception avancéesavant d'essayer de pénétrer dans ce marché.

Vous devez savoir à l'avance si votre circuit imprimé sera embarqué dans des glaçons.

La conception électronique pour des applications mécaniques

Contrairement aux ingénieurs en mécanique et en électronique, l'IoT et les systèmes ADAS ont trouvé un terrain commun: les systèmes embarqués. Dans le cas de ces deux applications, les circuits imprimés doivent être conçus en tenant compte des contraintes mécaniques. Cela signifie que vous devrez étendre et améliorer votre processus de conception en y ajoutant des techniques mécaniques. Cette amélioration du processus inclut deux aspects : une meilleure collaboration avec des ingénieurs en mécanique et l'appropriation de leurs outils de conception.

Actellement, votre communication avec les ingénieurs en mécanique peut être une suite d'échanges coléreux en réponse à leurs e-mails de demande de changement technique (ECO). Même s'il faut se battre dans la vie, il est temps d'un peu moins chamailler. Enterrez la hache de guerre avec les systèmes embarqués. Les ingénieurs en mécanique en savent un peu plus au sujet de la dynamique, de la thermodynamique et de la dynamique des fluides, par exemple. Apparemment, tout ce que les ingénieurs en mécanique étudient est dynamique, si seulement il en était de même de leur personnalité. Heureusement, ils n'ont pas besoin d'être des gens passionnants pour vous donner des informations sur les forces, les différentiels de température et les intrusions liquides que votre carte va connaître. Vous pouvez être sûr que votre système embarqué va avoir ces problèmes. L'IoT impose des cartes dans des appareils minuscules qui seront transportés, jetés et exposés à toute une gamme de températures. Une voiture est un environnement encore plus défavorable avec des agressions comme: les nids de poule, la chaleur du moteur et les intempéries. Collaborer davantage avec les ingénieurs en mécanique au début de votre processus de conception entraînera moins d'ECO et une carte qui sera bien mieux adaptée à ses environnements mécaniques.

Je viens de vous dire d'apprendre beaucoup de choses nouvelles, mais il faudra aussi ajouter la modélisation 3D. Il ne suffit pas de savoir à quel type de facteurs mécaniques votre carte sera exposée. Même si vous concevez la carte parfaite pour tous les facteurs externes, vous devez aussi vous demander : « Est-ce qu'elle va tenir dans le boîtier ? » Combien de fois avez-vous terminé une conception pour ensuite maudire l'ingénieur en mécanique qui avait conçu ce petit boîtier, aux formes étranges ? Maintenant que l'on a des objets comme les fourchettes connectées et des voitures bourrées d'électronique, l'espace devient une préoccupation majeure. Il est temps de savoir si votre carte tiendra dans le boîtier avant de fabriquer un prototype coûteux. Un nouveau logiciel de conception de circuits imprimés très sophistiqué peut vous aider en créant automatiquement des modèles 3D. Ainsi, vous pourrez importer les fichiers de CAO du boîtier de votre ingénieur en mécanique et vérifier que votre circuit imprimé tient à l'intérieur directement sur votre écran.

Les rendus 3D actuels sont fantastiques, mais ils ne représentent que la première étape. Des boîtiers de plus en plus complexes nécessiteront des capacités 3D plus avancées. Il ne suffira pas de mettre un circuit imprimé plat dans une boîte et de voir que rien ne dépasse. C'est pourquoi je vous suggère de trouver un programme de CAO 3D pour débutant et de vous exercer à l'utiliser. Peut-être que vous devrez positionner des cartes flex-rigides dans leur boîtier. Oubliez les pliages en papier! Si vous savez comment utiliser un programme de modélisation 3D, vous pouvez animer votre circuit imprimé en 3D et montrer aux fabricants comment assembler vos cartes. La connaissance de la modélisation en 3D vous aidera également si vous souhaitez essayer différentes topologies pour les technologies montées en surface (SMT). Vous voulez voir comment votre carte va tenir dans son boîtier avec des dissipateurs de chaleur à différents endroits ? Vous pouvez les modéliser et voir quel agencement sera le mieux. Pour faire ceci, vous aurez besoin de générer plus d'un modèle automatiquement. Si vous n'apprenez pas comment maîtriser les modèles 3D, vous devrez embaucher un ingénieur en mécanique. Il est temps d'apprendre une compétence dont vous aurez certainement besoin à l'avenir.

Malheureusement, ce n'est qu'avec l'appareil qu'elle a en main que nous allons interagir.

La modélisation 3D pour un avenir en 3D

L'impression en 3D a parcouru un long chemin depuis l'époque où l'on utilisait une imprimante personnelle et du papier de magazine pour graver nos propres créations artisanales. Il existe aujourd'hui des imprimantes capables de créer des prototypes testables en 3D. La prochaine étape logique consiste à imprimer des conceptions complètes. Il est certain que nous n'en sommes pas encore là, et que nous n'y arriverons probablement pas avant plusieurs années. Cependant, lorsque ce jour arrivera, vous pourrez dire adieu à la conception en 2D. Les concepteurs de circuits imprimés devront maîtriser la modélisation 3D s'ils veulent profiter pleinement des futures capacités de la conception en 3D. Si vous ne commencez pas maintenant, certainement que des ingénieurs en mécanique évolueront vers la conception de circuits imprimés de demain, simplement parce qu'ils savent concevoir en 3D. Essayons de faire en sorte que ceci ne se réalise pas et commencez à apprendre la modélisation en 3D dès maintenant.

Que vous prépariez un avenir plein de systèmes embarqués ou de conception en 3D, il est temps de commencer à prendre sérieusement l'aspect mécanique de vos circuits imprimés en considération. Cela implique davantage de collaboration avec les ingénieurs en mécanique pour être certain que votre circuit imprimé résistera à toutes les conditions auxquelles il sera soumis. Je vous suggère de vous lancer et d'apprendre vous aussi à vous servir d'un programme de modélisation 3D. Ensuite, vous pourrez vous assurer que votre circuit imprimé s'intègrera parfaitement dans ce boîtier ridiculement petit. Vous serez également prêt à profiter de la conception en 3D le jour où elle sortira. Il est temps de devenir amis, ou du moins de faire connaissance avec l'univers mécanique.

Pour entrer dans le monde de la mécanique, vous avez besoin d'un bon logiciel pour vous guider. CircuitStudio d'Altium est parfaitement adapté au concepteur de systèmes embarqués. Grâce à son large éventail de fonctionnalités extrêmement sophistiquées, CircuitStudio vous permettra de concevoir des circuits imprimés qui pourront s'insérer là où aucune autre carte n'a jamais pu.

Vous avez d'autres questions sur la communication avec la mécanique ? Demandez des conseils à un expert d'Altium.