Perché i corsi di progettazione PCB sono essenziali in un curriculum di ingegneria

Se i semiconduttori sono come gli organi nel corpo umano, un circuito stampato (PCB) è come lo scheletro che compone la struttura di un dispositivo elettronico. L'elettronica moderna, così come la intendiamo oggi, non sarebbe possibile senza i PCB e l'utilizzo di questi ultimi come involucro dei componenti elettronici non è destinato a scomparire presto. I PCB all'interno dei vari dispositivi elettronici, che vanno dagli smartphone agli elettrodomestici, devono essere progettati con precisione e prodotti con cura per consentire ai prodotti di funzionare correttamente.

Nonostante l'importanza dei PCB in quasi tutti i prodotti elettronici immessi sul mercato odierno, è sorprendente quanto poco il sistema universitario si sia concentrato sulla promozione di programmi formativi dedicati alla progettazione e alla produzione di circuiti stampati. Comprensibilmente, l'industria dei semiconduttori ha assunto un ruolo di rilievo a causa delle enormi sfide ingegneristiche necessarie per tenere il passo con la legge di Moore. Il risultato è che i PCB sono talvolta visti come un modo eccessivamente complesso per tenere insieme i chip dei computer.

La realtà è che nessuna delle apparecchiature elettroniche di cui ci serviamo o su cui facciamo affidamento può funzionare correttamente se i circuiti stampati non sono progettati e prodotti correttamente. I processi di progettazione e produzione di circuiti stampati si basano anche su altre aree dell'ingegneria oltre che sull'elettronica. Un corso di progettazione PCB può essere utile per preparare gli studenti ad affrontare entrambi i lati dell'equazione di progettazione e produzione e per fornire loro competenze utili da spendere nel mondo del lavoro.

Perché includere la progettazione PCB nei corsi di ingegneria?

La progettazione PCB combina molti dei concetti fondamentali dell'ingegneria elettrica ed elettronica con l'obiettivo di progettare un prodotto fisico. La creazione di un PCB è come la risoluzione di un puzzle complesso, dove le regole si basano su concetti fondamentali nel campo dell'ingegneria elettrica. È una professione divertente e gratificante che include molteplici sfide ingegneristiche in ogni progetto.

Oltre a essere divertente, la progettazione PCB ha anche una funzione fondamentale nel settore dell'elettronica, pur essendo stata ignorata negli ultimi decenni. Di conseguenza, si prevede che la domanda di progettisti PCB competenti aumenterà nei prossimi decenni con il pensionamento dell'attuale forza lavoro. I corsi di progettazione PCB offriranno un vantaggio agli studenti nel caso di una carriera nel campo dell'hardware engineering. Gli studenti possono trarre notevoli vantaggi dai corsi di progettazione PCB integrandoli nel normale curriculum di ingegneria elettronica.

Esposizione ai processi e ai software di progettazione industriale

Più che in altri campi dell'ingegneria, la progettazione PCB segue uno specifico flusso di lavoro tecnico che guida i team di progettazione dall'ideazione del prodotto a un progetto completamente realizzabile. Un corso di progettazione PCB espone gli studenti a un flusso di lavoro standardizzato che viene implementato in tutto il settore elettronico. Questo flusso di lavoro viene integrato nel software di progettazione PCB e gli studenti hanno la possibilità di vedere come vengono completati i progetti reali in un ambiente professionale. Si tratta di un'esperienza preziosa che uno studente acquisirebbe normalmente solo tramite un periodo di tirocinio.

La progettazione PCB combina più discipline di ingegneria

La progettazione PCB ha una solida base di ingegneria elettrica e comporta l'apprendimento di concetti di elettronica digitale, analogica, di potenza e a microonde, spesso lavorando a un singolo progetto. In qualsiasi progetto, un designer dovrà attingere a concetti provenienti da molteplici discipline ingegneristiche per completare gli schematici, il layout fisico e, infine, un progetto completamente fabbricabile. Ciò include:

• Fondamentali di progettazione di circuiti e acquisizione schematica
• Simulazione e analisi, da SPICE ai field solver 3D a onda intera
• Layout fisico, spesso nel rispetto di vincoli meccanici
• Concetti di elettromagnetismo, con particolare riferimento alla propagazione delle onde e alla radiazione

Dato che per un singolo progetto PCB sono richieste competenze in diverse aree dell'ingegneria, la progettazione PCB è un'ottima opportunità per mostrare la convergenza tra questi campi in modo pratico. Anche se non dovessero lavorare nell'industria dei circuiti stampati dopo aver completato il corso di laurea, gli studenti avranno avuto comunque modo di conoscere i tipi di progetti ingegneristici collaborativi e multidisciplinari che incontreranno una volta entrati nel mondo del lavoro.

Esposizione alla produzione

In fin dei conti, l'ingegneria dell'hardware consiste nel creare un progetto che possa essere prodotto in serie. La progettazione dei circuiti stampati si concentra molto sulla progettazione per la fabbricazione (DFM), in cui vengono presi in considerazione i vincoli imposti dai processi di produzione durante la creazione del layout fisico. La progettazione di PCB offre agli studenti un'ottima introduzione alle strategie di DFM e li aiuta a sviluppare un approccio consapevole ai progetti con vincoli di produzione. Gli studenti che conoscono la progettazione DFM sono più preparati a entrare nel mondo del lavoro e a occuparsi di prodotti che possono essere fabbricati in serie.

Un effetto secondario dell'esposizione al processo di produzione PCB è che gli studenti potrebbero sviluppare un interesse nel lavorare nel campo della produzione di PCB. Con una rinnovata attenzione all'onshoring e nuovi investimenti in tecniche di produzione avanzate, gli studenti troveranno sfide ingegneristiche divertenti e interessanti in questo settore. Un corso di progettazione di circuiti stampati può preparare gli studenti al successo nel caso in cui scelgano di intraprendere una carriera nel settore industriale.
Prima di passare alla produzione su vasta scala, gli studenti possono ricevere un'ottima introduzione al processo di progettazione e ingegneria front-end attraverso la prototipazione funzionale e la realizzazione di proof of concept. Il passo successivo nel miglioramento delle competenze e delle conoscenze degli studenti consiste nel progettare e produrre un circuito stampato personalizzato che corrisponda alla funzionalità del prototipo iniziale. Secondo Siddharth Deliwala, direttore dei programmi ESE Lab presso la School of Engineering and Applied Science della University of Pennsylvania: “Comprendere le competenze di prototipazione è un passo necessario che permette agli studenti ECE di diventare degli ottimi designer nella progettazione RF e progettazione ad alta velocità. Altium Education è la perfetta introduzione alla progettazione PCB che gli studenti possono seguire prima di qualsiasi corso di ingegneria avanzata.”

I progettisti PCB sono molto richiesti

Il punto più importante è che, secondo le previsioni, nei prossimi decenni i progettisti di PCB saranno molto richiesti a causa della carenza di personale qualificato. Anche oggi si profila una crisi della forza lavoro, dato che la maggior parte dei progettisti di circuiti stampati del Nord America si avvicina all'età della pensione. Secondo i recenti risultati di un sondaggio pubblicato sulla rivista Printed Circuit Design & Fab (PCD&F), il problema della carenza di progettisti PCB in Nord America è destinato a peggiorare. Il sondaggio ha rilevato che:

• Il 61% dei progettisti dichiara di avere più di 50 anni, mentre solo il 23% ha meno di 35 anni
• Il 55% dei progettisti prevede di lasciare la professione nei prossimi 10 anni
• Di questi, oltre il 25% andrà in pensione entro i prossimi cinque anni
• Il 78% dei progettisti ha dichiarato che non lavorerà più nel settore entro i prossimi 15 anni a causa dell'età avanzata

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Il programma Altium Education consente a docenti e studenti di integrare contenuti didattici di progettazione PCB leader del settore nel proprio curriculum o percorso di apprendimento autonomo. Il curriculum è progettato per essere seguito in un formato modulare; i docenti possono integrare singoli moduli nei loro corsi di ingegneria attuali oppure utilizzare l'intero corso così com'è. Gli studenti che sono interessati alla progettazione PCB possono anche seguire i corsi in modo indipendente. Il vantaggio principale? questi corsi sono disponibili gratuitamente! Purché gli studenti dispongano di un indirizzo e-mail valido di un istituto scolastico, possono richiedere una licenza educational di Altium Designer per poter lavorare con gli esempi di progettazione del corso.

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