Navegando pelo CAD de PCB 3D Dentro do Tsunami Cinza

APEX San Diego – Deslizando no meu longboard pelas ruas do Gaslamp, eu devia ser uma visão e tanto de terno e gravata. Recém-saído do pavilhão da IPC APEX, eu fazia curvas entre o tráfego, voltando para o meu hotel após passar várias horas discutindo a onda positiva do CAD 3D para PCBs com alguns colegas da indústria.

De repente, ouvi dois caras rirem e gritarem para mim da esquina movimentada: “Ei, você é velho demais para andar de skate!” Para o divertimento dos dois homens e de toda a multidão de transeuntes esperando no semáforo, eu fiz o sinal de shaka com a mão. Rapidamente, conforme o sinal mudava, eu respondi a eles usando um termo que tinha ouvido em uma apresentação de designer de PCB na noite anterior, gritando “Contemplem o Tsunami Cinza!” Apreciando o som de mais risadas da rua, continuei a andar de skate.

O metáforo do Tsunami Cinza havia sido usado para descrever a população envelhecida de designers de PCBs que em breve pegarão sua última onda para fora da indústria eletrônica e, presumivelmente, levarão consigo seu conhecimento e experiência coletivos em design de PCB.

Espera... Todo mundo fora da água! Como assim?!?

Direi novamente. As pessoas por trás do sucesso de praticamente tudo que funciona na indústria de PCBs — a geração baby boom de projetistas de PCBs — estão na sua última onda. Eles estão se aposentando.

Por décadas, projetistas de PCBs têm elaborado designs de PCBs com softwares que continuamente precisaram evoluir, impulsionados para atender às necessidades do projetista experiente.

A evolução veio por meio de soluções alternativas dos projetistas. Desde geometrias de terra personalizadas e roteamento de pads em forma de gota até o preenchimento positivo de planos de cobre. Da Roteamento Dinâmico de pares diferenciais à correspondência automática de comprimentos de rotas críticas. De templates DXF importados manualmente a arquivos mecânicos passo a passo altamente detalhados. O projetista de PCB experiente sempre soube o que era graficamente necessário para completar um design antes que o software evoluísse para se tornar uma ferramenta que pudesse fornecê-lo facilmente.

Por exemplo, alguns dos nossos designers de PCB da geração millennial podem achar trivial aprender que havia apenas um tipo de criação automatizada de plano de alimentação antes da queda da era "dot-com" por volta de 2000. Planos internos negativos eram tudo o que as ferramentas de design podiam criar na época. Mas à medida que a técnica de design de inundar as camadas externas de um PCB se tornava mais aceita, os designers improvisavam usando seus próprios truques geométricos para preencher os planos ao redor da geometria das terras das camadas externas. Não foi até um evento de referência de design de PCB realizado no PCB west em 2000, que a indústria testemunhou o primeiro software de design de PCB que poderia realizar a inundação automática de cobre em camadas externas.

O momento serve como um excelente exemplo de uma empresa de EDA atendendo ao chamado de designers de PCB experientes, adicionando recursos às suas ferramentas que provaram ajudá-los a projetar, forçando assim todos os concorrentes a seguir. Mas com a nova capacidade veio a necessidade de educar os designers sobre impressão, gravação e restrições de galvanoplastia em camadas externas. Mesmo hoje, quase duas décadas depois, os designers estão erroneamente usando as mesmas regras de folga e planos de cobre de camadas internas (impressão e gravação) para inundação de camadas externas, o que requer mais folga para a etapa adicional de galvanoplastia.

Com décadas de experiência em design de PCB se dissipando na esteira do tsunami cinza, já estamos vendo sinais de uma mudança significativa na fabricação de PCBs. A indústria eletrônica está sendo inundada por novos engenheiros eletrônicos que estão assumindo os desafios do design e layout de PCBs.

À medida que a nova onda de perspectivas em engenharia eletrônica toma forma, está gerando entusiasmo entre os observadores da indústria. Mas, enquanto os novos “gremmies” do design de PCB remam com suas ferramentas de design para pegar suas primeiras ondas, a parte da indústria de fabricação de PCBs está se preparando para um verão interminável de wipeouts de design radicais — empilhamentos de PCB impossíveis, desafios terríveis de impressão e corrosão, proporções de furação inadministráveis — todos combinados com dados, especificações de design e documentação desajeitados ou ausentes.

Devido a grandes melhorias nas ferramentas de layout de PCB impulsionadas pela experiência da geração de designers de PCB baby boom, nossos emergentes designers de PCB da geração millennial podem aprender a operar ferramentas de EDA assustadoramente rápido! Mas aprender a projetar — ou seja, ganhar experiência suficiente para atender aos critérios de desempenho elétrico enquanto atende a muitas outras restrições, como custo e fabricação, também — ainda não é alcançado ao toque de um botão. O design de PCB deve ser aprendido através da comunicação com os stakeholders do processo de PCB e entendendo suas capacidades.

Uma empresa de EDA que rejeita a realidade de que a funcionalidade de "facilidade de uso" não se sustenta por si só e deve ser acoplada com educação tangível em design de PCB descobrirá que seu produto está permitindo que novos designers criem facilmente designs que falharão!

Com o crescente vazio de designers experientes disponíveis para orientar os novos engenheiros eletrônicos, estes estão procurando nas ferramentas de layout de PCB para guiá-los ao sucesso. Não é segredo que as empresas de CAD para PCB estão bem cientes disso. Há esforços corporativos contínuos para abordar esse dilema. Qual é a abordagem correta?

Capturar a Experiência de Design Fundamental do Passado

Educadores de design de PCB e programas de educação estabeleceram muitas bases para o design de PCB no que diz respeito a como a integridade do sinal e o desempenho elétrico geral são afetados pelas combinações interligadas de componentes, condutores, dielétricos e ambiente. Empresas progressistas de EDA farão bem em participar ativamente, apoiar e capturar todos esses conceitos fundamentais à medida que são apresentados em blogs, folhetos, seminários e reuniões de exposição de design, a fim de abordar esses conceitos em seu software de design como funcionalidade fundamental. Tentar apenas incorporar essa informação fundamental como "configurações padrão" na ferramenta de software provou levar o novo designer ao fracasso. Houve casos reais de dados não fabricáveis aparecendo no fornecedor de PCB porque o novo designer assumiu tristemente que as configurações padrão estavam definidas para serem fabricáveis!

Conectar Designers com Stakeholders da Indústria Atual

Enquanto a física dos componentes eletrônicos, incluindo placas de circuito impresso, não mudou ao longo dos anos, a densidade de embalagem e os parâmetros de integridade de sinal mudaram drasticamente. Todos os dias, os designers enfrentam novos componentes que são menores do que nunca. Alguns novos resistores em chip são pequenos o suficiente para caber dentro do zero de uma moeda marcada com a data de 2019!

Mas só porque novas peças estão disponíveis para um bom desempenho elétrico não significa que elas sejam sempre a melhor escolha para a disponibilidade dos stakeholders de compra. Isso não significa que as peças sejam a melhor escolha para o processamento das máquinas dos stakeholders de montagem. Mais do que nunca, os projetistas de PCB precisam ser apresentados a todos os stakeholders da indústria de PCB para projetar visando o sucesso de todos. Conexões estão sendo feitas com stakeholders de engenharia de alta velocidade, fabricação, montagem e teste através da capacidade de software de ferramentas EDA.

Estamos vendo softwares integrados que agora podem definir materiais específicos, calcular a impedância de trilhas e que geram automaticamente dimensões e tolerâncias para painéis de fabricação e arranjos de montagem. Mas, sem conectar os novos usuários dessas capacidades de design e documentação aos stakeholders que eles afetam, os fornecedores de ferramentas EDA estão novamente permitindo que o novo projetista falhe.

De que adianta uma ferramenta de design de PCB fornecer a capacidade de dimensionamento geométrico e tolerâncias usando IPC-2615 para um novo usuário que nunca fez um curso de dimensionamento e tolerâncias? Ai, por favor, ajudem os stakeholders de fabricação que recebem documentação de design de um novo projetista que achou que seria uma boa ideia aplicar essa funcionalidade sem o treinamento adequado!

Construa uma Comunidade Dinâmica de Stakeholders de PCB

Então, não vamos nos enganar. Assistir a um webinar de uma ferramenta EDA mostrando um software de layout que pode abordar a próxima onda de recursos adicionados para ajudar todos os stakeholders da indústria de PCB é um espetáculo incrível de se ver. O mesmo vale para assistir surfistas experientes cavalgando as imensas ondas de sessenta pés em Maverick’s, um local de surfe ao norte de Half Moon Bay, na Califórnia. Uma empresa de EDA sábia reconhecerá que apenas profissionais experientes surfam essas ondas. Aqueles que buscaram conselhos sábios de quem já passou por isso e montaram equipes de apoio com helicópteros de resgate e motos aquáticas pessoais para completar a saída do perigo uma vez que a onda foi surfada. Ninguém em sã consciência incentivaria um novato a tentar essas coisas. Especialmente sozinho.

Empresas de EDA atentas reconhecem que é vitalmente importante construir uma comunidade de partes interessadas em PCB para apoiar suas mais novas ondas de capacidade de ferramentas. Uma comunidade de design de PCB saudável deve incluir entrada e feedback de revisão de todo o pessoal que se beneficiará de seu uso ou será prejudicado por usuários que falham. Engenharia de desempenho de integridade de sinal, engenharia de componentes, gestão de fornecedores, engenharia de fabricação, engenharia de teste e até clientes precisam ser reunidos para compartilhar e aprender. Como os próprios designs de PCB, os eventos devem aderir a certas restrições. Eles devem ser acessíveis, interessantes, divertidos e envolventes. Eles devem servir para construir uma comunidade de PCB.

O Que Restará da Indústria de PCB na Esteira do Tsunami Cinza?

Independentemente da era em que você aprendeu ou ainda está aprendendo design de PCB, a profissão sempre teve um grande benefício. O design de PCB está em uma classe de trabalhos técnicos nos quais ouvir sua música favorita enquanto faz o roteamento pode realmente aumentar seu desempenho de design! Um projetista de PCB pode continuar pela noite adentro para terminar um trabalho pela manhã se a música certa estiver tocando no fone de ouvido. Eu frequentemente permiti que horas passassem despercebidas enquanto fazia o roteamento ao som das músicas de surf rock de Dick Dale e os Del Tones. Infelizmente, o mundo perdeu recentemente o “Rei da Guitarra Surf”.

Mas desde que Dick pegou sua última onda aos 81 anos, sua indústria — a indústria musical — fez um ótimo trabalho em garantir o registro e a documentação de seu trabalho desde a fundação. Há inúmeras gravações, vídeos no YouTube e até festivais de surf rock que garantirão que seu legado continue vivo. E o melhor de tudo, os projetistas de PCB podem continuar ouvindo sua música clássica “Miserlou” enquanto traçam inúmeras pistas de design DDRx por horas a fio.

A indústria musical tornou possível para qualquer pessoa com acesso a mídia ou tempo para participar de eventos ao vivo, a capacidade de adquirir instrumentos, aprender a tocar e até mesmo ganhar a vida tocando-os. Projetistas de PCB, jovens e velhos, só podem esperar que nossa indústria — a indústria de eletrônicos e design de PCB — liderada talvez pelos próprios fornecedores de ferramentas EDA, esteja fazendo um bom trabalho em preservar um legado semelhante para nossos futuros projetistas de PCB. Os projetistas de PCB da próxima geração não só precisam ter acesso a ferramentas capazes e instrução adequada para usá-las, eles precisam ser apresentados a “todos os outros” envolvidos no fluxo de trabalho de fabricação de PCB para entender como contribuir para um meio de vida saudável para si mesmos enquanto contribuem para uma comunidade de partes interessadas em PCB contente e eficiente.

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