Кому эффективнее всего заниматься разводкой печатных плат?

в 15:29, , рубрики: solidworks, Блог компании DassaultSystèmes, инженеры-схемотехники, конструктор изделий, печатные платы, проектирование, Проектирование и рефакторинг, проектирование печатных плат, схемотехника

Давайте вспомним, как распределялись обязанности специалистов в электронной промышленности лет 40 назад. Процесс делился на два основных этапа, первым из которых была разработка принципиальных схем, и занимались этим (да и до сих пор занимаются) инженеры-схемотехники. Многое с тех пор изменилось, но суть осталась той же.

В те времена принципиальные схемы составлялись из дискретных компонентов — резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов и т.п. Однако от электронщиков, проектирующих такие схемы, не требовалось принимать в расчет физические размеры компонентов: их интересовали лишь технические характеристики.

В вузах будущих инженеров этой специальности учили схемотехнике. В ходе практических занятий они моделировали свои устройства на макетных платах, а разводкой печатных плат приходилось заниматься лишь единицам — тем, кому это требовалось в их дипломных проектах.

Второй этап процесса разработки электронных устройств — это реализация схем на печатных платах. Как уже было сказано, схемотехники делать это не могли, и к делу подключались проектировщики плат. Работы велись в основном вручную, а сами платы изготавливались путем травления.

В 70-е годы начало набирать силу применение интегральных схем (ИС). Плюсом стала миниатюризация устройств, но в то же время возникла проблема с трассировкой, так как выросла плотность дорожек на плате.

К концу 80-х годов, когда ИС стали использоваться повсеместно, метод травления показал свою неэффективность, поэтому промышленность взяла курс на многослойные печатные платы. Соответственно, и схемотехникам, и проектировщикам плат пришлось взяться за освоение САПР электроники — иначе отрасль долго бы еще не оправилась от последующих экономических кризисов.

image

А теперь обратимся к результатам проведенных недавно опросов. Более 75 процентов проектировщиков печатных плат уже перешагнули возраст 45 лет, а половина из них планируют отправиться на пенсию в ближайшие 10 лет. Что это значит для отрасли?

  1. Проектировщики плат пережили три экономических кризиса и не склонны делиться опытом с молодежью — иначе их могут уволить по сокращению штатов раньше, чем они думали.
  2. Вузы и промышленность не могут найти между собой общий язык, а студентов-электронщиков по-прежнему не учат работать с печатными платами.
  3. Не существует эффективных программ переподготовки на специальность «проектировщик печатных плат».
  4. От печатных плат в ближайшее время промышленность не откажется — альтернативы им пока нет.
  5. Набирает популярность концепция мехатронного проектирования, и тем, кто решил следовать ей, необходимо понимать передовые методы проектирования и изготовления плат.

По сути дела, в электронной промышленности возник некий вакуум. Инженеры-схемотехники заниматься проектированием плат не планируют — их больше интересуют разработка принципиальных схем и написание микропрограмм.

image

Но в действительности платы — это в такой же степени забота конструкторов аппаратуры. Здесь смыкаются электрическая и механическая составляющие, и образуется то, что мы называем мехатроникой.

Разработка принципиальных схем с силовыми, аналоговыми и цифровыми компонентами пока остается в ведении инженеров-схемотехников, но не будем исключать, что в будущем вузы начнут готовить и специалистов по мехатронике.

Конструкторы электронных устройств вполне могут перенять эстафету от проектировщиков печатных плат, и вот почему:

Библиотеки. В проектировании плат один из главных факторов — это учет контура элемента. Нужно также принимать во внимание расположение выводов, чтобы корректно развести дорожки и учесть все необходимые допуски.

Такие нюансы инженеру-схемотехнику неведомы, а конструкторы электронных изделий очень хорошо о них осведомлены. Кроме того, не следует забывать о высоте каждого конкретного элемента, которая важна для правильного их размещения на плате.

image

Форма платы. В процесс компоновки плат все активнее включаются службы маркетинга — ведь именно они обладают решающим голосом при определении формы изделий, и конструкторам приходится это учитывать.

В прошлом промышленность и потребители были вполне удовлетворены печатными платами прямоугольной формы, повторяющими форму корпусов изделий. Точнее говоря, размеры корпусов подгонялись под платы, которые размещались внутри. Но с развитием систем проектирования ограничения исчезли, и формы могут быть произвольными. Теперь, наоборот, платы проектируются такими, чтобы помещаться в разработанные конструкторами корпуса.

Размещение элементов. Здесь все больший вес приобретает конструкторская и маркетинговая составляющая. Плата вместе с компонентами передается из конструкторской в схемотехническую систему проектирования и обратно, чтобы добиться от изделия максимальной эргономичности. Пользователю должно быть удобно нажимать кнопки, устанавливать положения переключателей, подключать кабели и наблюдать за дисплеями и светодиодами. Здесь снова можно говорить о мехатронике, поскольку в реальном времени идет параллельная разработка электронной и механической частей. Это позволяет обеспечить корректное размещение платы и компонентов на ней, чтобы не возникало конфликтов между ними и корпусом изделия.

Контроль соблюдения правил. Правила определяют, в частности, зазоры между дорожками, расстояния между элементами, ширину дорожек, диаметры отверстий и размеры контактных площадок. Некоторые из этих параметров отражают электрические требования (в первую очередь в силовых и высокочастотных устройствах); другие же исходят из технологичности производства. Конструктор должен знать теорию допусков и уметь применять ее на практике.

Разводка. Одна из самых серьезных задач проектирования печатных плат — это разводка дорожек, требующая от инженеров опыта и квалификации. При обучении этому процессу часто практикуется метод проб и ошибок, поэтому трудно сказать, инженеры какой специальности преуспеют в этом. Разработчики САПР электроники понимают проблему, и стараются включить в свои системы как можно больше функций, автоматизирующих процесс. Тем не менее, пользователи таких САПР должны для эффективной работы обладать должным опытом.

Рассеяние тепла. Проблемы теплоотвода знакомы всем, особенно разработчикам устройств для сложных климатических условий, силовых и высокочастотных устройств. Производители электронных и механических САПР отреагировали на это, добавив в свои системы возможности анализа. Тем не менее, сами пользователи должны иметь представление о процессах теплопередачи, и вузам следует озаботиться о преподавании инженерам соответствующих дисциплин.

Выводы

Мы постарались показать, что проектирование печатных плат — это в том числе область ответственности конструкторов электронных устройств. Исключения бывают, и для разработки плат высокой сложности привлекаются инженеры-схемотехники, однако в общем случае задача вполне доступна конструкторам, имеющим базовые навыки работы с САПР электроники.
Кроме того, становится ясно, что печатные платы — это мехатроника, и проектировать их нужно, параллельно разрабатывая электрическую и механическую составляющие. А в будущем нас ждут такие революционные технологии, как 3D-печать, проводящие пасты и встроенные компоненты. Это значит, что изменятся способы производства и требования к квалификации инженеров. И схемотехники, и конструкторы должны будут активно взаимодействовать в процессе разработки плат и компоновки изделий.

Автор: DassaultSystemes

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js