PCB: una brecha entre Universidad e Industria

June 10, 2019 Alfonso Blanco Fontao

Cuando, hace unos años, recibí la llamada del Instituto Politécnico Federal de Zúrich (ETHZ por sus siglas en alemán) para ofrecerme un puesto como experto en diseño de circuitos impresos, apenas dudé unos segundos antes de aceptar. La Universidad, una de las punteras del planeta, buscaba un perfil tal como el mío: un ingeniero electrónico con experiencia práctica adquirida en el mundo de la industria. El objetivo era doble:

  • Proveer al Departamento de Tecnologías de la Información e Ingeniería Eléctrica de  apoyo técnico a investigadores en cuestión de diseño y producción de PCBs, garantizando altos estándares de calidad. Dichas tarjetas electrónicas se emplean, fundamentalmente, como plataformas hardware para la realización de experimentos. A menudo, el mundo de la investigación expone al diseñador a requisitos muy inusuales que le obligan a mantenerse continuamente actualizado. Iré desarrollando a lo largo de esta serie de artículos algunas de estas particularidades a las que me he tenido que enfrentar.

  • Contribuir a fijar el conocimiento. Es decir, que investigadores y estudiantes aprendan a diseñar y fabricar circuitos impresos. En el artículo de hoy me concentraré en exponer el enfoque que hemos dado en la ETHZ respecto este punto.

La adquisición de conocimiento por parte del estudiante es uno de los objetivos fundamentales

¿Por qué?

La Universidad, en constante contacto con la industria, detectó un claro desfase entre las necesidades de las empresas y el contenido educativo en lo que se refiere a PCBs. Por este motivo, el Departamento decidió lanzar un seminario introductorio al mundo del PCB, que más tarde se convertiría en una asignatura más completa. Si bien la idea no era nueva (otras universidades imparten seminarios o cursos, como por ejemplo éste, de Eric Bogatin en Boulder, Colorado), las posibilidades no eran muchas.

Las razones son múltiples y todas ellas de peso: basta echar un vistazo a cualquier portal de empleo para darse cuenta de que el diseño de PCBs es, de hecho, una destreza muy requerida entre las empresas del sector electrónico. En algunas ofertas como complemento a otras responsabilidades, pero, en otras, como principal actividad. Y es que, de hecho, el diseño de PCBs constituye por sí solo una rama de la ingeniería electrónica, tal como puede ser, por ejemplo, el diseño firmware.

El mundo laboral demanda diseñadores de PCBs - Fuente

Es, por tanto, una de mis labores continuar impartiendo el curso y adaptarlo continuamente a la rápida evolución tecnológica. Al mismo tiempo, se pretende hacerlo atractivo para los alumnos. O, dicho de otra manera, rellenar el vacío detectado.

¿Cómo?

La experiencia nos demuestra que la curva de aprendizaje se acentúa fuertemente cuando el estudiante realiza un trabajo tan práctico como sea posible. En el caso que nos ocupa, el alumno diseña un proyecto que se fabrica y que, además, deberá funcionar acorde a las especificaciones. Éste es el leit motiv que guía el desarrollo de la asignatura: cubrir todas las fases del ciclo de diseño y fabricación de una tarjeta electrónica de la manera más práctica posible. Se van incluyendo también bloques teóricos sin los cuales resultaría imposible realizar un diseño de calidad.

Contenido teórico

Así pues, se desarrollan a lo largo de la asignatura los siguientes conceptos teóricos:

  • Desarrollo: de la idea al producto.

  • Análisis de especificaciones.

  • Definiciones básicas.

  • Responsabilidades del diseñador.

  • Circuito lógico frente a circuito físico.

  • Técnicas de Place & Route.

  • Test y resolución de errores.

  • Fabricación y montaje de tarjetas electrónicas: procesos industriales.

  • Diseño para EMI/EMC (interferencia y compatibilidad electromagnética) y High Speed.

  • Documentación de fabricación y montaje.

Contenido práctico

Los conceptos antes mencionados serán necesarios para las fases prácticas de la asignatura, en las que se ejercitan los siguientes aspectos:

  • Búsqueda y selección de componentes electrónicos.

  • Configuración del entorno de diseño de Altium Designer.

  • Gestión de librerías de componentes.

  • Captura y compilación de esquema eléctrico.

  • Simulación de parte del proyecto.

  • Definición de stackup.

  • Reglas de diseño.

  • Colocación de componentes sobre el PCB.

  • Ruteado.

  • Resolución de errores (Design Rule Check).

  • Generación de documentación de fabricación y ensamblado.

  • Montaje de componentes en PCB (soldadura a mano): consideramos importante que el alumno conozca las herramientas disponibles en un laboratorio de electrónica y que se sienta cómodo usándolas.

  • Puesta en marcha: el alumno deberá corregir los posibles errores de montaje o diseño, de tal manera que su tarjeta sea funcional.

El trabajo del alumno en el laboratorio es fundamental

La fase de puesta en marcha implica en ocasiones la corrección de errores. Varios de estos puntos serán también desarrollados en sucesivos artículos.

¿Con qué?

Una de las decisiones claves a nivel organizativo que había que tomar era qué herramienta de diseño CAD/CAE adoptar. Como institución académica, tenemos fácil acceso a varias, pero al final, se decidió apostar por Altium Designer por varios motivos:

  • Es muy intuitiva, lo cual facilita el aprendizaje.

  • Es muy completa: ofrece un gran rango de funciones que facilitan y aceleran todas las etapas del diseño.

  • Integra en un único entorno todas las fases de diseño.

  • Es una herramienta estándar en la industria.

  • Facilita en gran medida el mantenimiento de las librerías con su enfoque de Supply Chain Management.

  • Posee una integración de modelado en 3D muy potente.

  • El coste de la licencia es competitivo, por lo general más económico que otras herramientas de similar potencia. Además, por ser una institución universitaria, podemos beneficiarnos de descuentos muy importantes.

  • Pone a disposición del usuario un buen servicio de soporte y un extenso foro con dudas ya resueltas a otros diseñadores.

Entorno de diseño integrado de Altium Designer: todo en uno

 

En resumen

En conjunto, se plantea el aprendizaje a través de las siguientes etapas:

Fases de aprendizaje

Como resultado de este planteamiento, se ha logrado confeccionar una asignatura popular entre los estudiantes, ampliamente demandada y que muestra resultados positivos ya durante los propios estudios universitarios del alumno: en multitud de ocasiones, las tesis de semestre o de máster incluyen el diseño y fabricación de la plataforma hardware donde el estudiante realiza experimentos.

De igual modo, la industria ve con muy buenos ojos la formación práctica que reciben los estudiantes y que contribuye ampliamente a cerrar la brecha entre Universidad e Industria. Cumplimos así nuestro objetivo primordial.

El proceso puede servir igualmente a cualquier Ingeniero que quiera introducirse o profundizar en el mundo del PCB.

Más información sobre el curso, aquí.

 

About the Author

Alfonso Blanco Fontao


Alfonso Blanco es Ingeniero Electrónico especializado en diseño de hardware y de PCBs.

Tras múltiples años de experiencia en la industria de la electrónica, Alfonso ejerce actualmente como especialista de diseño de PCBs en el Instituto Politécnico Federal de Zúrich donde, además, imparte una asignatura de iniciación al mundo del circuito impreso.

Alfonso posee la certificación CID+ otorgada por IPC.

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