El Diseño Mecánico y el Modelado 3D Ayudan con el Diseño de PCB en Sistemas Integrados

 

Cuando estaba en la universidad, nosotros los ingenieros eléctricos (EE) siempre miramos a los ingenieros mecánicos (ME). Nuestro departamento tuvo una introducción a la clase de ingeniería eléctrica para los ME, a los que nos referimos como "descargas para deportistas". Es un poco triste que los empollones mecánicos fueran "deportistas" para nosotros. La rivalidad entre la ingeniería eléctrica y mecánica a menudo continúa después de la universidad y se desarrolla en el ámbito de los sistemas integrados. El mercado de sistemas integrados se está haciendo más grande y más complejo cada año. Es hora de que bajemos de nuestros altos caballos y aumentemos nuestro proceso de diseño colaborando con los ME. Además, necesitaremos aprender sus técnicas de modelado 3D para los diseños de hoy y de mañana. 

Sistemas Integrados: Un Mercado en Crecimiento

El campo de los sistemas integrados ha estado creciendo desde su concepción. Este crecimiento ahora está siendo acelerado por el advenimiento de Internet de las Cosas (IoT) y un aumento en los vehículos con sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS).

El mercado de sistemas integrados costó alrededor de $131 mil millones en 2014 y se espera que crezca a $214 mil millones para 2020. Esa es una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 6.3%, no está mal. El IoT es una gran industria para involucrarse si deseas aprovechar esta marea creciente. Los dispositivos IoT se están volviendo omnipresentes y representan un gran mercado para los sistemas integrados. Solo intenta no diseñar PCB para dispositivos IoT, como los calcetines.

La industria automotriz es otro contribuyente al crecimiento de los sistemas integrados. Los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) se están incorporando en toneladas de automóviles y se requerirán en los EE. UU. y la UE para 2020. Desafortunadamente, deberás complacer a esos ingenieros mecánicos sucios que diseñan los coches si deseas que tus PCB reciban algunas ruedas. Las aplicaciones automotrices requieren PCBs pequeños y flexibles, por lo que deberás repasar tus técnicas de diseño avanzadas antes de intentar ingresar a este mercado.

 

Debes saber de antemano si tu PCB se integrará en cubitos de hielo.

Diseño Eléctrico para Aplicaciones Mecánicas

A diferencia de los ingenieros mecánicos y eléctricos, IoT y ADAS han encontrado terreno en los sistemas integrados. Para ambas aplicaciones, las placas impresas deben diseñarse teniendo en cuenta las limitaciones mecánicas. Eso significa que tendrás que ser la persona más grande y mejorar tu proceso de diseño con algunas técnicas mecánicas. La mejora del proceso se parece a dos cosas: colaborar más con ingenieros menores y apropiarse de sus herramientas de diseño.

Actualmente, tu comunicación con los ingenieros mecánicos puede consistir en ir enfadado de un lado a otro en respuesta a correos electrónicos de órdenes de cambio de ingeniería (ECO). Si bien la lucha es parte de la vida, es hora de discutir un poco menos. Deja que los sistemas integrados sean tu pacificador. Los ingenieros mecánicos saben un poco más sobre cosas como dinámica, termodinámica y dinámica de fluidos. Aparentemente, todo lo que estudian los ingenieros mecánicos es dinámico, si sus personalidades también lo fueran... Afortunadamente, no necesitan una persona emocionante para brindarte información sobre las fuerzas, los diferenciales de temperatura y las intrusiones de líquidos que experimentará tu placa. Puedes estar seguro de que tu placa de sistema integrada tendrá estos problemas. El IoT está abarrotando tableros en pequeños dispositivos que serán transportados, caídos y expuestos a un rango de temperaturas. Un automóvil es un entorno aún más adverso con baches, calor del motor y elementos de los que preocuparse. Colaborar más con los ME al comienzo de tu proceso de diseño significará menos ECO más adelante y una placa que sea más adecuada para sus entornos mecánicos.

Sé que te he estado diciendo que aprendas muchas cosas nuevas últimamente, pero tendrás que agregar modelado 3D a esa lista. No es suficiente saber a qué tipo de factores mecánicos estará expuesta tu placa. Incluso si diseñas la placa perfecta para todos los factores externos, todavía tienes que preguntarte: "¿Cabrá en la carcasa?" ¿Cuántas veces has terminado un diseño, solo para maldecir al ME que diseñó tu caja pequeña y de forma extraña? Con cosas como tenedores IoT y automóviles repletos de electrónica, el espacio es una preocupación. Es hora de tomar el asunto en tus propias manos y ver si tu placa realmente encajará antes de hacer un prototipo costoso. El nuevo software de diseño de PCB mecánico de última generación puede ayudarte creando automáticamente un modelo 3D para ti. Esto te permite importar algunos archivos CAD de ME para el gabinete y verificar si tu placa impresa encaja, allí mismo en tu pantalla.

Las representaciones 3D actuales son geniales, pero son solo el primer paso. Los recintos cada vez más complejos requerirán capacidades 3D más avanzadas. No será suficiente poner una placa impresa plana en una caja y ver que no sobresalga nada. Es por eso que sugiero que tengas en tus manos un programa CAD 3D para principiantes y practiques cómo usarlo. Es posible que sea necesario plegar los PCB flexibles rígidos en tu gabinete. Olvídate del origami, es hora de pasar a la era de los ordenadores. Si sabes cómo usar un programa de modelado 3D, puedes animar tu PCB 3D y mostrar a los fabricantes cómo instalar tus placas. El conocimiento de modelado 3D también te ayudará si deseas probar diferentes diseños de PCB para tecnologías montadas en superficie (SMT). ¿Quieres ver cómo tu tabla encajará con disipadores de calor en diferentes lugares? Puedes modelarlos tú mismo y ver qué configuración funcionará mejor. Este tipo de cosas requerirá más que un modelo generado automáticamente. Si no aprendes a interactuar con modelos 3D, deberás contratar a un ME para que lo haga por ti. Es hora de seguir esforzándote y aprender una habilidad que sin duda necesitarás en los próximos años.

 

Desafortunadamente, el único modelo con el que interactuaremos es con el dispositivo de su mano.

Modelado 3D para un Futuro 3D

La impresión 3D ha recorrido un largo camino desde que utilizamos una impresora doméstica y papel de revista para grabar nuestros propios diseños caseros. Hay impresoras que ya pueden imprimir prototipos comprobables en 3D. El siguiente paso lógico es imprimir diseños completos. Ahora, todavía no estamos allí, y probablemente no lo estaremos por varios años; sin embargo, cuando llegue ese día, puedes despedirte del diseño 2D. Los diseñadores de PCB tendrán que dominar el modelado 3D si quieren aprovechar al máximo las futuras capacidades de diseño 3D. Si no comienzas ahora, puedes encontrar ingenieros mecánicos que se están moviendo hacia el futuro del diseño mecánico de PCB, solo porque tienen las habilidades de diseño 3D. Evitemos esa pesadilla y comencemos a aprender modelado 3D ahora.

Ya sea que te estés preparando para un futuro lleno de sistemas integrados o diseño 3D, es hora de comenzar a tomar en serio las consideraciones mecánicas para tu placa impresa. Eso significa colaborar más con los ME para asegurarse de que tu PCB pueda soportar todas las fuerzas a las que estará expuesto. Te sugiero que sigas adelante y aprendas también un programa de modelado 3D. Entonces puedes asegurarte de que tu PCB encajará en tu gabinete ridículamente pequeño. También estarás listo para aprovechar el diseño 3D completo cuando llegue. Es hora de hacerse amigos o, al menos, conocer el mundo mecánico.

Para ingresar al mundo de la mecánica, necesitas un buen software que te guíe. CircuitStudio® de Altium es perfectamente adecuado para quienes están listos para saltar a todo este diseño de sistemas integrados. Con una amplia gama de características de vanguardia, tendrás que diseñar placas impresas para ir donde ninguna placa ha ido antes.

¿Tienes más preguntas sobre cómo hablar con los ingenieros mecánicos? Pídele consejo a un experto de Altium.

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