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Voici le premier dispositif de communication IoT opérationnel réalisé avec l’imprimante 3D pour circuits imprimés

Nano Dimension Ltd., fabricant de l’imprimante 3D pour circuits imprimés DragonFly Pro et leader des systèmes d’impression 3D pour composants électroniques, a annoncé la création du premier périphérique de communication 3D entièrement opérationnel, à une vitesse jamais atteinte auparavant. Cela va permettre aux entreprises et aux instituts de recherche de créer et de tester leurs produits « intelligents » plus rapidement et plus facilement que jamais.

L’impression, l’assemblage et les tests du prototype d’émetteur-récepteur IoT ont été achevés en 18 heures environ, soit 90% plus rapidement que les dispositifs traditionnels, qui prennent généralement au moins 14 jours. L’impression 3D a été réalisée avec l’imprimante 3D DragonFly Pro de Nano Dimension.

L’appareil IoT, de la taille d’une pièce de monnaie (16 x 33 x 1,6 mm), est actuellement en phase de qualification. Les experts de Nano Dimension estiment qu’il peut être développé au sein d’un dispositif de communication bidirectionnel, tel qu’un routeur.

L’émetteur-récepteur imprimé en 3D avec le système DragonFly Pro de Nano Dimension.

Un domaine d’application typique pourrait être le développement de routeurs pour gérer les communications bidirectionnelles dans les appareils domestiques intelligents, tels que les machines à laver, les réfrigérateurs, les téléviseurs, les systèmes de climatisation et même certains jouets. De plus, les sociétés qui produisent des véhicules autonomes pourraient utiliser le dispositif pour gérer leurs centaines de capteurs. Plus les produits deviennent intelligents plus les capacités de ce type d’appareils, en apparences simples augmentent.

Amit Dror, PDG de Nano Dimension, a déclaré :  » Les industries et les consommateurs mettent de plus en plus l’accent sur les villes intelligentes, les bâtiments intelligents, les maisons intelligentes et les produits intelligents. Notre solution permet aux entreprises de tester et de finaliser rapidement leurs prototypes en une seule journée, sans compromettre la qualité ni les performances. Ils ne doivent plus attendre des semaines pour savoir si leur appareil intelligent fonctionne ou non. Cela augmente en fin de compte l’efficacité du produit et réduit les coûts et les délais de mise sur le marché, ce qui signifie que le consommateur peut profiter des avantages de ces produits plus rapidement que jamais. »

Tout cela est possible aujourd’hui grâce à l’imprimante 3D DragonFly Pro, le seul système d’impression 3D pour les appareils électroniques de ce type. La DragonFly Pro est capable de miniaturiser les dispositifs électroniques, les cartes et les circuits imprimés, ce qui les rend plus efficaces à la fois en termes de capacité et de performances. Outre l’émetteur-récepteur, l’imprimante 3D DragonFly Pro s’est jusqu’à présent révélée capable de produire d’autres applications très intéressantes, telles que :

  • Le capteur de mesure basé sur des PCB multicouches, pour la création de capteurs utilisés dans presque tous les appareils, du capteur de doigt dans un smartphone classique aux capteurs de température et de mouvement dans les dispositifs de surveillance ;
  • L’application de l’amplificateur RF, qui peut amplifier massivement les signaux pour les dispositifs de communication portables et les véhicules aériens sans pilote, tels que les drones et les satellites.
circuiti elettronici stampati in 3D

Nano Dimension est en mesure de réduire de 90% le temps de développement des appareils IoT grâce à ses imprimantes 3D.

L’imprimante 3D DragonFly Pro est maintenant prête à révolutionner le secteur de l’électronique, ce qui ce qui entraîne des implications importantes et positives en termes de conception grâce à la possibilité non seulement de réduire considérablement le temps, mais également d’imaginer des applications totalement nouvelles.

Grâce à ses technologies d’impression 3D exclusives, Nano Dimension répond à la demande croissante d’appareils électroniques nécessitant des fonctionnalités de plus en plus sophistiquées. Les domaines d’application couvrent un large éventail de secteurs, notamment l’électronique grand public, les appareils médicaux, la défense, l’aérospatiale, l’automobile, l’IoT et les télécommunications. Ces secteurs peuvent grandement bénéficier des produits et services de Nano Dimension pour le prototypage rapide et la production à court terme.

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brochure dragonfly 2020 proL’imprimante 3D pour circuits imprimés DragonFly 2020 Pro est une solution unique pour l’impression 3D de PCB. Basculez rapidement de la vérification du concept et de la validation du projet aux tests des circuits.

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Exemples de collaboration multidisciplinaire dans la conception de circuits imprimés

Les produits électroniques sont conçus en utilisant un système de développement, souvent très complexe car hétérogène, au sein duquel travaille une multitude de disciplines différentes insérées dans des équipes de travail spécialisées. Pour que le produit soit compétitif, à la fois en termes de réalisation et de coût, ce système doit être optimisé afin que la collaboration entre les différentes disciplines soit maximale et aboutisse aux meilleurs résultats. Il est donc essentiel que les différents domaines – mécanique, électronique et électrique – travaillent ensemble efficacement.

Cela nécessite de dépasser l’approche traditionnelle, basée sur la division entre des groupes travaillant généralement de manière autonome et ne se réunissant qu’à la fin du processus pour valider le système global. C’est un problème culturel, mais pas uniquement. En effet, ceux qui ont essayé de collaborer ont souvent dû faire face à l’incompatibilité des outils, à l’absence de plateformes de révision communes et à des contraintes dues à des systèmes incompatibles entre eux.

Le prix d’une collaboration inefficace

Les organisations traditionnelles créent généralement des « silos » distincts pour chaque spécialisation de la conception, où la collaboration est basée sur des processus manuels lents. Ceux-ci incluent des systèmes tels que des tests sur papier, l’utilisation du téléphone, des emails, etc, sans qu’il ne soit possible de maintenir un flux numérique continu entre les différentes disciplines. Mettre un produit complexe sur le marché plus rapidement nécessite une intégration plus complète du matériel électronique, des logiciels, du câblage et de l’infrastructure mécanique. Ces échanges multi-domaines plus rapides sont nécessaires afin d’optimiser et de différencier le produit final.

De plus, l’augmentation du nombre d’équipes réparties géographiquement fait davantage ressortir les lacunes des processus de collaboration existants.

La séparation entre différentes disciplines dans la conception de circuits imprimés

Il est clair que ce type d’organisation engendre un niveau d’intégration insuffisant, dans lequel les outils de collaboration sont constitués de normes inappropriées au contexte, tels que Powerpoint, Excel et Visio, ou de certaines automatisations personnalisées. Dans les domaines les plus particuliers de la conception des PCB des formes de collaboration spécifiques se sont développées, mais elles restent insuffisantes pour une collaboration entre différentes disciplines.

Selon une étude réalisée par Aberdeen, 53% des entreprises ayant des performances moyennes ont besoin de ressources supplémentaires pour atteindre leurs objectifs lors du lancement de nouveaux produits sur le marché. Dans environ un tiers de ces entreprises (32%), les managers estiment que le manque de collaboration est l’une des principales causes de l’échec des objectifs.

Une collaboration « optimisée » nécessite une transformation qui, à travers un flux numérique continu, affecte toutes les disciplines et tous les processus, depuis la définition des exigences du produit jusqu’à la production. Cette transformation réduit le besoin d’interventions manuelles, favorise la collaboration et améliore la transparence entre les différentes disciplines. De plus, cette approche supprime les barrières entre les équipes et les disciplines pour permettre une conception simultanée, dans laquelle l’électronique est intégrée au flux de travail global de développement du produit. Cela permet aux entreprises d’arriver sur le marché plus rapidement et avec de meilleurs produits.

Dans les exemples suivants, nous verrons comment la continuité du flux numérique permet à différents spécialistes de collaborer déjà au sein de leurs propres applications.

Collaboration ECAD/MCAD

La collaboration entre la CAO électronique et la CAO mécanique est parmi les plus importantes. Elle est rendue fluide et immédiate lorsque les deux types d’outils sont intégrés, comme Xpedition avec NX ou PADS avec Solid Edge par exemple. L’intégration permet d’optimiser le produit en fonction de la forme, sur la base de la qualité et de la performance. Les équipes peuvent travailler sur différents scénarios de conception avant d’arriver à la version finale. Lorsque les concepteurs électroniques peuvent utiliser le modèle 3D, toutes les interférences sont contrôlées directement, sans étape supplémentaire.

Dans cette courte vidéo, nous pouvons voir un exemple d’intégration entre Xpedition et NX :

Collaboration électronique/câblage

Un autre exemple est la collaboration entre l’électronique et le câblage électrique associé. Un câblage électrique peut relier plusieurs circuits imprimés dans un même boîtier ou encore le câblage peut être plus complexe et relier plusieurs systèmes entiers les uns avec les autres dans des secteurs tels que l’aérospatiale, l’armée, l’automobile ou le secteur industriel par exemple.

Les solutions Siemens permettent aux concepteurs de systèmes de définir des modèles fonctionnels à partir de prérequis, de les diviser en architectures EE (Electrique/Electronique) optimisées et donc de co-concevoir chaque domaine dans des environnements intégrés. Il est également possible de gérer et d’optimiser des systèmes matériels complexes avec plusieurs cartes et connexions via des connecteurs et des câbles, ainsi que des systèmes matériels distribués connectés au câblage.

Dans le cas de systèmes multi-cartes, il est nécessaire de concevoir le câblage entre les cartes et vers les éléments électromécaniques externes, tels que les capteurs et les actionneurs. Le câblage a la caractéristique d’être bidirectionnel et intégré à la CAO mécanique. Son rôle est fondamental afin d’assurer une définition précise et fiable des chemins des signaux et afin d’optimiser le poids et la taille des appareils.

Dans cette vidéo, nous pouvons voir un exemple de conception de câblage dans Xpedition :

Autres domaines de collaboration

D’autres formes de collaboration multidisciplinaire peuvent inclure les cas suivants :

Co-conception PCB / FPGA

L’optimisation I/O de FPGA multiples est possible dans le contexte du PCB, dans un environnement “correct-by-construction” qui tire parti des règles du fabricant de FPGA.

Optimisation du package PCB / IC

Il est possible d’optimiser l’I/O des circuits imprimés dans un processus efficace et prévisible et d’obtenir un flux flexible et multidirectionnel pour l’optimisation de die, de boîtiers ou de circuits imprimés.

Design to manufacturing

Il est possible d’obtenir un processus simplifié de lancement de nouveaux produits (NPI), facilité par une validation DFM simultanée et un modèle de produit complet pour une intégration directe dans les processus de production.

Téléchargez un ebook sur les meilleures pratiques basées sur la vision de Siemens :

Les Meilleures pratiques pour les responsables de la conception des circuits imprimés

Toutes les données, en français, issues du rapport du groupe Aberdeen sur les caractéristiques des groupes de projets qui obtiennent les meilleurs résultats en termes de respect des délais, de budget et de succès sur le marché.

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CadlogExemples de collaboration multidisciplinaire dans la conception de circuits imprimés

PCB Design, qu’est-ce que le Design Rule Checking (DRC), avec un cas pratique d’application

Le Design Rule Checking (DRC) est une méthode qui permet une vérification du respect des règles de conception. Ces règles sont des contraintes intrinsèques imposées à une étude mais aussi des règles extérieures de bonnes pratiques pour garantir que la conception fonctionnera correctement et pourra être produite en toute sécurité.  “Signoff” est un terme qui signifie que l’ensemble des règles à été respecté dans une conception.

Lorsque l’on parle de Design Rule Checking, l’enjeu est la possibilité d’éviter les itérations du projet comme par exemple de devoir refaire un prototype car des problèmes sont survenus lors de la première tentative. Ces étapes peuvent coûter très cher, parfois des dizaines de milliers d’euros. Pour beaucoup de concepteurs ce genre de contrôles n’est pas une habitude, surtout dans les entreprises de taille plus réduite qui risquent ainsi d’être mises hors-jeu dans un marché toujours plus concurrentiel.

La solution PADS Professional répond parfaitement à ce type d’exigence car elle inclut le module HyperLynx DRC. HyperLynx DRC est un logiciel rendant possible ce qui semblait avant impossible : identifier systématiquement et automatiquement les erreurs qu’une inspection visuelle ne pourrait jamais voir.

Avec HyperLynx DRC, PADS Professional aide le concepteur à s’assurer que la conception respecte les contraintes appropriées pour une multitude de règles de conception électriques différentes : intégrité du signal analogique (SI), intégrité des alimentations (PI) et interférences électromagnétiques (EMI).  Plus de 70 règles paramétrables sont présentes pour permettre au concepteur d’identifier et de corriger les violations rencontrées en lieu et place d’une inspection visuelle propice aux oublis et erreurs.

Un cas d’application du DRC

Dans ce chapitre nous verrons un cas d’application réel de l’utilisation d’HyperLynx DRC au sein de PADS Professional. Cet exemple concerne la BeagleBone Black, un ordinateur  monocarte open source à faible consommation produit par Texas Instruments, très apprécié des développeurs et des passionnés d’informatique. La carte est constituée du processeur TI Sitara, de 512 Mb de RAM DDR3 et de 2 GB de mémoire flash ainsi que d’un certain nombre d’interfaces physiques et d’autres fonctionnalités.

Beaglebone Black

La Beaglebone Black

Vérification des règles de base avec HyperLynx DRC dans PADS Professional

Une fois que le projet est chargé dans HyperLynx DRC, une fenêtre de contrôle des analyses montre les règles qui sont divisées en catégories. Pour déterminer lesquelles sont importantes, le concepteur crée une liste d’objets personnalisés pour inclure les signaux liés aux GPIO. Le GPIO (General Purpose Input/Output) est une interface avec des dispositifs et des préférences externes, tant d’input que d’output. Avec l’augmentation de la complexité et de la densité des PCB actuels, rechercher et trouver tous les signaux qui traversent un plan séparé (split plane) est un processus manuel exténuant. Les outils de simulation standards ne contrôlent généralement pas ces situations.

Le problème avec la plupart des outils est que lorsqu’un signal haute vitesse traverse un split plane il peut créer une discontinuité d’impédance sur la piste du signal, ce qui peut entraîner des réflexions, des radiations et des diaphonies indésirables. Quand le concepteur met en oeuvre la règle ‘Nets Crossing Gaps’ dans HyperLynx DRC, il est capable d’identifier facilement quand et où apparaissent ces discontinuités.

La règle Nets Crossing Gaps permet de vérifier que les traces d’un signal dispose d’un plan de référence. Les signaux nécessitent un plan de référence adjacent pour permettre des trajets de courant de  retour continus, réduisant ainsi le risque de rayonnement common-mode.

Il y a généralement des dizaines d’erreurs ce ce type sur les signaux. Pour aider le concepteur à trier, affiner et sélectionner les erreurs, celui-ci dispose d’une synthèse sous la forme d’un tableau de résultats.  La sélection d’une erreur dans ce tableau permet directement la visualisation géographique de celle-ci dans le PCB. Ensuite, il peut décider si l’erreur doit être corrigée ou pas et apporter des modifications si nécessaires.  Cette action peut être menée aussi depuis la fenêtre “Contrôle d’Analyse” de l’outil de layout. En cas de modification, rejouer la vérification permettra de s’assurer de la bonne résolution du problème.

Le concepteur peut de plus exécuter une règle séparée ‘IC-over splits’, qui vérifiera si les composants (type circuit intégré (IC))  ont un plan de référence adéquat en dessous d’eux. Si un IC n’a pas de plan de référence intégré dans son boitier et qu’il ne dispose pas d’un plan de référence au niveau du PCB, alors cela pourrait entraîner un rayonnement en mode commun. Si des cas de CI sans plan de référence sont identifiés, le concepteur peut alors cliquer sur une erreur spécifique et l’outil montrera l’emplacement exacte de l’erreur.

IC over split DRC

L’application de la règle ICs over split

Le DRC des paires différentielles avec HyperLynx

La carte BeagleBone Black a plusieurs paires différentielles à 90 ohms.  Pour les gérer, le concepteur peut utiliser le gestionnaire de contraintes (Constraint Manager)  pour créer un groupe (appelé classe) qui inclura toutes ces paires différentielles. Une fois nommée, les données de cette classe sont automatiquement chargées depuis la définition de classe de contraintes de classes dans PADS Professional. Pour en revenir aux règles concernées, le concepteur peut contrôler l’impédance de ces paires différentielles de 90 ohms.  S’il existe des difficultés pour l’intégrité du signal associées à des inadéquations d’impédance différentielle, le concepteur peut trouver une autre règle d’impédance différente dans la catégorie SI. Cette règle vérifiera si l’impédance reste cohérente pour tous les segments de la piste pour un signal donné.

Une fois les propriétés de la règle configurées correctement, le concepteur peut voir si des erreurs existent. Si des erreurs d’impédance se produisent, cela peut être dû au fait que la règle ait été exécutée à l’aide des paramètres standards prédéfinis. Par exemple, la valeur par défaut d’impédance dans la règle pourrait être de 100 ohms, mais la valeur des paires différentielles dans la carte est de 90 ohms. Le concepteur peut rapidement modifier le paramètre par défaut de HyperLynx DRC, puis exécuter à nouveau la règle. Une fois la règle vérifiée, le concepteur peut passer à une étape suivante.

Positionnement des capacités de découplage

L’un des nombreux défis auxquels sont confrontés les concepteurs consiste à suivre les paramètres de chaque composant. Dans la datasheet du processeur TI utilisé sur la BeagleBone Black, le concepteur devra entre autre, se concentrer sur la section décrivant les exigences des capacités de découplage du processeur. Si les capacités de découplage ne sont pas correctement positionnées, le risque de dysfonctionnement de l’interface DDR3 est élevé. La datasheet indique que la distance maximale autorisée pour les condensateurs de dérivation sur le net VDDS_DDR est de 10mm (400 mils).

Avec ces informations, il est essentiel de revenir sur l’outil DRC et de trouver la règle de positionnement des condensateurs de découplage. Cette règle permet de déterminer s’ils sont placés correctement en accord avec les paramètres appropriés autour de l’IC. S’il existe des erreurs d’emplacement, le concepteur peut sélectionner chacun des composants incriminés. PADS Professional aide le concepteur à détecter l’emplacement de l’erreur par rapport au rayon de placement spécifié.

Analyse de la transition de signal d’une couche à l’autre

La règle « vertical reference plane change » examine les signaux passant d’une couche à une autre. Bien que le changement de plan soit une pratique courante en matière de conception, pour s’adapter à la densité actuelle de la topologie du circuit imprimé, il convient de veiller à réduire le risque de radiation en mode commun. Souvent, les condensateurs ou les “stiching via” sont placés pour permettre un chemin de retour du courant continu. Cette règle détermine si ces conditions sont remplies. Le concepteur exécute la règle dans la liste des objets GPIO définis précédemment afin de spécifier les contraintes pour les changements de plan. En cas d’erreurs, des recherches ultérieures pourraient montrer qu’elles se produisent sur différentes broches  du principal processeur de la carte. La nécessité de remédier à ces erreurs dépendrait du type d’utilisation du processeur et du rôle de ces broches.

Spécifications temporelles pour les signaux à hautes vitesses

La règle suivante exécutée par le concepteur est « delay and links matching ». Les spécifications temporelles des signaux à hautes vitesses timing est extrêmement importante pour un bon fonctionnement, en particulier dans les structures DDR. Si les signaux DDR n’atteignent pas leur destination avec des contraintes de timing adéquates, la mémoire ne fonctionnera pas correctement. Les problèmes de timing se produisent pour une multitude de raisons incluant : le temps de propagation de la ligne de transmission dû au stackup du circuit, les propriétés diélectriques et le routage des signaux. Les problèmes de retard étant souvent dus aux propriétés physiques uniques d’un circuit imprimé, il s’agit d’un paramètre important que le concepteur doit prendre en compte. Les réseaux DDR étant souvent sujets à des problèmes temporels, le concepteur crée une autre liste d’objets contenant les signaux DDR.

Pour cette vérification, le concepteur vérifie la cohérence des délais, la cohérence des longueurs de routage ou les deux. Une des fonctionnalités puissantes de HyperLynx DRC est le calcul automatique des valeurs nécessaires à partir des informations du stackup. En cas d’erreur, PADS Professional montrera en rouge le signal en défaut et en vert le signal de référence.

Intégrité du signal et des alimentations.

HyperLynx DRC a des règles avancées qui aident à identifier les problèmes d’intégrité du signal (SI) et d’alimentation (PI). Dans un projet DDR qui utilise la topologie “fly-by”, la longueur des ‘stub’ est importante pour un fonctionnement correct.

  • La règle ‘Fly-by Topology’ vérifie que les signaux utilisant ce type de routage ont été routés avec les contraintes appropriées. Un aspect à prendre en compte est la diaphonie, car elle peut entraîner de graves erreurs de synchronisation et de fonctionnement. Il est très difficile de la diagnostiquer manuellement sur un circuit imprimé. La règle de topologie fly-by aide le concepteur à identifier la diaphonie indésirable sur les signaux sensibles.
  • La règle ‘Signal Supply’ vérifie les discontinuités entre les plans d’alimentation d’un circuit  intégré et le plan de référence des signaux qui lui sont connectés. Ces types d’erreur peuvent entraîner des rayonnements potentiellement puissants et provoquer des défaillances EMI (interférences électromagnétiques).
  • La règle ‘Power Ground Width’ ​​contrôle la présence de tracés étroits sur les réseaux de masse. Si les pistes d’alimentation et de masse ne sont pas assez larges, le courant résultant peut être insuffisant. Cela peut entraîner une série de problèmes, notamment une alimentation insuffisante des composants et une élévation de température.
  • La règle ‘Filter Placement’ vérifie la présence de filtres à proximité immédiate des broches des connecteurs. Les filtres sont nécessaires pour supprimer les bruits pouvant être présents sur un connecteur afin de protéger les signaux sensibles et d’empêcher les radiations. L’absence ou le mauvais placement des filtres sur les connecteurs peut causer de sérieux problèmes d’EMI.
  • La règle « Return Path » garantit que les signaux testés ont un trajet de retour d’impédance suffisamment faible. Le respect de ce type de règle est important, notamment à cause de l’augmentation des exigences de conception des circuits à grande vitesse et la réduction de la taille du circuit imprimé. Si le courant de retour sur une piste ne passe pas correctement sous le conducteur il pourrait emprunter un chemin imprévu à travers d’autres zones du circuit, ce qui pourrait causer des problèmes d’interférences électromagnétiques.

Dans PADS Professional, le concepteur peut afficher toutes les règles exécutées dans la fenêtre Analysis Control. Les erreurs spécifiques sont décrites plus en détail dans la fenêtre Hazards. Si le concepteur décide d’ignorer une violation, il peut l’accepter en cochant la case correspondante. Il est également possible d’écrire des commentaires sur les risques acceptés afin de suivre facilement les décisions de conception. Le concepteur peut ensuite créer un rapport de toutes les erreurs dans un fichier texte en cliquant sur l’icône « Signaler tous les dangers ».

HyperLynx DRC in PADS Professional

La fenêtre Analysis Control de HyperLynx DRC dans PADS Professional

Succès du premier coup avec HyperLynx DRC

En conclusion, avec PADS Professional et HyperLynx DRC, le concepteur peut être assuré que son projet fonctionnera dès le premier essai en identifiant les erreurs qui seraient difficiles à diagnostiquer en temps normal. Grâce à ces outils, vous évitez de perdre du temps et de l’argent sur des pannes de carte coûteuses et des itérations. Garantir que le circuit imprimé réponde à toutes les attentes en matière de règles électriques avancées est la condition à remplir pour le succès de la première étape de la conception.

Réduire les temps de conception avec le Design Rule Checking (DRC)

Regardez le webinaire à la demande gratuitement

webinar sul Design Rule Checking (DRC)

Dans la conception de circuits imprimés, il est courant que des défauts de conception, souvent difficiles à détecter, dégradent la performance globale du projet et provoquent des défaillances. Mais grâce au Design Rule Checking (DRC), il est possible de vérifier l’intégrité d’un circuit imprimé, à la fois d’un point de vue logique et physique.

Dans ce webinaire Olivier Arnaud parle des fonctionnalités de HyperLynx DRC pour PADS Professional, un système de contrôle personnalisable basé sur des règles électriques pour le PCB layout et l’IC Design.

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Mettre en place le Digital Manufacturing dans la production électronique avec Siemens Opcenter Execution Electronics

L’industrie 4.0 et le Digital Manufacturing peuvent aujourd’hui être entièrement mis en place dans l’industrie électronique, suite à la convergence de Mentor au sein de Siemens. Les usines d’assemblage de circuit imprimé les plus avancées bénéficient déjà depuis un certain temps des avantages de la digitalisation et du smart manufacturing grâce à Valor MSS, la suite de Mentor dédiée au monde du PCB. Avec Siemens, le champ d’action s’est encore élargi, permettant ainsi une digitalisation complète, même aux entreprises qui produisent des appareils électroniques complexes.

Siemens Opcenter Execution Electronics est la solution complète pour ce genre de production comprenant différentes phases et lignes de production dédiées non seulement à l’assemblage du circuit imprimé mais également à la réalisation des pièces mécaniques, des boîtiers et du câblage.

Une solution MES pour relever les nouveaux défis de l’industrie électronique

À l’heure actuelle, les entreprises du secteur de l’électronique doivent relever des défis cruciaux pour rester compétitives. Une grande variété de produits de qualité doit être rapidement mise sur le marché. De plus, le passage de la production de masse à la personnalisation de masse est maintenant une réalité, obligeant les fabricants à satisfaire les besoins de leurs clients tout en améliorant leurs performances.

Le recours à la digitalisation pour les technologies liées à la production permet aux fabricants de circuits imprimés et de boîtiers de relever ces défis. En effet, ces technologies peuvent modifier et reconfigurer les processus de production et le processus de qualité à la vitesse requise, tout en satisfaisant la demande croissante des clients, les exigences de qualité strictes et les contraintes de rentabilité. Il est possible de réaliser à la fois une introduction de nouveau produit plus rapide, d’améliorer la compétitivité et de se défendre sur un marché en évolution rapide et axé sur le consommateur.

Siemens Opcenter Execution Electronics est la référence pour de nombreux fabricants de produits électroniques innovants qui souhaitent adopter des stratégies de production intelligentes dans le contexte de ce qu’on appelle l’industrie 4.0. Siemens Opcenter Execution Electronics crée une digitalisation sans interruption, allant de la conception et de l’ingénierie aux opérations de production. Elle prend également en charge l’ensemble du cycle de vie du produit, de la gestion du flux de production – où elle fournit un support à l’opérateur, des instructions de travail électroniques avancées (EWI) et des outils de contrôle qualité – jusqu’à la traçabilité des opérations et des composants.

Siemens Opcenter Execution Electronics est une solution MES (Manufacturing Execution System) digitale facile d’utilisation, offrant des performances et une configurabilité exceptionnelles pour les opérations de PCB et l’assemblage de systèmes. Elle permet également une intégration avancée avec la planification des ressources de l’entreprise (ERP), la gestion du cycle de vie du produit (PLM), la gestion des opérations de production (MOM) et les technologies d’automatisation.

Avec la fabrication digitale, la première fois peut être la bonne

Grâce à une intégration parfaite avec les solutions PLM telles que l’outil Valor Process Preparation, Siemens Opcenter Execution Electronics accélère le lancement de nouveaux produits (NPI) et les activités de gestion, tout en garantissant des processus de production conçus avec des opérations entièrement digitales. Tout potentiel problème de conception ou d’ingénierie identifié au sein de l’usine est efficacement géré par un retour en circuit fermé vers le système PLM. Avec Siemens Opcenter Execution Electronics, les fabricants de circuits imprimés et d’assemblage mettent en œuvre des processus NPI simplifiés et des opérations flexibles pour prendre en charge les modifications et les améliorations initiales des produits. Ceci est possible grâce à des fonctionnalités telles que :

  • L’importation intelligente de données NPI à partir de Valor Process Preparation et de la gestion de flux de travaux out-of-the-box (OOTB) ;
  • La gestion des numéros de série des circuits imprimés et des panneaux ;
  • L’intégration avec des étiqueteuses et des imprimantes d’étiquettes ;
  • Ordonnancement de la production

Gérer la complexité de la production et améliorer l’efficacité

Siemens Opcenter Execution Electronics combine en standard les meilleures fonctionnalités de production de circuits imprimés et de boîtiers dans une solution unique. Les fonctionnalités de Siemens Opcenter Execution Electronics sont standardisées, performantes et intuitives. Cela permet d’utiliser les composants, les équipements, les processus et la main d’œuvre tels que définis par le service d’ingénierie, garantissent une traçabilité complète et un accès simplifié aux données « as-built ». Les fabricants de produits électroniques peuvent tirer parti d’une meilleure gestion de la complexité de la production, tout en augmentant les niveaux d’efficacité et en réduisant les coûts de formation et de maintenance. Les caractéristiques comprennent :

  • La documentation de l’atelier et des Electronic Work Instruction (EWI) ;
  • Le Statistical Process Control (SPC) et les tests de qualité pass/fail ;
  • L’inspection optique automatique (AOI) avec enregistrement des défauts graphiques ;
  • L’action de réparation guidée et l’assistance à la réparation ;
  • La numérisation intelligente et la reconnaissance automatique ;
  • La collecte efficace des données dans l’usine et le contrôle au niveau de l’automatisation ;
  • L’enregistrement généalogique et la traçabilité complète de la production ;
  • Les rapports opérationnels et personnalisés en standard : work-in-process (WIP), défauts et qualité de la production, traçabilité des composants et généalogie des numéros de série.

Optimiser la capacité de production avec une planification intelligente

Le logiciel Camstar Scheduling offre une solution d’Advanced Planning and Scheduling (APS) OOTB qui intègre Siemens Opcenter Execution Electronics avec Preactor APS et Valor Production Plan. Avec Camstar Scheduling, les fabricants de circuits imprimés et de boîtiers génèrent des programmes de production et des plans optimisés et détaillés, afin d’équilibrer efficacement la demande et la capacité de la technologie CMS dans la production de pièces mécaniques et dans l’assemblage. Cette intégration continue permet aux fabricants de produits électroniques de mettre en œuvre des systèmes efficaces, réactifs et flexibles pour répondre aux contraintes de la demande :

  • Affichage de la charge de travail, de la capacité de production actuelle et des problèmes potentiels ;
  • Analyses et scénarios “what-if” pour comprendre l’impact des variations de production et des événements imprévus ;
  • Génération de plans détaillés ou d’un groupe de plans différents ;
  • Répartition des tâches entre les différentes lignes de production.

Obtenir un flux de matériau cohérent et flexible

La gestion des matériaux dans l’usine s’effectue à différents endroits et à différents niveaux, ce qui nécessite différents types de support pour assurer un suivi efficace des niveaux de stocks. Siemens Opcenter Execution Electronics, intégrée à Valor Material Management, répond à ce besoin en proposant une technologie de juste à temps (JIT) permettant de fournir un flux de composant constant vers les chaînes de production en fonction de la demande. La suite offre aux fabricants de produits électroniques une solution flexible pour répondre à tous les besoins de production, les aidant à réduire considérablement leurs stocks, à assurer un flux de production régulier et à éliminer les goulots d’étranglement et les retards inattendus, grâce à des fonctionnalités telles que :

  • L’intégration étroite de la machine et la gestion des stocks précise pour éliminer les stocks tampons et les estimations ;
  • Des informations précises et à jour sur le nombre de composants utilisés, gaspillés et restants sur chaque ligne ;
  • La technologie du “Juste à Temps” (JIT) avancée pour anticiper le passage des commandes, les changements à venir et les contraintes opérationnelles.

Établir une connectivité directe avec l’atelier

Intégré à Siemens Opcenter Execution Electronics, Valor IoT Manufacturing permet une analyse détaillée de la production car il donne accès aux données de toutes les machines et processus de l’atelier. Utilisant une seule spécification normalisée, le langage OML (Open Manufacturing Language), cet équipement complémentaire offre une connectivité unifiée à toutes les machines de la chaîne de production, ainsi qu’à toutes les donnèes brutes issues d’autres types d’assemblage et processus. Ces données sont transformées en de précieux indicateurs clés de performance (KPI), pour une prise de décision et une intelligence productive efficaces :

  • Interfaces plug-and-play pour machines CMS, tests et inspections ;
  • Contrôle et verrouillage des processus online ;
  • Normalisation des données en OML ;
  • Tableaux de bord standards basés sur les performances : un flux de données complet de l’automatisation au MOM.

Maintenir le contrôle de la production avec l’intelligence des données

Connecter Valor Manufacturing Analytics avec Siemens Opcenter Execution Electronics, offre aux managers, aux responsables de ligne et aux ingénieurs une visibilité en ligne , l’identification des problèmes et des tendances de production, ainsi que d’autres informations cruciales afin de fournir des produits de qualité en temps voulu, de réduire les déchets et d’améliorer l’utilisation des ressources :

  • Analyses et rapports entièrement configurables pour l’électronique ;
  • Rapport sur l’utilisation, la qualité, la traçabilité et les matériaux prêts à l’emploi ;
  • Efficacité globale de l’équipement (OEE), contrôle statistique du processus (SPC), tendances et alarmes ;
  • Analyses et rapports de corrélations avancés ;
  • Visibilité online sur plusieurs sites.

Téléchargez dès maintenant le nouveau livre blanc de Siemens sur le Digital Manufacturing dans la production électronique :

Closed-loop manufacturing

copertina ebook closed loop manufacturingLe livre blanc de Siemens  » Closed-loop manufacturing » explique en détail les défis auxquels les fabricants devront faire face dans leur processus de digitalisation et ce qu’ils peuvent faire pour exploiter les promesses liées à la nouvelle ère industrielle. Le document explique comment créer une infrastructure technologique capable d’exploiter le potentiel d’énormes quantités de données et de les convertir afin d’obtenir une efficacité et une qualité accrues.

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5G, ce qui change pour l’industrie électronique

La 5G est la prochaine révolution technologique qui devrait entraîner de grands changements dans les services numérique, avec des répercussions importantes pour les différents opérateurs du secteur et pour les consommateurs finaux. Mais qu’impliquera l’adoption progressive de la 5G dans le domaine de la conception et de la production électronique ?

Un point de départ intéressant afin d’explorer ces nouvelles perspectives est le rapport de Scott Stonham, fondateur d’innovationscouts.tech, lors de la dernière édition du Mobile World Congress à Barcelone (#MWC19), dont le thème était la connectivité intelligente.

La 5G dans l’automobile

L’automobile est l’un des secteurs les plus prometteurs. « Par rapport à l’an dernier », déclare Scott Stonham, « l’accent est moins mis sur les véhicules autonomes mais l’est davantage sur les véhicules connectés. Le concept vidéo de BMW l’a parfaitement démontré, avec le conducteur utilisant des gestes à l’intérieur de l’habitacle pour indiquer un restaurant, obtenir des informations sur le menu et réserver une table, tout simplement en pointant et en parlant. » L’automobile est l’un des secteurs dans lesquels les opérateurs de télécommunication ont les attentes les plus élevées. Vodafone a déclaré à cette occasion que les voitures connectées constituaient, selon eux, le secteur connaissant la croissance la plus rapide en termes de nombre de connexions.

Toutefois, en ce qui concerne la communication V2x, c’est-à-dire la communication entre véhicules et entités externes, la technologie la plus efficace reste la norme IEEE 802.11p. Le livre blanc de Siemens que vous pouvez télécharger à la fin de cet article l’explique plus en détails.

La 5G dans la médecine

La médecine est le domaine dans lequel la 5G peut trouver son application la plus complète, car elle peut tirer parti de toutes les fonctionnalités propres à cette technologie. Depuis l’apparition du concept de 5G il a été supposé que les trois scénarios principaux d’utilisation de cette nouvelle technologie seraient :

  1. Une vitesse plus élevée ;
  2. La capacité à prendre en charge un nombre beaucoup plus élevé de connexions par cellule ;
  3. Une amélioration significative de la fiabilité et de la latence.

Le problème était de les appliquer à des cas d’utilisation concrets. Au MWC de Barcelone, il a été présenté comment la chirurgie robotique à distance pourrait être l’un de ces cas d’application, celle-ci nécessitant des vitesses très élevées, une fiabilité garantie et une latence  extrêmement faible. Pendant l’événement, il y avait la possibilité d’assister à la première intervention dans le monde de chirurgie contrôlée en direct. C’était une intervention de sigmoïdectomie laparoscopique, c’est-à-dire l’ablation du sigmoïde, la partie terminale du gros intestin. Pour les plus curieux, voici la partie de la conférence concernant cette intervention.

Outre la chirurgie à distance, il existe de nombreuses autres applications potentielles dans le domaine médical, depuis les applications pour le de don de sang jusqu’à l’envoi de véhicules d’urgence, en passant par le support aérien en cas d’accident ou de sauvetage. D’autres domaines devraient  naître de la combinaison de l’intelligence artificielle, la 5G et l’IoT, ce qui permettrait de mieux comprendre la quantité croissante de données provenant des dispositifs portables.

La 5G dans le gaming

À l’extrême opposé de l’intérêt pratique, nous trouvons le gaming, l’autre domaine dans lequel les attentes sont énormes car le jeu en ligne nécessite une grande rapidité et une faible latence. Cela pourrait être le secteur de consommation dans lequel la 5G peut le mieux jouer le rôle de moteur économique.  Le chiffre d’affaires, déjà très conséquent, pourrait trouver un nouveau terrain fertile dans le développement du Cloud Gaming, le jeu joué directement sur le net entre joueurs à distance. Vous pouvez voir une explication du fonctionnement de Cloud Gaming dans cette vidéo montrant un schéma proposé par Ubisoft. Ce schéma explique comment, grâce à la bande passante du réseau, le lecteur peut exploiter la puissance de calcul des serveurs distants.

Les 5 générations de la téléphonie mobile

Le nom 5G désigne la cinquième génération à partir des premiers modèles de téléphones analogiques de la fin des années 1970.

Géneration1G2G2.5G303.504GSG
Débuts1970-19801990-20002001-20042004-20052006-20102011-Aujourd’huiProchainement (2020)
Largeur de bande2 Kbps64 Kbps144 Kbps2 MbpsMore than
2 Mbps
1 Gbpsmore than 1 Gbps
TechnologieAnalog
Cellular
Digital
Cellular
GPRS,
EDGE,
CDMA
CDMA 2000
(1xRT, EVDO)
UMTS, EDGE
EDGE.
Wi-Fi
WiMax LTE
Wi-Fi
wwww
ÉmetteurVoiceDigital Voice, SMS,Higher Capacity Packet Size

Data

SMS,
MMS
Integrated
High Quality
Audio, Video &
Data
Integrated High Quality Audio, Video & DataDynamic Information access, Wearable DevicesDynamic Information access, Wearable Devices with AI Capabilities
MultiplexeFDMATDMA,
CDMA
CDMACDMACDMACDMACDMA
CommutateurCircuitCircuit,
Packet
PacketPacketAll PacketAll PacketAll Packet
Réseau principalPSTNPSTNPSTNPacket N/WInternetInternetInternet
TransmissionHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontal &
Vertical
Horizontal &
Vertical

Source: Rehman Talukdar & Mridul Saikia.

Qu’est-ce que la 5G et en quoi se différencie-t-elle de la 4G

Il est important de souligner que la 5G n’en est qu’à ses tout débuts. En effet, on ne peut pas dire que la 5G soit déjà une réalité, car il existe très peu de régions du monde où la connexion 5G est proposée et les téléphones qui la prennent en charge ne sont pas encore commercialisés. Il faudra au moins deux ans pour atteindre un seuil critique de zones et d’appareils connectés. Selon les spécialistes, la 4G restera dominante jusqu’en 2021.

En France, Orange a déjà lancé des pilotes 5G à Belfort (Franche-Comté) sur plusieurs bandes de fréquence. SFR, Bouygues Telecom, Free, ont également conduit des tests pour avancer sur la question de la 5G.

La 5G diffère de la génération précédente, celle que nous utilisons actuellement, avant tout par sa vitesse beaucoup plus élevée avec des valeurs maximales de 20 Gbps, même si dans la pratique elle est d’environ 1,4 Gbps. La technologie 4G (LTE) actuelle a un pic d’environ 4 000 Mbps, qui atteint en pratique 100 Mbps. La longueur d’onde est très petite car les fréquences sont très élevées, jusqu’à 300 GHz. Cela signifie que la transmission est beaucoup plus sensible à la distance par rapport à l’antenne, la puissance diminuant beaucoup plus rapidement que pour la 4G, ainsi qu’aux obstacles physiques. Un nombre conséquent d’antennes supplémentaires est donc nécessaire, ce qui provoque déjà de nombreuses réactions d’inquiétudes pour la santé. Sur ce dernier point, il est inutile de dire qu’il n’y a pas de preuves scientifiques définitives et qu’entre-temps le marché continue de progresser.

Une autre différence très importante concerne le temps de latence, qui est réduit à des valeurs nettement inférieures à 10 millisecondes, voire même à 1 ms selon certains scénarios. C’est une différence importante par rapport au seuil de 20 ms que 4G ne peut dépasser, surtout lors de nombreuses connexions simultanées. La latence mesure la vitesse de réponse d’un système, définie comme l’intervalle de temps entre le moment où l’entrée du signal arrive sur un système et le moment où sa sortie est disponible.

Enfin, la 5G se distingue de la 4G par une capacité bien supérieure à gérer plus de connexions en simultanée.

La 5G dans la conception électronique

Le lancement de la 5G aura évidemment un impact très important sur le monde de l’électronique, même si cela sera de manière différente selon le type d’application et le dispositif concerné. Les smartphones seront ceux qui subiront l’impact le plus important, de même que les dispositifs de réalité virtuelle et, en partie, l’IoT. Les facteurs clés de la conception seront la disponibilité d’outils adéquats pour tester et mesurer les paramètres temporels, selon William G. Wong, de Electronic Design.

Wong mentionne l’avis de Sean D’Arcy, directeur des secteurs de l’aérospatiale et de la défense chez Analog Devices, selon qui « avant que la 5G ne soit disponible à l’échelle mondiale, les technologies RF rencontreront des points critiques de contrôle des performances. La disponibilité du spectre, qu’elle soit faible, moyenne ou élevée, aura une grande importance. Au-dessous de 6 GHz, le niveau de couverture sera massivement mis en place par le biais de MIMO (systèmes à entrées et sorties différentes) utilisant les infrastructures existantes, suivie ensuite d’une densification. L’installation de petites cellules sera cruciale pour la distribution 5G, afin d’exploiter les fréquences les plus hautes ».

Piyush Sevalia, vice-président directeur du marketing de SiTime, a fait une observation très intéressante : « En 2019, nous verrons un intérêt croissant pour les progrès de la synchronisation 5G, parallèlement à la croissance de la distribution 5G. Par conséquent, les solutions de synchronisation MEMS vont proliférer car elles apportent des avantages exclusifs qui ne sont pas offerts par les solutions de synchronisation traditionnelles. Les marchés de la 5G, des télécommunications, de l’automobile et de l’IoT bénéficieront grandement de la taille, de la fiabilité et des performances des solutions de synchronisation MEMS. Nous rappelons que l’abréviation MEMS signifie Micro Electro-Mechanical Systems (microsystèmes électromécaniques). Elle désigne un ensemble de dispositifs de différents types (mécaniques, électriques et électroniques) intégrés sous une forme très miniaturisée sur le même substrat de matériau semi-conducteur, par exemple le silicium. Ces dispositifs combinent les propriétés électriques du semi-conducteur intégré avec des propriétés opto-mécaniques « .

« Dans les réseaux et les communications », déclare Sevalia, « les temps et la synchronisation sont essentiels pour l’ensemble du système. La résilience de la synchronisation MEMS fournit des performances inépuisables lorsqu’elle se propage dans des environnements moins contrôlés et plus difficiles, ce qui est fondamental pour la 5G. Ce même besoin de fiabilité et de performances dynamiques encourage l’utilisation croissante des résonateurs MEMS dans le secteur automobile, où les systèmes doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions difficiles. Dans l’IoT, la synchronisation MEMS fournit une petite taille, un poids réduit et une basse puissance ».

Le potentiel de la 5G ne doit cependant pas nous faire perdre de vue le fait que la mise en œuvre de nouvelles technologies nécessite un certain temps et qu’entre-temps le secteur doit progresser sur les routes solides déjà existantes. Les technologies actuellement en place, telles que la 3G et la 4G, guideront les solutions IoT, IIoT et de l’industrie 4.0. « La plupart des applications IoT ne nécessitent pas de connectivité à bande large », signale Wong. « Le LTE-M., en d’autres termes la version M2M (Mobile2Mobile) de la spécification de communication sans fil LTE, « peut offrir 1 Mb / s, alors que les autres options disponibles sont beaucoup plus lentes. La 5G permettra une capacité de transmission nettement supérieure, ouvrant la voie à de nouvelles applications ».

Technologie 802.11p e 5G dans le secteur automibile

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Ready to roll: Why 802.11p beats LTE and 5G for V2x

Ce livre blanc de Siemens explique comment la communication V2x, c’est-à-dire la communication entre véhicules et entités externes, améliore la sécurité de la circulation et accroît l’efficacité des systèmes de transport. La technologie de communication à courte portée (DSRC), basée sur la norme IEEE 802.11p, a fait l’objet d’une standardisation poussée, du développement de produits et d’essais sur le terrain par toutes les parties impliquées, démontrant ainsi les avantages considérables offerts par le domaine V2x. Contrairement aux technologies cellulaires, la DSRC est prête pour la mise place de V2x et peut être appliqué à ses cas d’utilisation les plus exigeants.

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Prévoir la dissipation de chaleur produite par l’effet Joule, 2 exemples pratiques

L’effet Joule est l’un des principaux phénomènes qui se produit dans les appareils électroniques lorsque l’énergie électrique est transformée en énergie thermique. En résumé, l’effet Joule est la production de chaleur due à la circulation d’un certain courant dans un matériau conducteur lui opposant une résistance.

Dans certains cas, l’effet Joule est recherché – comme dans les fusibles, dans les sèche-cheveux ou dans les fours électriques – mais dans la plupart des cas, c’est une conséquence inévitable générant une chaleur indésirée et potentiellement nocive. Du point de vue des personnes impliquées dans la simulation thermique d’un dispositif électronique, il s’agit d’un problème qui nécessite une identification claire, dans un environnement de conception en 3D.

L’effet Joule peut être géré efficacement avec un outil tel que Simcenter FloTHERM XT, le simulateur thermique intégré de PADS Professional. Cette solution de conception de PCB proposée par Mentor et Siemens a été conçue pour les petites et moyennes entreprises de conception électronique. L’effet joule est maintenant pleinement pris en compte dans les dernières versions de FloTHERM XT.

Les domaines d’application typiques de la simulation de la chaleur produite par effet Joule sont : les « bus bars » (jeu de barres), les plans d’alimentation/les plans de masse des PCB ou des substrats des BGA, les « lead frames » (cadre conducteur) et les fusibles. Ils peuvent tous jouer un rôle prépondérant dans la dissipation totale de la puissance dans un système.

Exemple 1 – Simulation thermique d’un fusible

Ci-dessous, nous voyons l’exemple typique d’un fusible monté sur un circuit imprimé. La cartouche du fusible a été masquée pour plus de clarté. Une valeur de courant est définie sur la piste. Un via connecte la sortie du fusible vers le plan de masse.

dissipazione termica per effetto joule

FloTHERM XT est capable d’animer des fluides continus comme : un flux de chaleur, un flux d’air ou un flux de courant. Cela permet d’examiner leurs directions et de trouver d’éventuelles obstructions. L’animation montre comment le courant électrique circule dans le circuit se traduisant par une température aux différents endroits.

dissipazione termica per effetto joule

La vitesse des flèches est donnée par la densité du courant, elle-même étroitement liée à la dissipation de puissance et à la température résultante. Notez la densité de courant élevée à l’intérieur du corps du fusible dans ce cas. FloTHERM XT peut également montrer la dissipation de puissance résultant de l’effet Joule. S’agissant d’une simulation 3D, la densité de puissance est exprimée en puissance par volume, dans ce cas mW/mm3.

dissipazione termica per effetto joule

Cependant, la température qui en résulte est l’élément le plus intéressant. Ici, les températures les plus élevées ont été relevées dans le corps du fusible.

dissipazione termica per effetto joule

Le rôle joué par le fusible implique un couplage entre le monde électrique et le monde thermique. Un accroissement de la température entraînera une augmentation de la résistivité électrique, ce qui augmentera la densité de courant et donc la puissance du chauffage par effet Joule, qui augmentera à son tour la température, etc. Si la chaleur est évacuée assez rapidement, un équilibre est obtenu et les conditions se stabilisent à une température constante. Si le couplage est trop fort, en particulier dans des conditions de courant élevé, la température augmentera jusqu’à ce que le fusible surchauffe et joue son rôle. FloTHERM XT est capable de gérer ce couplage grâce à sa possibilité de caractériser la résistivité électrique dépendant de la température.

Exemple 2 – Analyse du PDN d’un circuit imprimé

L’autre exemple que nous allons étudier montre les effets du chauffage par effet Joule sur le réseau de distribution des alimentations (PDN) d’un circuit imprimé. FloTHERM dispose d’une technologie unique pour la représentation complète en 3D des géométries aussi complexes que celles définies dans les plans d’alimentations des PCB  (dans ce cas, PADS Professional) qui peuvent être incluses dans une simulation de chauffage par effet Joule. Les tracés résultants montrent : la distribution de la tension (le PDN fonctionne comme prévu, en fournissant le potentiel de tension uniformément), l’amplitude de la densité de courant, la dissipation de puissance du chauffage par effet Joule résultant et enfin la température résultante.

Power Distribution Network (PDN)
Power Distribution Network (PDN)

Dans ce cas, nous aurons une très faible augmentation de température sur l’environnement. Dans l’électronique numérique « typique », c’est la dissipation de puissance dans les circuits intégrés (Die) qui dicte le comportement thermique du système, et non le chauffage par effet de Joule dans les PDN.

Chauffage par effet de Joule dans les circuits imprimés à forte puissance et les dispositifs électroniques : l’importance de la mécanique des fluides numérique dans la conception

Regardez le webinaire à la demande

webinar sulla disspipazione del calore prodotto per effetto Joule

L’effet Joule est la cause la plus fréquente de surchauffe dans les dispositifs électroniques, ce qui provoque souvent des retards dans le lancement des produits sur le marché. Mais il est possible d’intervenir facilement sur ce phénomène et ce depuis les premières phases de la conception

Dans ce webinaire, l’ingénieur Stefano Morlacchi montre comment il est possible d’utiliser FloTHERM XT pour modéliser l’effet Joule et obtenir des entrées valides au cours de la phase initiale du processus de conception. Vous verrez ensuite quels sont les avantages et les inconvénients des simulations de ce type et à quel point il est facile d’importer directement les circuits imprimés (PCB) dans l’environnement d’analyse thermique.

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Les dernières tendances en matière de conception de circuits intégrés / ASIC : la vérification est un facteur clé réussite de plus en plus important

La « Functional Verification Study » est une enquête réalisée périodiquement par le groupe de recherche Wilson, qui permet de se faire une idée des tendances en matière de conception de FPGA et d’ASIC. Voici les principaux résultats de la dernière édition (2018) concernant la conception IC / ASIC. Analyser ces résultats peut être très utile pour les concepteurs voulant être au courant des dernières tendances du marché.

Changements dans la taille des projets de IC / ASIC

L’une des tendances qui ressort des études de cette année est l’augmentation continue du nombre de projets travaillant sur des designs de moins de 100k portes. Cela s’explique par l’augmentation du nombre de projets travaillant sur des chips de capteurs de dispositifs IoT et automobiles plus petits. Le nombre de projets de conceptions inférieurs à 500k portes est passé de 18% en 2014 à 29% en 2018. 33% des projets de conception travaillent sur des conceptions de plus de 40 millions de portes, tandis que 31% des projets travaillent sur des conceptions allant de 1 à 40 millions de portes.

Selon cette étude, l’augmentation de la taille du design n’est que l’une des dimensions du défi de cette complexité croissante. L’émergence de nouveaux niveaux d’exigences en matière de conception, qui n’existaient pas il y a quelques années, a eu un impact important sur la conception et la complexité de la vérification des IC/ASIC. L’on retrouve par exemple les exigences de clock, les exigences de sécurité et les exigences associées aux interactions matériel-logiciel.

Ce qui a changé considérablement est le passage radical à la classe de conceptions SoC (System-on-a-Chip). En 2004, 52% des projets de conception travaillaient sur des conceptions contenant un ou plusieurs processeurs intégrés, en 2018 ils sont passés à 66%. Une autre tendance intéressante est l’augmentation du nombre de processus intégrés dans un seul SoC. Les conceptions de catégorie SoC passent à un niveau de complexité de vérification qui n’existait pas avec les conceptions de catégories traditionnelles. De plus, il n’est pas rare de trouver une centaine de blocs IP intégrés dans les SoC plus avancés. Bon nombre de ces blocs IP ont leurs propres exigences en matière de synchronisation, ce qui pose souvent des problèmes de vérification supplémentaires.

Numero di domini di clock asincroni nei progetti IC/ASIC

Nombre de domaines d'horloge asynchronisés dans les projets IC / ASI

L’un des plus grands défis concernant la vérification des problèmes liés au Clock Domain Crossing (CDC) est qu’il existe une classe de problèmes de métastabilité qui ne peuvent pas être démontrés dans la simulation sur un modèle RTL. La simulation de ces problèmes nécessite un modèle au niveau de la gate avec le timing, qui n’est souvent pas disponible dès le début du flux de conception. Toutefois les outils de vérification statique CDC sont des solutions permettant d’identifier automatiquement les problèmes de domaine d’Horloge directement sur un modèle RTL lors des premières étapes du processus de conception.

IC/ASIC Design critique pour la sécurité

De nombreuses initiatives (environ 60%) incluent des fonctionnalités de sécurité dans leurs projets IC / ASIC. Ces modules de sécurité peuvent être des modules hardwares pour la sécurité (par exemple un contrôleur de sécurité) conçus pour stocker en toute sécurité des données sensibles, telles que des clés cryptographiques, des clés de gestion des droits numériques (GDN), des mots de passe et des données de référence biométriques. De telles fonctionnalités de sécurité ajoutent des exigences et une complexité supplémentaire au processus de vérification.

Un autre exemple d’exigence accroissant la complexité sont les projets critiques pour la sécurité. Il y a eu une augmentation du nombre de projets IC / ASIC relevant d’une ou plusieurs normes ou directives pour les processus de développement critiques pour la sécurité. Pour ces projets, le tableau suivant montre la répartition spécifique des différentes normes.

Standard di sviluppo critici per la sicurezza utilizzati nei progetti IC / ASIC

Standards de développement critiques pour la sécurité utilisés dans les projets IC/ASIC

Temps passé sur la vérification

Le temps total moyen de vérification dans un projet en 2018 était de 53%, ce qui n’a pas changé énormément depuis 2012, malgré l’augmentation de la taille et de la complexité des projets. Mais l’un des plus grands défis dans le design et la vérification aujourd’hui est de trouver des solutions afin d’augmenter la productivité et de contrôler l’effectif des ingénieurs. Le fait est qu’en moyenne, les ingénieurs de vérification travaillant sur un projet sont plus nombreux que les ingénieurs de conception. Le graphique suivant montre l’évolution de la situation depuis 2007.

Numero medio di ingegneri per progetto IC / ASIC

Nombre moyen d’ingénieurs par projet IC/ASIC

Une autre façon de comprendre l’impact des effectifs du projet est de calculer le taux de croissance annuel composé (CAGR) pour les ingénieurs de conception et de vérification travaillant sur ces projets. Entre 2017 et 2014 l’industrie a connu un CAGR de 3.8% pour les ingénieurs de conception et un CAGR impressionnant de 12.6% pour les ingénieurs en vérification. On atteint finalement une relation one-to-one en termes de nombre maximum moyen d’ingénieurs de conception et d’ingénieurs de vérification. Mais les ingénieurs de vérification ne sont pas les seuls acteurs impliqués dans le processus de vérification. Les ingénieurs de conception eux aussi consacrent beaucoup de temps à ce type d’activité. Le temps qu’ils consacrent à la vérification est passé de 47% en 2014 à 54% en 2018.

En regardant de plus près nous pouvons voir comment est réparti le temps de travail des ingénieurs de vérification. L’étude révèle que l’activité sur laquelle ils passent le plus de temps est le débogage, comme l’on peut le voir ci-dessous.

In che modo gli ingegneri specializzati nella verifica impiegano il proprio tempo

Comment est réparti le temps de travail des ingénieurs de vérification IC/ASIC

Tendances liées à l’adoption des langages et des bibliothèques IC / ASIC

Le graphique ci-dessous présente les tendances globales liées à l’adoption des différents langage utilisés pour créer des projets RTL, dans tous les segments de marché et dans toutes les régions du monde. Nous pouvons observer un intérêt croissant pour le langage SystemVerilog pour la création de code RTL. Il n’est pas rare que les projets IC / ASIC utilisent plusieurs langages lors de la construction de leurs testbenches. Cette pratique est souvent due au code hérité et à l’IP de vérification achetée. C’est pour cette raison que la somme des résultats dans le graphique est supérieure à 100%.

Linguaggi IC / ASIC utilizzati per i progetti RTL

Langages IC/ASIC utilisés pour les conceptions RTL

Si nous prenons en compte les tendances d’adoption des langages utilisés pour créer les testbenches IC/ASIC, nous remarquons que les pourcentages d’adoption pour toutes les langues sont en baisse ou stables. Cependant, l’adoption de SystemVerilog est toujours stabilisée par rapport à la seconde moitié des années 1970, car la plupart des projets IC / ASIC sont dons un stade avancé de leurs processus de simulation pour la vérification de la propriété intellectuelle et des sous-systèmes.

Linguaggi IC / ASIC utilizzati per la verifica (testbench)

Langages IC/ASIC utilisés pour la vérification (testbench)

Un autre aspect intéressant est la tendance du secteur IC / ASIC à adopter différents langages d’assertions. Encore une fois, les assertions SystemVerilog (SVA) semblent avoir atteint un niveau saturé ou stabilisé. Ceci n’est qu’une autre indication de la maturité du secteur, qui a adopté des processus standard pour la vérification de la propriété intellectuelle et du sous-système.

Adozione dei linguaggi di asserzione in ambito IC/ASIC

Adoption du language d’assertion dans le secteur IC/ASIC

Tendances pour les ASIC/IC à basse tension

Aujourd’hui, environ 71% des projets gèrent activement l’alimentation avec une grande variété de techniques, allant du simple clock-gating aux schémas complexes de gestion de l’alimentation contrôlés par des hyperviseurs / Système d’exploitation. Cette tendance est sensiblement inchangée par rapport à l’étude de 2014. Le graphique suivant montre les différents aspects de la gestion de l’alimentation que les concepteurs doivent vérifier. Les données suggèrent que, depuis 2012, de nombreux projets sont passés à des systèmes de gestion de l’alimentation plus complexes, impliquant un contrôle logiciel. Cela ajoute un nouveau niveau de complexité aux problèmes de vérification d’un projet, car ces planifications plus complexes de gestion de l’alimentation nécessitent souvent une émulation pour que la vérification soit complète.

Aspetti del progetto IC/ASIC relativi alla gestione dell'alimentazione che vengono verificati

Aspects de la gestion de l’alimentation vérifiés dans les projets IC/ASIC

Résultats de la vérification ASIC / IC

L’étude a par ailleurs révélé des informations sur les délais d’exécution de la conception par rapport aux délais prévus. Au cours de la dernière année, 69% des projets ont été achevés en retard, contre 67% en 2012. Le respect des délais initialement prévus reste donc un défi pour la majeure partie du secteur.
D’autres résultats de l’étude qui méritent d’être mentionnés sont liés au nombre des itérations nécessaires entre le début du projet et la production finale. Le graphique suivant montre cette tendance entre 2012 et 2018. Les données suggèrent que le succès de réalisation de la première puce est en train de se dégrader, alors que la deuxième version s’est améliorée.

Numero di spin richiesti

Figure 9 – Nombres de spins nécessaires

Conclusions

Comme dans l’étude de 2014, le rapport s’achève par l’observation non intuitive selon laquelle plus le projet est petit, moins il est susceptible de réussir au premier silicium. Ceci est probablement dû au fait que les processus de vérification des projets plus petits sont généralement moins avancés, en plus de la présence d’un pourcentage plus élevé de conception analogique.

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Challenges and Trends in the IC Verification Era

Challenges and Trends in the IC Verification EraUne panoramique complète des outils de la famille Questa dédiés à la vérification, à l’amélioration de la productivité lors de cette activité et à optimiser l’utilisation des ressources.

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Optimiser la production de câblage avec Capital Formboard Manager

Dans cet article nous verrons comment, dans la production de câblage, Capital Formboard Manager permet une utilisation efficace de l’espace de travail et de la chaîne de production lorsqu’il s’agit de créer de multiples variantes du même câblage tout en préservant la rentabilité de la production.

La production du câblage au défi du changement

Dans un secteur industriel déjà très compétitif comme celui du câblage, l’augmentation de la complexité à tendance à mettre à rude épreuve la rentabilité du processus de production, qui est encore majoritairement manuel et demande beaucoup de main d’œuvre. Cette complexité va continuer de s’accroître à l’avenir, suite au déploiement des véhicules électriques, des systèmes de conduite autonomes et de leurs impacts sur les systèmes de distribution électrique. Il arrive de plus que les fabricants de câbles doivent procéder à de nombreuses modifications de conception alors que leur produit est déjà en phase de production, ce qui impacte négativement la performance des lignes de production tant en termes de main d’œuvre que des équipements et même l’espace à l’intérieur de l’usine.

La configuration initiale d’une ligne de production est une activité clé qui demande une grande expérience d’ingénierie de production. Les zones de préparation doivent être conçues, les câblages doivent être disposés sur les panneaux, puis les trous pour les éléments de fixations doivent être effectués, les supports doivent être montés sur la table et les postes de travail doivent être définis tout en assignant les différentes tâches. Il faut aussi concevoir et préparer le matériel destiné aux essais des produits. La ligne de production entière doit être adaptée sur la base du temps de livraison et des volumes prévus, des facteurs influençant le nombre de lignes de production et l’utilisation de l’espace à l’intérieur de l’usine.

De telles décisions doivent être réévaluées pour chaque modification du projet. La formboard peut nécessiter une mise à niveau, une ligne de production peut demander un rééquilibrage ou encore un employé peut avoir besoin d’être requalifié.

En outre la productivité peut diminuer pendant de courte période en raison de modifications liées aux changements des volumes de production. Un changement important dans la demande de câblage peut affecter considérablement l’utilisation de la capacité d’une ligne de production.

Figure 1 – Une ligne de production de câblage avec des Merged formboards.

 

La Merged formboard pour la production de câblage.

En utilisant la Merged formboard, les ingénieurs peuvent concevoir des lignes de production leur permettant de produire des câblages différents (mais très similaires) sur la même ligne. En d’autres termes, plusieurs lignes de production peuvent être substituées par une ligne unique, libérant ainsi l’espace dans l’usine et d’autres ressources, et augmentant la productivité et l’efficacité de chaque ligne.

Étant donné que deux dessins ou plus sont représentés sur un dessin de Merged formboard, il est courant d’utiliser des couleurs pour mettre en évidence les éléments appartenant à chaque câblage. Comme on peut par exemple le voir sur le côté droit de la figure 2 avec les trois couleurs.

Harness merged formboard

Figure 2 - Un exemple de merged formboard

  • Noir : utilisé pour les parties communes à tous les câblages
  • Bleu : cette partie concerne uniquement l’un des câblages
  • Orange : cette partie concerne uniquement l’un des câblages

L’opérateur de l’atelier sait quels câbles doivent être produits. Par conséquent, il suffit qu’il connaisse le code couleur pour pouvoir identifier la section correspondante sur la Merged formboard.

Le pourcentage de parties communes entre les câblages est un facteur clé dans la décision du lancement du processus d’unification. Généralement, 70 à 80% de parties communes est considéré suffisant. S’il y a peu de parties communes, la Merged formboard qui en résulte peut s’avérer trop compliquée à lire et à comprendre. Cela conduira à une efficacité de production médiocre, étant donné que les opérateurs ne peuvent pas obtenir assez rapidement les informations nécessaires à partir d’un dessin compliqué de formboard.

Comment est conçue la merged foarmboard de nos jours

Traditionnellement, les Merged formboards sont créées dans un processus majoritairement manuel, en utilisant des instruments de dessin qui ne sont pas forcément conçus pour la réutilisation et le partage des données. Rien que la première étape – décider si deux câblages sont de bons candidats à produire sur une ligne de production unique – est une tâche longue et laborieuse. Les dessins doivent être comparés manuellement, en faisant attention à toute une série de paramètres comme les dimensions, la topologie, les composants et leurs positions, les éléments de fixation et les contenant pour les composants.

Le processus d’unification en soi est une autre activité laborieuse, lorsque l’on utilise principalement des outils de dessin. Dans cette phase, étant donné la limitation de la grande partie des instruments de dessin, les données du câblage ne sont généralement pas prises en compte. C’est pourquoi mener à bien le projet initial de Merged formboard peut nécessiter des jours, voir des semaines, dans le cas de câblage de grandes dimensions.

Une fois conçue, la merged formboard doit être montée. Toutes les modifications apportées au projet original du câblage doivent être mises en place, incluant la mise à jour de merged formboard. Mais une fois de plus, cette activité sera manuelle, fastidieuse et sujette aux erreurs, la formboard étant probablement conçue en utilisant des logiciels de dessin déconnectés de toutes formes de données.

Il n’est donc pas surprenant que de nombreux ingénieurs de production s’opposent à l’optimisation de la ligne de production en ayant recours aux Merged formboards. Pour les moins expérimentés, il est souvent difficile de trouver le bon candidat à une Merged formboard. Même lorsqu’il existe un point commun important entre deux lignes, la création et la maintenance de Merged formboards s’avèrent trop onéreuses.

La conception de Merged Formboard avec Capital

La bonne nouvelle est qu’il existe des alternatives à l’utilisation de simples outils de dessin. La suite Capital de Siemens PLM fournit une technologie centrée sur les données qui gère le flux entier de conception et de production. Les deux tableaux suivants offrent un aperçu sur quelques-unes des caractéristiques principales et des avantages de Capital.

CAPITAL – CARACTÉRISTIQUES
Flux de processus centré sur les données
Possibilité de réutiliser les données
Continuité des données
Large gamme de capacité d’automatisation
Gestion du changement intégrée

 

CAPITAL – AVANTAGES
Gain de temps
  • Possibilité de réinvestir le temps dans des activités d’optimisation de la ligne de production
Nouvelles opportunités
  • Possibilité d’explorer différents scénarios de type “What-If”
Temps de réaction inférieur
  • Réaction rapide aux changements de demandes, de volumes de productions ou d’autres paramètres
  • Aucune perte due à des utilisations contre-performantes des lignes de production
Temps de création des dessins inférieur
  • Un effet collatéral bénéfique des fonctionnalités avancées de cet outil

Un projet de câblage dans la suite Capital est avant tout un ensemble de données, qui peut également être représenté par des diagrammes. Chaque diagramme peut être dessiné de manière indépendante, permettant au concepteur de créer la juste représentation graphique de chaque cas d’utilisation. La gestion des modifications est plus simple et plus fiable puisque les données peuvent être ré-utilisées presque indéfiniment et puisque les données des diagrammes correspondant restent corrélées les unes aux autres par le flux entier.

Capital offre un environnement parfait pour la création et l’entretien de planches à clous et de lignes de production fusionnées. Les techniciens de production peuvent sélectionner les formboards existantes et les comparer, afin de trouver les paires de candidats adaptés.  Compte tenu de la continuité des données, Capital Formboard Manager propose une vaste gamme de cas pour identifier les meilleurs candidats à la Merged formboard. Le calcul de la quantité réelle de parties communes peut être effectué en un seul clic. La fonctionnalité de fusion automatique peut intégrer de nombreuses tâches de niveau inférieur et prédéfinies. L’outil prend en charge le flux de travail naturel d’une équipe de concepteurs. La connaissance du câblage qui est stockée dans les données, est immédiatement disponible pour être appliquée pendant tout le processus de jonction.

Capital réduit également considérablement le temps nécessaire à la création d’une Merged formboard. L’outil simplifie par exemple le maintien de la position des éléments de fixation existants sur la formboard physique pendant la fusion. De cette manière, la gestion du changement est généralement très rapide et facile à gérer.

Merged formboard et combined formboard

Les combined formboards offrent une autre possibilité d’utiliser les ressources de façon la plus efficace possible dans la réalisation de câblages. La différence est que, dans ce cas, les câblages sont à des endroits différents. En d’autres termes, l’espace libre sur les panneaux existants est utilisé pour produire un câblage complètement différent. Cette méthode est souvent utilisée pour le câblage de petite taille et le câblage avec des volumes de production faibles. La combined formboard permet la production de nombreux câblages de ce type en utilisant le même équipement et le même espace de fabrication. Capital Formboard Manager peut également être utilisé pour créer et gérer ce type de planche à clous. La figure 3 ci-dessous montre un exemple de ces combined formboards.

Herness combined formboard

Figure 3 - Un exemple de combined formboard

Conclusion

Capital Formboard Manager permet la création et la mise à jour de merged formboards, dans un environnement basé sur des flux de données continus. Cet outil permet au département d’ingénierie de maximiser l’efficacité des lignes de production. Le passage d’une approche purement manuelle, basée exclusivement sur des outils de conception, à une approche basée sur des données reliées réduit considérablement les efforts requis pour fusionner et combiner des formboards et des lignes de production. Capital permet aux ingénieurs de production de se concentrer sur ce qu’ils font le mieux, comment passer rapidement d’un scénario d’optimisation de ligne à un autre, plutôt que d’utiliser un logiciel de dessin peu pratique. Pour les fabricants de câbles, cela signifie prendre de meilleures décisions et, finalement, atteindre le seuil de rentabilité beaucoup plus rapidement, compte tenu des changements inévitables qui peuvent se produire.

Téléchargez dès à présent le livre blanc avec synthèse en français :

Capital Formboard Manager: Technology for Greater Wire Harness Manufacturing Efficiency

Le livre blanc de Mentor illustrant les problematiques d’optimisation dans la production de câblage face aux variations de la demande et expliquant comment ils peuvent être résolus de manière efficace avec les formboard accorpate.

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CadlogOptimiser la production de câblage avec Capital Formboard Manager

Comment fonctionne le lancement de nouveaux produits dans l’industrie électronique.

L’introduction de nouveaux produits (NPI), aussi appelée développement de nouveaux produits, désigne l’ensemble des activités nécessaires pour amener un nouveau produit industriel sur le marché. Chaque fois qu’un nouveau projet est créé, et qu’il est décidé de passer à son ingénierie puis à sa production, l’on parle d’introduction de nouveaux produits. La NPI est le pont qui relie le projet à la production, permettant de considérer le produit de ces deux points de vue. L’introduction de nouveaux produits permet de :

  • Comprendre les impacts du projet du circuit imprimé sur la production
  • Optimiser le projet du circuit imprimé sur la base des volumes de production
  • Communiquer à la production l’ensemble des données du projet
  • Générer toute la documentation, les programmes et les instruments nécessaires à la production.

La nécessité de solutions pour la NPI

L’introduction de nouveaux produits est une phase du processus industriel qui nait de la nécessité de résoudre certains problèmes comme par exemple :

  • Un niveau excessivement élevé d’impossibilités durant le processus de production ;
  • De faibles rendements lors de la production ;
  • La difficulté à respecter les délais de livraison ;
  • Des problèmes de fiabilité du produit ;
  • Des temps de préparation des données pour la production trop longs ;
  • La nécessité d’impliquer trop de main d’œuvre dans la gestion des problèmes ;
  • La requête de la part des clients de services de Design for Manufacturing (DFM) et des retours d’informations.

Une solution répondant à toutes ces nécessités est Valor NPI, l’outil de Mentor et Siemens PLM utilisant les meilleures solutions DFM pour permettre une mise sur la marché efficace et économique de nouveaux produits. Le processus NPI que permet cet outil consiste d’abord à vérifier que les données de sortie du projet soient compatibles avec les processus de production qui doivent être adoptés et avec les contraintes technologiques. Il prépare ensuite ces données à être utilisées afin d’éviter tout soucis lors de la préparation du processus de production.

Il processo di New Product Introduction (NPI)

Valor NPI analyse les projets de circuits imprimés du point de vue du rendement en phase de production, du coût et d’éventuels problèmes de fiabilité du produit fini.

Le processus de DFM pour l’introduction de nouveaux produits vu de plus près

Le processus de Design for Manufacturing pour l’introduction de nouveaux produits se déroule en théorie à la fin de la phase de conception. En réalité, comme nous le verrons, le DFM comporte non seulement la nécessité de retravailler quelques aspects du projet lui-même, mais il est aussi souhaitable qu’il intervienne déjà au sein de la phase de conception. Les données de sortie, aux formats standards IPC-2581 et ODB++, sont traitées par Valor NPI, qui les analyse à la recherche d’éventuels problèmes, en effectuant de nombreux contrôles. Ces derniers peuvent être liés tant à la fabrication du circuit imprimé qu’à son assemblage. A ce stade peuvent survenir deux cas de figure :

  • Si des problèmes sont trouvés, un rapport est envoyé afin d’effectuer les modifications au projet, et soit dit en passant de plus en plus de concepteurs préfèrent corriger leur propre travail plutôt que de constater par la suite des augmentations de coûts dues à leurs erreurs ;
  • Si les tests sont passés avec succès, les données sont prêtes à passer à la phase suivante, celle de la FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur), les logiciels qui gèrent les machines pour la fabrication des circuits imprimés. Lors de cette étape c’est Valor Process Preparation, la solution de Siemens PLM pour l’ingénierie, qui effectue la majeure partie du travail, le DFA (Design for Assembly), l’assemblage et le test du circuit imprimé.

Ensuite, comme le montre le schéma suivant, vient la fabrication du circuit imprimé et l’assemblage des composants pour la réalisation du circuit complet, où la solution la plus avancée est Valor MSS, désormais intégrée à Camstar Electronics Suite.

Valor NPI nel processo di produzione del PCB

La nécessité d’un DFM précoce

L’expérience démontre à la grande majorité des concepteurs qu’effectuer des contrôles DFM uniquement à la fin du processus de conception est risqué car cela pourrait être trop tard. L’approche du « décalage à gauche » proposée par mentor s’avère être d’une aide précieuse pour cela. Nous ne parlons pas ici de politique mais d’une culture conceptuelle qui s’affirme toujours plus dans l’industrie.

Décaler à gauche signifie anticiper le plus tôt possible, sur une échelle chronologique horizontale imaginaire, tous les contrôles, les vérifications et les simulations qui sont nécessaires pour anticiper les comportements du produit et de ses composants, et de ce fait se prémunir contre d’éventuels problèmes. Nous en avons déjà parlé plusieurs fois dans la vérification et dans la simulation dans le domaine de la conception virtuelle. Dans ce cas il s’agit essentiellement d’anticiper les défauts et les problèmes de possibilité de production.

Le principe est simple : résoudre les problèmes dès leur création est facile alors que plus on le découvre tard, plus il sera difficile à résoudre. Et cette règle est valable pour n’importe quel aspect de la vie ! Le schéma ci-dessous illustre dans quelles phases le DFM se montre particulièrement efficace dans la prévention de problèmes

Il DFM simultaneo (concurrent DFM) nel processo di progettazione del PCB

Un avantage à souligner, concernant l’adoption d’un outil comme Valor NPI, est que les résultats de l’analyse DFM sont directement reliés au logiciel de CAO gérant la topologie du circuit imprimé, réduisant ainsi n’importe quel temps de modification. Cette approche a aussi un aspect important que nous pourrions caractériser de culturel, car il aide les concepteurs à être mieux informés sur la production. Il n’est en effet pas rare que le concepteur ne sache rien du processus de production, ou même qu’il n’ait jamais mis les pieds dans une usine de toute sa vie, et il a donc tendance à rester enfermé dans une approche abstraite lors de la conception. C’est un phénomène découlant de nombreux facteurs, comme la diffusion des instruments digitaux de conception, la complexité des projets, la nécessité de réduire toujours plus les délais, etc.

Les contrôles DFM

À ce stade il reste à comprendre ce qu’il y a à contrôler dans un projet qui a probablement passé toutes les phases de vérification, de validation et de simulation. Le travail à faire est conséquent, considérant par exemple qu’un problème pourrait passer avec succès le Design Rule Checking, mais impacter quand même sur le rendement de la production, sur le coût et sur la fiabilité du produit fini.

A l’heure actuelle, Valor NPI effectue 953 contrôles de différentes sortes, parmi lesquels 292 relatifs à la fabrication du circuit imprimé, 366 à l’assemblage, 123 aux technologies du circuit flexible et flex rigide, 45 sur les microvias, 39 à la panélisation, 88 aux substrats. De plus le logiciel valide les netlists, les nomenclatures et la liste des fournisseurs agréés.

Pour avoir une idée du type d’impact que peut avoir le DFM, il peut être utile de consulter la liste des contrôles effectués par Valor NPI pour la fabrication du circuit imprimé, c’est-à-dire les vérifications qui permettent d’identifier d’éventuels problèmes durant la production du circuit imprimé.

La panélisation, est un aspect souvent négligé en phase de production et un exemple parlant. Les programmes de CAO usuels disposent les circuits imprimés en fonction de leurs dimensions, sans prendre en compte la forme et cela se traduit par une grande perte de matériel.

Dans l’exemple suivant, un panneau de 18’’ x 24’’ est utilisé. Dans le premier cas les circuits imprimés sont disposés suivant leur dimension globale et l’on ne peut en rentrer que 6 dans un panneau, soit un taux d’utilisation du matériau de 18,7%. Dans le deuxième cas, Valor NPI a étudié la question avec précision, comprenant que dans ce cas l’on pouvait faire entrer 10 circuits imprimés, avec une utilisation des matériaux de 31,5%. Ces résultats parlent d’eux même.

Ottimizzazione nella pannellizzazione del PCB con Valor NPI

Découvrez comment économiser du temps et de l’argent grâce à Valor NPI

Saving Time and Money with Valor NPI

Risparmiare tempo e soldi con Valor NPI

La présentation, riche en exemples et en illustration, montrant de manière exaustive comment économiser du temps et de l’argent avec le DFM de Valor NPI. Ce manuel permet de comprendre comment créer le lien qui manquant entre la conception et la production de circuits imprimés.

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La vérification anticipée dans les différents domaines de conception des circuits imprimés permet de réduire au minimum la réalisation de prototypes pour la validation de la conception et de la production

La vérification anticipée est actuellement la méthode plus avancée dans le PCB Design, car elle permet d’éviter la multiplication des prototypes pour la validation de la conception complète afin d’arriver à une production finale plus rapidement et à moindre coûts. La vérification anticipée est une caractéristique typique de la plateforme Xpedition Enterprise pour le PCB Design, la solution de Mentor et Siemens.

L’ensemble des outils de Mentor permet aux concepteurs d’intégrer, dans une plateforme unique de réalisation des circuits imprimés, une vaste gamme d’outils de vérification faciles d’utilisation qui leur permet d’identifier les problèmes tant dans la phase de conception schématique que dans la phase post-routage. La dernière version de la plateforme Xpedition offre la possibilité de faire des analyses précises et des vérifications simultanées, accessibles simultanément à plusieurs concepteurs. Cette intégration complète des instruments contribue à faire des économies significatives en termes de temps et de coûts, tout en offrant un produit de qualité supérieure.

Les technologies intégrées pour la vérification des circuits imprimés

La plateforme de Vérification Xpedition est pensée pour les concepteurs de circuits imprimés et inclut des fonctions de simulation et d’analyse rapides et intuitives. Les technologies intégrées pour la vérification, menées à l’intérieur de l’outil de création de conception, permettent la création automatique des modèles, la simulation simultanée, la vérification des résultats et les contrôles des erreurs à l’intérieur d’un même environnement.

La plateforme Xpedition inclut une gamme de technologies solides : analyses de la schématique, analyse de l’intégrité du signal (SI), de l’intégrité des plans d’alimentation (PI), le contrôle des règles électroniques (ERC), la simulation thermique, l’analyse des vibrations, ainsi que les différentes analyses pour la production (DFM) : Design for Fabrication (DFF), Design for Assembly (DFA) et Design for Test (DFT). Ces technologies intégrées, appliquées au sein d’un seul environnement permettent de fournir des prototypes virtuels de manière anticipée.

Les nouveautés de la plateforme de vérification Xpedition

La plateforme de vérification Xpedition intègre de nouvelles technologies dans différents domaines :

  • Vérification du projet schématique : un nouvel instrument d’intégrité de la schématique, puissant et entièrement automatique, substitue l’inspection visuelle et manuelle, éliminant jusqu’à 70% des prototypes au début du projet.
  • Analyse Design for Test : identifie les exigences pour les points tests qui sont automatiquement passés de la conception du schéma au routage en tant que contraintes afin d’améliorer la couverture de testabilité. Cette fonction crée des fichiers de test et d’inspection pour un diagnostic précoce du processus de préparation, réduisant ainsi le coût global des tests.

Les fonctions qui ont quant à elles été améliorées sur la nouvelle plateforme Xpedition incluent :

  • Analyse DFM (Design for Manufacturability), laquelle fournit une analyse complète du DFM pour la validation de la fabrication, pour l’assemblage, pour le test, pour le Flex/Rigid, la validation du substrat et du panneau de fabrication. Le tout dans les phases avancées et en mode simultané, durant la conception du circuit imprimé.

 

  • Analyse du Sign-Off : le contrôle automatique des règles électriques (ERC) identifie rapidement l’intégrité critique du signal, l’intégrité de l’alimentation et les interférences EMI / EMC en simultané avec le routage du circuit imprimé, accélérant potentiellement la fréquence des révisions du projet de plusieurs jours à quelques minutes.

L’intégration dans la production électronique d’après la vision de Siemens

Avec Xpedition Entreprise, les équipes de conception développent les systèmes électroniques les plus complexes au monde, dans un environnement d’entreprise multidisciplinaire, qui offre un avantage compétitif à leurs organisations et à leurs produits sur le marché. L’intégration des différents outils de vérification, typique de cet outil de projection de Mentor, se place désormais pleinement dans la vision de Siemens, celle de l’intégration de tous les domaines, incluant l’électronique, l’électrique, la mécanique et l’informatique, depuis l’élaboration du produit pendant tout son cycle de vie.

C’est vision a tendance à faciliter la collaboration et à augmenter la transparence entre les différents domaines, à travers une  » projection simultanée  » et la “méthodologie du décalage à gauche”, dans laquelle la validation est poussée le plus possible vers la phase initiale du processus dès le début de la conception avant que les erreurs ne se manifestent.

Ces méthodologies caractérisent les entreprises qui obtiennent aujourd’hui les meilleurs résultats sur le marché, comme lors d’une étude récente de Aberdeen Group, dont nous proposons une synthèse des résultats à télécharger. Ce rapport permet de comprendre, de manière très concrète, quelles sont les méthodes et les comportements qui permettent de faire la différence.

Téléchargez l’e-book sur les meilleures pratiques basées sur la vision Siemens:

Le migliori pratiche per i Responsabili del PCB Design

Tutti i dati, in italiano, che emergono dal rapporto dell’Aberdeen Group sulle caratteristiche dei gruppi di progetto che ottengono i migliori risultati in termini di rispetto dei tempi, del budget, successo sul mercato.

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