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Concevoir un PCB pour l’Internet des Objets (IdO) – 3ème partie

on 2 octobre 2017

Dans ce troisième et dernier épisode de notre tutoriel sur la manière de concevoir le PCB d’un produit IdO (Internet des Objets), nous aborderons la conception topologique du PCB, l’une des phases de conception les plus importantes.

Concevoir la topologie PCB pour l’IdO

Les concepteurs IdO – notamment pour les produits de consommation comme les wearables (appareils portables) – sont fortement conditionnés par la forme caractérisant l’objet, prédéfinie moyennant un CAO mécanique 3D. Pour garantir la compatibilité entre la partie électronique du projet et sa forme matérielle, il est indispensable d’avoir une vision claire de la carte à l’intérieur de son enveloppe. Ainsi, le périmètre physique du PCB constitue la première contrainte dont il faut tenir compte. Viennent ensuite l’environnement d’utilisation du produit et sa flexibilité. Voici donc un passage en revue des facteurs à considérer.

Constraint-based interactive routing

Le routage interactif basé sur les contraintes

1. Positionnement des composants

Une fois la conception schématique terminée et le périmètre de la carte importé dans l’environnement topologique – y compris les emplacements des composants d’interface, les trous de fixation, les gabarits, etc. – le positionnement des composants devrait être facile et rapide. L’échange de données (cross-probing) bidirectionnel entre le schéma et la topologie est d’une grande utilité dans ce domaine. La possibilité de positionner les composants en 2D ou 3D garantit que les emplacements satisfont aux contraintes du projet, permettant de gagner du temps et d’éviter toute violation.

2. Gestion des contraintes

L’utilisation de la gestion intégrée des contraintes, visant à diffuser les contraintes électriques prédéfinies tout au long du flot de conception, permet de contrôler les classes et les groupes de nets, de garantir que l’agencement des pistes satisfont aux contraintes de performance haute vitesse, et d’être en mesure de définir les contraintes de performance haute vitesse pour les longueurs combinées, les paires différentielles, les longueurs minimum et maximum, etc..

3. Topologie 2D/3D

Quand on conçoit un projet IdO avec un facteur de forme très contraignant et une procédure d’assemblage complexe, il est particulièrement intéressant de pouvoir travailler à la conception à l’intérieur d’une topologie physique 3D détaillée. Une visualisation 3D photoréaliste pendant le positionnement des composants permet de vérifier l’adéquation constructive de la topologie. Les modèles STEP précis des composants fournissent un aperçu du produit final qui permet de vérifier la conformité aux exigences du projet. De plus, la possibilité d’importer la géométrie mécanique du produit IdO dans la visualisation 3D offre au concepteur une maîtrise totale de l’adéquation du projet.

4. Circuits flex-rigides dans les projets IdO

Aujourd’hui, on trouve des circuits imprimés flex-rigides dans toutes sortes de produits électroniques et ils s’imposent très souvent dans les projets IdO.

iot design rigid flex

Environnement de conception 2D-3D pour les PCB flex-rigides

 

La vérification 3D garantit que les zones de transition sont dans la bonne position et que les composants ne présentent pas d’interférences par rapport au contenant. Dans ce type de projets, les aspects critiques concernent la gestion des sections flexibles, le positionnement des composants sur les couches flexibles, le routage du flexible et les formes des plans de remplissage. Avoir la possibilité de visualiser les projets IdO avec PCB flex-rigides dès les phases initiales peut permettre de prévenir des modifications coûteuses. De plus, la possibilité d’exporter les projets flex-rigides en tant que modèles solides 3D dans un CAO mécanique (MCAD) permet une collaboration bidirectionnelle efficace entre les domaines ECAD et MCAD, qui évite les problèmes type aussi bien de passage à la production (DFM), que de passage à l’assemblage (DFMA).

5. Tester les projets IdO

Il est impératif de vérifier la fabricabilité du produit IdO tout au long des différentes phases du projet. Ainsi, le DFT (Design for Test) fournit la testabilité du projet du point de vue du PCB pur et dur, afin d’identifier d’éventuels défaut de fabrication. De la même manière, effectuer l’analyse DFMA (Design for Manufacturing and Assembly) permet de détecter des problèmes tels que les éclats et les surfaces de cuivre involontairement exposées au vernis épargne, en vue de les corriger avant la fabrication.

En conclusion, la production de projets IdO peut représenter un processus complexe aussi bien pour les plus grands producteurs électroniques que pour les simples fabricants. La possibilité d’économiser ne serait-ce que quelques centimes par unité produite se traduit par des avantages significatifs pour tous en termes de budget de production.

Ce qui fait toute la différence, c’est l’adoption d’un outil topologique qui prend également en charge les caractéristiques de la production, telles que l’analyse DFMA ou la panélisation. C’est justement le cas de PADS et Xpedition. Pouvoir disposer d’un flot pour l’échange d’informations de production « légère » tel que ODB++au moment de l’assemblage, contribue à éviter les facteurs qui tendent à augmenter les coûts ou à réduire le volume de production, en identifiant les problèmes susceptibles d’entraîner des retards ou des remaniements.

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