Conception PCB : cartes électroniques et circuits imprimés

La conception de PCB implique de plus en plus la création de systèmes complets de cartes électroniques, constamment mis au défi d’alimenter et de refroidir correctement une nouvelle génération de circuits intégrés plus rapides et plus complexes. Parallèlement, elle doit garantir un routage optimal et préserver l’intégrité thermique et électrique de chaque signal haute vitesse circulant entre les composants de la carte.

Pour relever ces défis, les technologies mises en œuvre doivent couvrir l’ensemble des cartes d’un système et rester parfaitement synchronisées avec les systèmes mécaniques associés. Les équipes de conception doivent produire des cartes électroniques et des systèmes interconnectés hautement complexes, offrant les meilleures performances avec une consommation minimale, et ce dans des délais toujours plus courts.

Cependant, les difficultés ne se limitent pas à la complexité technique ou aux contraintes de temps.
Les technologies de Siemens Digital Industries Software permettent aux entreprises d’adresser efficacement — tout en réduisant au minimum les révisions et re-spins — les complexités produit, organisationnelles et processus qui freinent souvent la livraison de PCB et de systèmes électroniques interconnectés dans les délais.

Ces technologies incluent les environnements de conception Xpedition Enterprise et PADS Professional, ainsi que les suites d’analyse étroitement intégrées HyperLynx et Valor NPI.

Lorsqu’il s’agit de choisir le meilleur logiciel de conception PCB, deux noms s’imposent sur le marché : Xpedition Enterprise et PADS Professional, tous deux développés par Siemens EDA. Ces outils sont réputés pour leur fiabilité et la puissance de leurs fonctionnalités, ce qui en fait des solutions idéales pour une grande variété de besoins en conception électronique.

Xpedition Enterprise est la solution parfaite pour les grandes entreprises et les équipes de développement travaillant sur des projets complexes et à grande échelle. Ce logiciel propose une suite complète d’outils avancés qui facilitent la gestion de projets sophistiqués, améliorant l’efficacité et la collaboration entre les membres de l’équipe. Grâce à ses capacités de simulation et de vérification, Xpedition Enterprise garantit que chaque projet est mené avec un niveau maximal de précision et de qualité.

À l’inverse, PADS Professional se distingue par son interface conviviale et ses outils de conception puissants, ce qui en fait un choix idéal pour les concepteurs indépendants comme pour les petites équipes. Ce logiciel combine simplicité d’utilisation et fonctionnalités avancées, permettant de créer des PCB de haute qualité sans devoir affronter une courbe d’apprentissage complexe.
PADS Professional est parfait pour ceux qui recherchent un équilibre entre facilité d’utilisation et performance, offrant des outils adaptés aussi bien aux débutants qu’aux experts.

Pour offrir une différenciation produit plus forte, une meilleure rentabilité et un time-to-market accéléré grâce à la conception PCB, cinq leviers de transformation sont indispensables :

1. Une conception multidomaine digitalisée, intégrée et optimisée
2. Le Model-Based Systems Engineering (MBSE)
3. Une vérification guidée par des prototypes numériques
4. Des capacités, performances, productivité et efficacité 
5. La solidité et la crédibilité du fournisseur

Les entreprises doivent choisir un environnement de conception PCB capable non seulement de gérer la complexité croissante des projets, mais aussi de faciliter le Digital Thread, permettant aux équipes de conception et de production de rester alignées sur l’état d’avancement et de collaborer à l’échelle mondiale, toutes disciplines d’ingénierie confondues.

Le Digital Thread entre la conception et la production permet aux équipes de mieux collaborer pour accélérer le processus de design et réduire les respins. Une transition vers la production réellement fluide nécessite un partage complet des connaissances produit et un accès anticipé aux données aval.
L’utilisation d’une plateforme intégrée numériquement aide les équipes à développer une nomenclature multidomaine précise et cohérente, facilement intégrable dans un large éventail d’applications métiers. Les équipes de conception peuvent également créer des modèles réutilisables, permettant aux organisations de capitaliser sur les meilleures pratiques et d’appliquer des standards à l’échelle de l’entreprise.

Pour favoriser une approche system-of-systems, de nombreuses entreprises industrielles adoptent le Model-Based Systems Engineering (MBSE). Dans cette méthodologie, les sous-systèmes issus des domaines électrique, mécanique, logiciel — y compris la conception PCB — sont modélisés fonctionnellement, puis réunis au sein d’un jumeau numérique complet au niveau de l’architecture système, avant même le début de la conception détaillée.

Avec une démarche MBSE, les architectures des sous-systèmes électroniques sont extraites et communiquées sous forme de “bill-of-functions”, qui servent ensuite de guide pour définir le système électronique et ses configurations appropriées.

Dès le début du processus, les ingénieurs systèmes définissent l’ensemble des interfaces externes nécessaires au câblage et à la conception des harnais. Les éléments électroniques — définis via la conception PCB — sont ensuite placés dans leurs implémentations logiques et physiques respectives.

Le jumeau numérique permet aux ingénieurs d’engager très tôt, au niveau fonctionnel, les arbitrages entre différents domaines. Chacun de ces compromis peut influencer les disciplines concernées ; plus ces arbitrages sont identifiés tôt, meilleure sera la performance globale du produit.
De plus, en observant le système dans son ensemble via une approche MBSE, les équipes peuvent non seulement analyser les compromis électriques et fonctionnels dès les premières phases, mais aussi des compromis produits, liés par exemple au poids, au coût ou encore à la disponibilité des composants.

Pour réduire le time-to-market et maximiser la rentabilité, les équipes de conception réalisent des analyses tout au long du processus de design, au sein de cycles courts et itératifs.

Cette approche est aujourd’hui privilégiée, plutôt que d’attendre la fin de la conception ou les tests en laboratoire sur un prototype physique de la carte ou du système.

Des environnements comme Xpedition permettent aux équipes d’effectuer ces analyses de manière itérative et de créer des prototypes numériques pour une validation bien plus précoce.
De la même façon, des outils comme PADS Professional permettent aux plus petites équipes PCB d’adopter exactement la même méthodologie.

De plus, disposer d’une vision complète du système ne facilite pas seulement les cycles itératifs localisés pour un design correct-by-construction, mais permet aussi d’effectuer des analyses système avancées.
Dans l’ingénierie actuelle, il n’est plus possible d’analyser seulement quelques parties du projet sans tenir compte de l’ensemble du système. Les performances doivent être vérifiées au niveau global, depuis la modélisation électromagnétique 3D de structures complexes jusqu’à la création de modèles numériques multi-substrats alimentant des analyses de signaux sensibles à la puissance.

L’intégration hétérogène du silicium et l’avènement des boîtiers avancés (advanced IC packaging) exigent désormais une analyse thermique complète au niveau système, associée à des évaluations simultanées : les effets thermiques du circuit intégré sur son boîtier et sur le PCB sont modélisés dans le contexte du système complet.

Les entreprises qui réussissent le mieux leur transformation digitale choisissent des environnements de conception PCB adaptés à la taille de leur organisation, aux défis à relever et aux compétences de leurs équipes de conception.
Par ailleurs, les environnements les plus sophistiqués permettent de cataloguer et de réutiliser les projets au sein de l’ensemble de l’entreprise, renforçant l’efficacité et la cohérence.

Dans le domaine de la conception de circuits intégrés (IC), cette approche offre plusieurs avantages déterminants : réduction des coûts, diminution des temps de conception et capacité à développer plus facilement des designs dérivés dans toute l’organisation.

Pour réussir une transformation digitale et continuer à croître tout au long de cette évolution afin d’apporter une innovation constante au marché, il est indispensable de s’associer à des fournisseurs fiables. Ces partenaires doivent non seulement proposer des solutions de pointe pour répondre aux besoins d’aujourd’hui, mais aussi imaginer de nouvelles approches pour renforcer la réussite des entreprises.

Siemens et Var Industries sont précisément ces fournisseurs. Nous aidons les entreprises à concrétiser leur transformation digitale en offrant non seulement une plateforme de conception système de nouvelle génération, la plus complète et la plus intégrée numériquement de l’industrie, mais aussi une plateforme qui fonctionne en parfaite continuité avec la production, le PLM et les processus métiers.