Consejos para la gestión de datos de diseño de PCB para proyectos multiplaca

Un solo componente de un proyecto puede generar una gran cantidad de datos, así que imagine cuántos datos se generan en un proyecto de PCB con varias placas. Cada PCB necesita un conjunto estándar de salidas de diseño de PCB para fabricar una placa individual, y cada salida debe estar claramente nombrada y marcada. Los fabricantes de PCB necesitan las salidas de cada placa individual para producirlas y ensamblarlas, así como para evitar errores durante el proceso.

La gestión de datos de PCB asegura que no solo estamos realizando un seguimiento de los datos de cada PCB individual, sino también de los datos a nivel de ensamblaje. Estos datos a nivel de ensamblaje serán utilizados por un ensamblador de productos o por su equipo interno de ensamblaje para construir el producto final, que puede incluir elementos mecánicos como cableado y carcasas. En este artículo le mostraré cómo puede verse todo esto para ayudar a informar sus procesos y flujo de trabajo.

¿Paquetes de datos separados o combinados?

Cualquier producto con varias PCBs tendrá datos a nivel de producto o ensamblaje, así como datos para las PCBs individuales dentro del ensamblaje. ¿Cómo deberían catalogarse y vincularse los paquetes de datos de estos elementos?

Hemos visto que las empresas implementan esto de varias maneras. Sin una buena herramienta de diseño de PCB de múltiples placas, muchas empresas recurren a copiar y pegar para asegurarse de que todos los datos a nivel de PCB y de ensamblaje estén alineados y sean consistentes. Con una buena solución de diseño de múltiples PCBs, es fácil mantener el seguimiento de las placas individuales dentro de un solo ensamblaje, pero el ensamblaje general aún necesita información adicional que debe ser ingresada por el equipo de diseño y el ingeniero mecánico.

Encontramos que la jerarquía de datos óptima se ve aproximadamente así:

Con base en la jerarquía anterior, puede desarrollar paquetes de datos separados para cada uno de los bloques principales, o puede crear un paquete de datos a nivel de producto que incluya todos los subensamblajes. Cuál de estas opciones elija depende de las capacidades de sus herramientas de diseño de PCB y de quién necesita recibir su paquete de datos. Por ejemplo, los fabricantes de PCB solo necesitan los paquetes de datos para las placas individuales, mientras que un equipo interno de ensamblaje solo necesita la información a nivel de ensamblaje.

Vamos a desglosar cada una de estas áreas como se muestra en la jerarquía.

Datos de producción a nivel de PCB

Dentro de un proyecto de múltiples placas, cada PCB tiene sus propias salidas de diseño de PCB estándar requeridas para fabricar cada placa:

• Gerbers, ODB++ o IPC-2581
• Archivo de ubicación de componentes (Pick and Place)
• Lista de materiales con números de parte
• Archivos de taladro
• Planos de fabricación y ensamblaje

Cada PCB y PCBA debe tener un número de pieza único; el número de pieza del PCBA se vuelve importante para indicar qué elementos de diseño encajan en el ensamblaje completo del producto. Al dividir las PCBs en proyectos individuales de esta manera, será más fácil referenciarlas en los datos generales del ensamblaje.

Un paquete de datos de PCB completo para un proyecto de múltiples placas finalmente residirá en una plataforma PDM o, idealmente, en una plataforma PLM. La plataforma PDM/PLM realiza un seguimiento de todas las revisiones y revisiones del producto y actúa como el único punto de referencia para la revisión actual del proyecto. Hay dos opciones para colocar los datos de producto de múltiples PCBs en un PDM/PLM: crear entradas PLM separadas para cada parte del producto (Opción 1), o crear una sola entrada PLM para todo el producto (Opción 2).

Creemos que realizar el seguimiento de cada PCB dentro de un solo proyecto de múltiples placas (Opción 2), similar a la jerarquía anterior, tiene más sentido desde el punto de vista de la gestión de datos. Poner todos los datos del producto en una entrada PLM con revisiones y aprobaciones a nivel de producto proporciona una única fuente de verdad para todos los subensamblajes del producto. El software ECAD compatible con múltiples placas con integración directa en los principales sistemas PLM agiliza la implementación de la Opción 2.

Aun así, hay casos en los que la Opción 1 tiene más sentido. Por ejemplo, algunas empresas crean líneas de productos modulares que se pueden combinar de varias maneras, o reutilizan algunos diseños en varios productos. En estos casos, no tiene sentido duplicar PCB1/PCB2, etc., en múltiples instancias de productos en un PLM. Otro caso que ocurre en empresas grandes es cuando diferentes unidades de negocio usan los diseños de otras unidades en proyectos de múltiples placas; la Opción 2 también requeriría hacer copias de los datos de subensamblaje en múltiples instancias de PLM, creando múltiples fuentes de verdad y alterando el flujo de trabajo estándar de PLM.

Bibliotecas de PCB para proyectos de múltiples placas

Cada PCB contiene partes de biblioteca, que pueden formar parte de proyectos distintos y pueden incluso ser mantenidas por diferentes grupos de ingeniería o empresas. La gestión de bibliotecas para sistemas de múltiples placas puede ser muy compleja debido a la cantidad de partes interesadas y participantes que crean los datos CAD para todas las PCBs y sus componentes. ¿Cómo asegura que los datos de las piezas sean precisos y que se cumplan los estándares de modelos CAD en todos los proyectos de PCB?

Las empresas exitosas que construyen productos complejos suelen tener una biblioteca centralizada que se utiliza para todos los proyectos, donde un equipo ECAD dedicado puede hacer cumplir los estándares y controlar cualquier cambio en símbolos/huellas. Estos modelos luego se integran en los datos de PCB de cada PCB en un ensamblaje de múltiples placas.

Un desafío que surge debido a la falta de consistencia proviene del trabajo con empresas externas o contratistas. Las empresas externas que desarrollan parte de un sistema de múltiples placas pueden tener sus propios estándares de biblioteca y procesos, que luego se incorporan al paquete de datos de ensamblaje de múltiples placas. Por eso es tan importante que la biblioteca de PCB de un equipo sea accesible para partes externas a través de una plataforma en la nube.

Datos a nivel de ensamblaje de producto

La mayoría de los productos que utilizan múltiples PCBs tienen componentes adicionales que no aparecen en las listas de materiales de ninguna de las PCBs individuales. Sin embargo, estos componentes adicionales son necesarios para construir el ensamblaje general del producto y, por lo tanto, deben figurar en algún lugar en los datos a nivel de producto. Esta información debe almacenarse en algún lugar y vincularse a las PCBs individuales del sistema de múltiples placas.

Si no está definiendo un proyecto de múltiples placas para su producto, puede crear un proyecto a nivel de ensamblaje en su herramienta CAD y especificar cada uno de los componentes en los PCBA como una línea en la lista de materiales. También puede definir conexiones entre PCBs en un esquema utilizando el número de pieza del PCBA individual, el designador de referencia y el número de pieza aplicable para cualquier cableado. Los números de pieza de los arneses de cables personalizados también deben incluirse en estos documentos.

Observe cómo la lista de materiales a nivel de producto especifica cada uno de los números de pieza del PCBA que se incluirán en el ensamblaje del producto. También hay números de pieza para arneses de cables, cables estándar, piezas de carcasa, juntas e incluso contactos de crimpado para conectores de placa a placa. Cada uno de estos elementos se refleja en la mayoría de los diagramas esquemáticos que muestran las conexiones eléctricas en el ensamblaje de múltiples placas.

Planos de ensamblaje de múltiples placas

Los diseños de múltiples placas finalmente deben integrarse en un producto físico. Para garantizar que esto se haga correctamente, se necesita un plano de ensamblaje para todo el producto, y se requieren planos de ensamblaje individuales para las PCBs en el sistema de múltiples placas. El plano de ensamblaje de cada PCB debe seguir el formato típico esperado, completo con notas de ensamblaje y una vista 3D o representación de la capa de ensamblaje directamente en el plano.

Las representaciones de la capa de ensamblaje para sistemas de múltiples placas deben mostrar la disposición de todas las PCBs en el sistema, incluidos los modelos 3D asignados a las piezas en cada PCB. El plano se utiliza como base para el ensamblaje de todo el sistema por un equipo después de que las PCBs individuales se ensamblan y se entregan para el ensamblaje a nivel de producto.

Otra función importante de un plano de ensamblaje de múltiples placas es proporcionar instrucciones de ensamblaje para las distintas placas. El plano y sus instrucciones se entregan a los técnicos que ensamblarán el conjunto de PCBs y montarán las PCBs en el empaquetado del producto.

1. Las instrucciones deben indicar el orden en que se ensamblan las placas en la pila interconectada
2. Cualquier pieza mecánica o sujetador debe detallarse como parte de las instrucciones de ensamblaje
3. La carcasa o el empaquetado (si se incluye en el producto) también deben figurar en el plano de ensamblaje del producto
4. Las instrucciones de manejo (manejo seguro contra ESD, prevención de exposición química, disposición, etc.) deben especificarse en las instrucciones

Las instrucciones de ensamblaje deben hacer referencia a los números de pieza en la lista de materiales a nivel de producto, incluidos los números de pieza del PCBA, para que no haya confusión sobre qué piezas se utilizan en cada paso del ensamblaje. Las instrucciones de ensamblaje también se pueden crear gráficamente en programas de modelado mecánico; esto requiere transferir el diseño eléctrico al software MCAD para crear representaciones realistas que muestren los pasos gráficos de ensamblaje.

Seguimiento y liberación de paquetes de datos de ensamblaje de múltiples placas

Cuando llega el momento de producir un ensamblaje de múltiples placas, los paquetes de datos individuales deben extraerse del repositorio PLM y entregarse a los fabricantes. Es común enviar cada PCB a diferentes instalaciones de fabricación debido a las distintas capacidades y tiempos de entrega requeridos para producir cada PCB del producto. Esto brinda a los compradores de PCB una forma de controlar el tiempo de entrega y los costos.

Los paquetes de datos para productos de múltiples PCB deben manejarse de manera similar a otros diseños: con un enfoque en la seguridad de los datos y la liberación controlada de información solo a partes seleccionadas. Los gerentes de adquisiciones y de ingeniería deben poder controlar quién recibe partes específicas del paquete de datos de múltiples PCB.

Diseño eléctrico:

• Separar los datos de fabricación y ensamblaje
• La fabricación y el ensamblaje no deben recibir esquemas
• La fabricación y el ensamblaje no deben recibir modelos 3D del ensamblaje completo
• No envíe paquetes a nivel de producto a cada proveedor; solo envíe paquetes de datos de PCB individuales

Diseño mecánico/arnés:

• La fabricación mecánica no requiere ninguno de los datos eléctricos
• Los gerentes de adquisiciones pueden necesitar separar los elementos mecánicos de la lista de materiales a nivel de producto
• Los fabricantes de arneses o cables solo requieren información de la interfaz de acoplamiento; no necesitan recibir esquemas eléctricos

Una vez que cada parte del diseño de múltiples placas se produce, puede enviarse al ensamblaje para producir el producto final. A medida que el diseño se mueve a la siguiente revisión, todo el paquete puede volver a su software de diseño para realizar actualizaciones eléctricas y mecánicas. Solo Altium Develop unifica estas disciplinas a través de Altium Designer y la integración mecánica en la utilidad MCAD CoDesigner.

Para obtener más información sobre diseño y ensamblaje de múltiples placas, lea sobre las funciones de creación de ensamblajes físicos en la documentación de Altium. Estas herramientas permiten crear modelos 3D para ensamblajes de PCB que luego se pueden entregar para el diseño del chasis utilizando las funciones de colaboración MCAD en Altium Develop. Esto permite a los ingenieros mecánicos ver un ensamblaje preliminar de su matriz de placas en software MCAD estándar de la industria como SolidWorks, y el empaquetado del producto puede diseñarse en torno a la disposición 3D de las PCBs.

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