La cadena de suministro de PCB

Happy Holden
|  Creado: November 25, 2021

Introducción

Las placas de circuito impreso (PCB) y los ensamblajes de circuito impreso (PCA) suelen ser los componentes más técnicamente complejos que se compran para los ensamblajes y productos electrónicos. Esta complejidad conlleva diferentes desafíos para los equipos encargados de la gestión de la cadena de suministro (SCM), que pueden ser significativamente diferentes si se comparan con las demás piezas y productos que el equipo gestiona.

Algunos ejemplos de problemas en la cadena de suministro de circuitos impresos

  • Los PCB y los PCA se diseñan a medida y, por tanto, no se compran cómodamente en ningún catálogo. Los proveedores son numerosos, si bien sus capacidades y prestaciones varían mucho, por lo que hay que prestar especial atención a la selección y cualificación de los mismos.
  • Para crear placas de circuito impreso y PCA se utiliza una gran variedad de procesos de fabricación, que van desde una precisa toma de imágenes y colocación de componentes, prensas mecánicas para el laminado y hornos para el reflujo de la soldadura, chapado y grabado químico en húmedo, perforación de alta velocidad y enrutado.
  • Los PCB y los PCA tienen que funcionar como parte de un circuito eléctrico y el rendimiento es fundamental para el éxito del producto final. El PCB, obviamente, facilita las interconexiones entre los componentes fijados a la placa, pero en algunos casos funciona como un componente activo por derecho propio. Por otra parte, puede que no sea posible determinar si el PCA funciona correctamente hasta que su equipo de diseño lo haya evaluado como parte del producto final.

Aunque se pueden sustituir los componentes de un PCA, reducir las pistas y añadir puentes, los PCB y los PCA no se pueden modificar, devolver o reciclar fácilmente si cambian los requisitos del producto, lo que puede generar costes adicionales y un inventario no previsto.

Fundamentos de la cadena de suministro de PCB

Todo empieza con el diseño: Una vez que se define un producto y la ingeniería se pone a trabajar, es el diseño del circuito y la selección de los componentes lo que iniciará una cadena de valor. El diseño del circuito impreso es la primera representación física de ese producto. El diseño para la fabricación es necesario como forma de optimizar el rendimiento y el coste. Gestionar la información, la documentación y la transferencia para especificar los requisitos de diseño y otras expectativas para los proveedores supone todo un reto.

  • Gestión de la cadena de suministro de circuitos impresos: A menos que un OEM sea uno de los pocos que cuenta con una fabricación vertical, las consideraciones generales para las decisiones de abastecimiento de PCB y PCA, así como los criterios que deben utilizarse para evaluar y seleccionar a los proveedores, pasan a manos del departamento de compras.
  • Selección y calificación de proveedores: En las consideraciones comerciales y los criterios de selección descritos participan otras personas y entre sus tareas están las de evaluar y calificar a los proveedores, gestionando, además, evaluaciones técnicas de las muestras proporcionadas por el proveedor.
  • Control de procesos, supervisión e inspección de entrada: Una tarea continua en la cadena de suministro es el seguimiento de la metodología de garantía de calidad basada en los principios six sigma, con recomendaciones específicas para el control de procesos, las pruebas y la inspección de PCB y PCA por parte del proveedor.
  • Aceptación del producto y feedback: Por último, está la gestión de la cualificación del diseño, la aceptación del lote y la inspección continua de los PCB y PCA recibidos. Aquí también se incluyen recomendaciones para la gestión de proveedores a largo plazo que minimicen el coste de gestión interna manteniendo un alto nivel de rendimiento.

Cadena de suministro de valor del PCB

El VALOR se define como "los beneficios menos los costes". Para que un producto tenga éxito en un mercado, en cada etapa de la cadena de suministro, cada segmento debe percibir valor. Como se ve en la Figura 1, cada segmento tiene como cliente al segmento siguiente. Por lo tanto, cada segmento contribuye a la cadena de valor.

FIGURA 1: La cadena de suministro de valor del PCB se denomina generalmente cadena de suministro, pero depende del establecimiento de valor en cada etapa.
FIGURA 1: La cadena de suministro de valor del PCB se denomina generalmente cadena de suministro, pero depende del establecimiento de valor en cada etapa.

La elección de un proveedor en concreto depende de la importancia relativa de varias dimensiones diferentes del rendimiento del proveedor (véase el cuadro 1). Los proveedores tienen capacidades y puntos fuertes inherentes que se basan en sus propias decisiones estratégicas acerca de la manera en que deciden competir. Dichas capacidades determinarán su adecuación a la estrategia de abastecimiento y su posible rendimiento como socio comercial permanente. Comprender lo que es más importante para la empresa guiará la selección inicial del proveedor y determinará si su rendimiento sigue respondiendo a tus necesidades.

Tabla 1 Criterios de rendimiento del proveedor de PCB
Tabla 1 Criterios de rendimiento del proveedor de PCB

Partición del sistema:

Cuando se concibe un nuevo producto, una de las primeras actividades consiste en dividirlo en componentes o particiones que permitan diseñarlo, fabricarlo, venderlo y darle soporte. Esto es sumamente importante, ya que un error aquí puede dar lugar a un producto sin las características adecuadas, o que puede traducirse en un coste excesivo o en un retraso en la salida al mercado.

Diseño del producto / circuito:

La mayor parte de la creación y el diseño del producto implica el diseño lógico, la simulación de circuitos, la selección de componentes, los circuitos integrados personalizados y los diseños mecánicos. HDIS ofrece ventajas en el rendimiento eléctrico y térmico. La clave de valor aquí es la capacidad de simular las características eléctricas y térmicas mejoradas de las numerosas opciones de diseño.

Diseño / layout del PCB:

A la hora de diseñar una nueva placa hay que enfrentarse a muchos retos. Es importante conocer los modelos de cableado para seleccionar las reglas de diseño y las construcciones adecuadas. Con las vías ciegas y enterradas, las nuevas estructuras son más variadas y complicadas que las placas convencionales. Es esencial saber qué es lo rentable, desde la perspectiva del diseño para la fabricación.

En el caso de las estructuras complejas, hay que tener en cuenta normas de diseño especiales. Cada proceso de fabricación puede tener consideraciones y restricciones especiales. Las herramientas de diseño, las pilas de pads y los autoenrutadores se utilizan de forma diferente en los diseños complejos. La personalización del proceso de diseño aún no es una actividad común. Los sistemas CAD más recientes también disponen de sistemas expertos que proporcionan un asesoramiento sumamente valioso. El proceso de diseño lo concluye software de auditoría de fabricabilidad, con una comprobación exhaustiva, en busca de cualquier error o equivocación.

Fabricación del PCB

De toda la cadena de suministro de valor, la fabricación se ha convertido en la más consolidada. En la actualidad, más de doscientas empresas de todo el mundo utilizan al menos veinte procesos diferentes para fabricar básicamente las mismas estructuras HDI/SLP. Por ejemplo, fabricar la microvía es la parte fácil, ya que los láseres, grabadores y foto-dieléctricos han mejorado rápidamente a lo largo de los años. El reto está en la base: el registro, la litografía de líneas finas, la metalización y el chapado. En los complejos HDI/SLP, todos ellos deben rendir a un nivel superior. Y la verdad es que, si bien se trata de una tarea exigente, beneficia a todos los procesos de fabricación de placas de circuito impreso.

Ensamblaje del PCB

El ensamblaje adquiere un nuevo significado con los componentes de paso fino y complejo. Los componentes pueden estar más juntos, lo que puede cambiar los perfiles de reflujo y la reparación. A medida que la parte superior se llena, la parte opuesta también debe acoger más componentes, incluidos muchos componentes activos. Esto también alterará el proceso de montaje y los perfiles de reflujo. Con los nuevos componentes más pequeños y de área más densa, como los paquetes a escala de chip o los flips chip, el número total de conexiones por centímetro cuadrado aumenta drásticamente. Estos nuevos componentes más pequeños con relleno o densidades de conexión superficial muy altas pueden interactuar con la fiabilidad de las estructuras complejas. Las estructuras finas son más propensas a flexionarse durante los ciclos térmicos y esto introduce nuevos mecanismos y probabilidades de fallos, que deben ser evaluados y probados a fondo.

Test de ensamblaje

La etapa final de la cadena de valor del PCB consiste en las pruebas a nivel de ensamblaje. Esta fase plantea problemas muy nuevos con los nuevos componentes de matriz de área más pequeños. Si se utilizan via-in-pads con los componentes de matriz de área, una vez montado no hay vias de ruptura que puedan utilizarse para las pruebas. El diseño para pruebas se convierte en un ingrediente importante a la hora de particionar el sistema. Las pruebas desde el perímetro, el escaneo de límites o las autopruebas integradas se convierten en factores de diseño importantes. Los componentes pueden estar tan cerca que los pads de las pruebas pueden resultar demasiado grandes o que no haya espacio para introducir un pin de prueba en el área. Añadir pads de prueba a la superficie una vez diseñada la placa puede aumentar considerablemente su complejidad y coste, además de añadir parasitarios perjudiciales en el circuito. Probablemente se desarrollarán nuevos esquemas de verificación a nivel de ensamblaje que no requieran los clásicos dispositivos de lecho de clavos, sustituyéndolos por técnicas de prueba sin contacto más rápidas.

En definitiva, la cadena de suministro de valor de PCB constituye un reto para todos nosotros. Por eso, si trabajamos juntos y nos damos cuenta de que cada parte de la entrega dependerá de los demás eslabones de la cadena, podremos ofrecer soluciones a los fabricantes de equipos originales que les permitan fabricar productos de calidad superior. Comprender estas interacciones es el primer paso para aprovechar el potencial y las oportunidades que ofrece la cadena de suministro.

¿Tienes más preguntas? Ponte en contacto con un experto de Altium o descubre la importancia de enviar un paquete de documentación completo de cara a la fase de fabricación del PCB.

Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Happy Holden, hoy jubilado, trabajó en GENTEX Corporation (uno de los fabricantes de equipos originales de electrónica para el sector de la automoción más grandes de EE. UU.). Además, fue director técnico del mayor fabricante de PCB del mundo, HonHai Precision Industries (Foxconn) en China. Antes de Foxconn, Holden ocupó los cargos de tecnólogo sénior en PCB en Mentor Graphics y director de tecnología avanzada en NanYa/Westwood Associates y Merix Corporations. Trabajó asimismo en Hewlett-Packard durante 28 años. Ha ocupado también los puestos de director de I+D de PCB y director de ingeniería de fabricación. Mientras trabajaba en HP, dirigió las divisiones de diseño de PCB, alianzas en el sector y software de automatización en Taiwán y Hong Kong. Happy ha estado involucrado en tecnologías de PCB avanzadas durante más de 47 años. Ha publicado capítulos sobre tecnología HDI en 4 libros, así como su propio libro, un manual sobre diseño de HDI, el cual está disponible gratuitamente en formato electrónico en http://hdihandbook.com. Recientemente, ha completado con Clyde Coombs la séptima edición de un manual sobre circuitos impresos, publicado por McGraw-Hill.

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