¿Qué es la cadena de suministro de PCB?

La cadena de suministro de PCB, también llamada cadena de abastecimiento de PCB, abarca múltiples componentes, materias primas y la propia PCB. Las placas de circuito impreso y los montajes de placas de circuito impreso (PCA) suelen ser los componentes técnicamente más complejos que se adquieren para conjuntos y productos electrónicos, y constituyen el núcleo central de un producto electrónico. La complejidad de las placas de PCB modernas plantea varios desafíos a los equipos de gestión de la cadena de suministro (SCM), que pueden ser significativamente diferentes si se comparan con otros productos que dichos equipos gestionan.

En esta breve guía, analizaremos en profundidad la cadena de abastecimiento o suministro de PCB y, más concretamente, todo aquello que es competencia de un equipo de adquisición y gestión de la cadena de abastecimiento.

• Anatomía de la cadena de suministro de PCB
• ¿Quién gestiona la cadena de suministro de un producto?
• Desafíos de la gestión de la cadena de suministro de PCB
• Cadena de suministro de valor de PCB
• Cualificación del producto
  • Diseño y disposición de PCB
  • Fabricación y pruebas de PCB
  • Cualificación y pruebas de PCBA
• Resumen

Anatomía de la cadena de suministro de PCB

La cadena de suministro para PCB y PCBA engloba una serie de proveedores de materias primas, fabricantes y, por supuesto, los componentes que aparecerán en una PCB terminada. Cada paso a lo largo de la cadena de abastecimiento, desde la concepción del diseño hasta el producto final, requiere recursos de diversas áreas:

• El núcleo de la placa vacía y los materiales de laminado, algunos de los cuales pueden intercambiarse por otros compatibles, tal como se define en las hojas de especificaciones, obtienen los recursos de su propia cadena de suministro en lo que a productos químicos y materias primas se refiere.
• Materias primas para placas vacías, es decir, láminas de cobre y fibra de vidrio tejida para los laminados.
• Otras materias primas, como los productos de limpieza y soldadura para el montaje, así como materiales y productos químicos utilizados en el proceso de fabricación de las PCB.
• Herramientas y materiales utilizados en la producción de las placas vacías y en el montaje de las PCBA, que abarcan materiales de soldadura, recubrimientos, precursores para el chapado, materiales de limpieza y otros consumibles.
• Semiconductores y otros componentes que se montan en la PCB para conferir al dispositivo su funcionalidad. Las PCBA precisan de una amplia variedad de componentes para dar respuesta a las funciones y capacidades deseadas en un producto determinado, lo que podría generar riesgos si no se seleccionan teniendo en cuenta la sostenibilidad.
• Materiales para encapsulados y carcasas, o carcasas preformadas, que albergarán el conjunto acabado y permitirán la conectividad con otros sistemas.

Parte del desafío de gestionar la cadena de suministro o abastecimiento de PCB es garantizar que los nuevos productos sean fabricables a la escala deseada y durante toda la vida útil planificada. Por ejemplo, garantizar una cadena de suministro sostenible a largo plazo es menos importante al producir un sistema complejo en una sola unidad, pero puede resultar mucho más complicado si lo que se pretende es fabricar millones de unidades durante un periodo de más de 10 años. Esta es una consideración importante en la gestión del ciclo de vida de los productos, ya que la vida útil de los productos terminará cuando las materias primas y los componentes queden obsoletos.

¿Quién gestiona la cadena de suministro de un producto?

Una vez que se definen los requisitos de un producto y la ingeniería se pone manos a la obra, es el diseño de la PCB y la selección de los componentes lo que iniciará una cadena de acontecimientos de valor (ver más abajo). La disposición de la impresión es la primera representación física de ese producto. El diseño para la fabricación (DFM) es necesario como una forma de optimizar el rendimiento y el coste, pero también para garantizar que el resultado se pueda producir a la escala deseada en función de las capacidades de fabricación y montaje del fabricante. El desafío de gestionar la información, la documentación y la transferencia a fin de especificar a los proveedores los requisitos y las expectativas del diseño.

• Adquisición: A menos que el fabricante de equipos originales sea uno de los pocos que también dispone de la capacidad de producción vertical, las consideraciones generales para las decisiones de abastecimiento de PCB y PCA y los criterios que deben utilizarse para evaluar y seleccionar son cosa del departamento de compras.

• Selección y cualificación de proveedores: Otros participan en las consideraciones empresariales y los criterios de selección que se describen para evaluar y cualificar a los proveedores, incluidos los procesos para realizar las evaluaciones técnicas de las muestras proporcionadas por el proveedor.

• Control, supervisión e inspección de procesos: Una tarea continua en la gestión de la cadena de suministro de los productos de electrónica es la supervisión de la metodología de garantía de calidad, que a menudo se basa en prácticas de calidad recomendadas como, por ejemplo, los principios Six Sigma, con indicaciones específicas para el control de procesos, pruebas e inspección de PCB y PCA por parte del proveedor.

• Aceptación y feedback de productos: Por último, es necesario establecer procesos para la cualificación del diseño, la aceptación del lote y la inspección continua de las PCB y PCBA recibidas. También incluye recomendaciones para la gestión de proveedores a largo plazo que minimizan el coste de administración interna y mantienen un alto nivel de rendimiento.​

Desafíos de la gestión de la cadena de abastecimiento de PCB

La administración de la cadena de abastecimiento de electrónica conlleva una serie de desafíos que no se dan en otros sectores. Esto se debe parcialmente a la complejidad de los productos y sistemas electrónicos, tanto a nivel de placa vacía como a nivel de componentes individuales. Algunos ejemplos de los desafíos de la cadena de suministro de electrónica son los siguientes:

• Las PCB y los PCA están diseñados a medida y, en consecuencia, no es posible adquirirlos por catálogo. Es decir, no existe el reemplazo perfecto para las placas de un conjunto o sistema mayor. Además, si la placa falla, puede fallar todo un subsistema y será necesario reemplazar la PCBA completa. Hay muchos proveedores, pero sus capacidades y rendimientos varían ampliamente, lo que obliga a prestar más atención a su selección y cualificación.

• Del mismo modo que ocurre con las PCB vacías, no todos los semiconductores tienen reemplazos perfectos o comparables. Con frecuencia, es necesario infradiseñar intencionadamente una placa para poder utilizar múltiples PN de una familia de productos en la PCBA, ya que esto ayuda a superar la escasez de semiconductores. Otra práctica desde el punto de vista del diseño es implantar múltiples variantes y gestionar sus ciclos de vida individualmente.

• Se utilizan una amplia variedad de procesos de fabricación para crear PCB y PCA, que van desde la elaboración de imágenes fotográficas precisas y la colocación de componentes, prensas mecánicas para laminación y hornos para reflujo de soldadura, laminado y grabado químico en mojado hasta el taladrado y el enrutamiento a alta velocidad. Cada uno de estos procesos requiere sus propias herramientas y materias primas, que no tienen sustitutos perfectos.

• Las PCB y los PCA deben elaborarse como parte de un sistema electrónico, y su rendimiento es fundamental para el éxito del producto final. Obviamente, la PCB proporciona interconexiones entre componentes conectados a la placa, pero, en ocasiones, funciona como un componente propio. Puede que no sea posible determinar si la PCBA funciona correctamente hasta que el equipo de diseño la haya evaluado como parte del producto final.

• Aunque los componentes de un prototipo de PCBA se pueden reemplazar y las pistas se pueden cortar y puentear, las PCB y los PCA no se pueden volver a procesar, devolver o reciclar fácilmente si los requisitos del producto cambian, lo que puede generar un coste adicional y un inventario no deseado.

Estos son solo algunos ejemplos de los desafíos que aparecen en la cadena de suministro de la electrónica en constante evolución y, más concretamente, en torno al abastecimiento y la fabricación de semiconductores. El trabajar con otros proveedores, logística y montajes se suma a la complejidad del abastecimiento y aprovisionamiento de PCBA.

Cadena de suministro de valor de PCB

Podemos definir VALOR como "los beneficios menos los costes". Para que un producto se comercialice de manera exitosa, es necesario que se perciba un valor en cada uno de los eslabones de la cadena de abastecimiento.  Tal como se muestra a continuación, cada segmento tiene al siguiente segmento como cliente. Por lo tanto, cada eslabón contribuye a la cadena de valor.

La elección de un proveedor determinado depende de la importancia relativa de varias dimensiones diferentes del desempeño del proveedor (ver la tabla a continuación). Los proveedores tienen capacidades y puntos fuertes inherentes en función de sus propias decisiones estratégicas sobre cómo participar en el mercado. Esas capacidades determinarán lo bien que puedan adaptarse a tu estrategia de aprovisionamiento, así como la probabilidad de que se conviertan en un socio comercial permanente. Entender qué es lo más importante para la empresa, guiará la selección inicial del proveedor y determinará si su rendimiento seguirá respondiendo a tus necesidades.

Cualificación del producto

Cuando se concibe un nuevo producto, una de las primeras tareas es dividirlo en componentes o particiones que permitan diseñarlo, fabricarlo, venderlo y brindar asistencia para éste. Sin embargo, es posible que se requieran normas de cualificación, en función del mercado objetivo y del sector. Esto es extremadamente importante, ya que un error en este paso puede dar lugar a un producto sin las características correctas, que pueda resultar demasiado caro o que pueda no cumplir con los estándares de rendimiento requeridos.

Diseño y disposición de PCB

Hay que enfrentarse a muchos retos a la hora de diseñar una nueva placa de circuito impreso. Es importante conocer los modelos de cableado para seleccionar las reglas de diseño de PCB y las construcciones adecuadas. Con vías ciegas y enterradas, las nuevas estructuras son más variadas y complicadas que las placas convencionales. Es fundamental determinar qué es rentable desde el punto de vista del diseño para la fabricación.

En el caso de estructuras complejas, hay que tener en cuenta normas de diseño particulares. Cada proceso de fabricación puede tener consideraciones y límites especiales. Las herramientas de diseño, las pilas de almohadillas y los enrutadores automáticos se utilizan de forma diferente en diseños complejos. La personalización del proceso de diseño todavía no es una actividad. Los sistemas CAD más recientes también disponen de sistemas expertos que proporcionan un asesoramiento muy necesario. El software de auditoría de fabricación concluye el proceso de diseño con una comprobación exhaustiva de cualquier fallo o error.

Fabricación y pruebas de PCB

De toda la cadena de suministro de valor, la fabricación se ha convertido en la más consolidada. Actualmente, más de doscientas empresas en todo el mundo utilizan al menos veinte procesos diferentes para fabricar esencialmente las mismas estructuras HDI/SLP. Por ejemplo, hacer microvías es hoy en día muy sencillo, ya que los láseres, los grabadores y los fotodieléctricos han mejorado rápidamente con el paso de los años. Los desafíos se mantienen en los elementos más básicos: el registro, la litografía de línea fina, la metalización y el laminado. En los HDI/SLP complejos, todos estos elementos deben rendir a un nivel superior. Aunque esto puede resultar ciertamente agotador, acabará por beneficiar a todos los procesos de fabricación de placas de circuito impreso.

Cualificación y pruebas de PCBA

El montaje de PCB tiene un nuevo valor que ofrecer con componentes complejos de paso fino. Los componentes pueden estar más juntos, lo que puede cambiar los perfiles de reflujo y la reparación. A medida que la parte superior de la placa se va llenando, el lado opuesto también debe poder admitir muchos más componentes. Esto también alterará el proceso de montaje y los perfiles de reflujo. Con nuevos componentes de matriz de área más pequeños y densos, como los paquetes de escala de chips o los flip 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 tener una interacción fiable con estructuras complejas. Es más probable que las estructuras finas se flexionen durante los ciclos térmicos, lo que introduce nuevos mecanismos y posibles situaciones de error, que deben evaluarse y probarse a fondo.

La etapa final de la cadena de valor de PCB es la prueba a nivel de montaje. Esto plantea problemas hasta ahora inéditos debido a los nuevos componentes de matriz de menor superficie. Si se utiliza el sistema de vía en pad con los componentes de la matriz de área, no habrá vías de ruptura que utilizar para las comprobaciones después del montaje. El diseño para la comprobación pasa a ser un ingrediente importante en el momento de la partición del sistema. Las pruebas desde el perímetro, el escaneo de límites o la incorporación de autopruebas se han convertido en un factor de diseño importante. Los componentes pueden estar tan cerca los unos de los otros que las almohadillas de prueba resulten demasiado grandes o no haya espacio para introducir un pin de prueba en el área. Añadir almohadillas de prueba a la superficie después de diseñar la placa puede aumentar en gran medida su complejidad y coste, además de añadir elementos parásitos perjudiciales. Lo más probable es que se desarrollen nuevos esquemas de verificación a nivel de conjunto que no requieran los clásicos sistemas de "cama de clavos"», sustituyéndolos por técnicas de prueba más rápidas y sin contacto.

Resumen

En definitiva, los avances en la cadena de abastecimiento de PCB se suceden con rapidez y seguirán planteando nuevos retos a los equipos de diseño y fabricación. Lo último que alguien quiere oír es que no se puede fabricar un producto a gran escala por culpa de que no se ha podido conseguir una resistencia determinada. Gracias al trabajo en común, y siendo conscientes de que cada eslabón de la cadena depende de los demás, hemos logrado ofrecer soluciones a los fabricantes de equipos originales, que les permiten elaborar productos de calidad superior.

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