Conseils de gestion des données de conception de PCB pour les projets multi-cartes

Un seul élément d'un projet peut générer une grande quantité de données, alors imaginez combien de données sont générées dans un projet de PCB multi-cartes. Chaque PCB nécessite un ensemble standard de sorties de conception PCB pour fabriquer une carte individuelle, chaque sortie devant être clairement nommée et marquée. Les fabricants de PCB ont besoin des sorties de chaque carte individuelle pour les produire et les assembler, ainsi que pour éviter les erreurs pendant le processus.

La gestion des données PCB garantit que nous suivons non seulement les données des PCB individuels, mais aussi les données au niveau de l'assemblage. Ces données au niveau de l'assemblage seront utilisées par un assembleur de produits ou par votre équipe interne d'assemblage pour construire le produit final, qui peut inclure des éléments mécaniques comme le câblage et les boîtiers. Dans cet article, je vais vous montrer à quoi tout cela peut ressembler pour aider à informer vos processus et flux de travail.

Paquets de données séparés ou combinés ?

Tout produit comportant plusieurs PCB disposera de données au niveau du produit ou de l'assemblage, ainsi que de données pour les PCB individuels de l'assemblage. Comment vos paquets de données pour ces éléments doivent-ils être catalogués et liés entre eux ?

Nous avons vu des entreprises mettre cela en œuvre de plusieurs façons. Sans un bon outil de conception de PCB multi-cartes, beaucoup d'entreprises se tournent vers beaucoup de copier-coller pour s'assurer que toutes les données au niveau PCB et au niveau assemblage sont alignées et cohérentes. Avec une bonne solution de conception multi-PCB, il est facile de suivre les cartes individuelles dans un seul assemblage, mais l'assemblage global nécessite encore des informations supplémentaires qui doivent être saisies par l'équipe de conception et l'ingénieur mécanique.

Nous trouvons que la hiérarchie optimale des données ressemble à ceci :

En se basant sur la hiérarchie ci-dessus, vous pouvez développer des paquets de données séparés pour chacun des blocs principaux, ou créer un paquet de données au niveau produit qui inclut tous les sous-ensembles. Le choix dépend des capacités de vos outils de conception PCB et de ceux qui doivent recevoir votre paquet de données. Par exemple, les fabricants de PCB n'ont besoin que des paquets de données des cartes individuelles, tandis qu'une équipe interne d'assemblage n'a besoin que des informations au niveau de l'assemblage.

Passons en revue chacune de ces zones comme indiqué dans la hiérarchie.

Données de production au niveau PCB

Dans un projet multi-cartes, chaque PCB possède ses propres sorties de conception PCB standard nécessaires pour fabriquer chaque carte :

• Gerbers, ODB++ ou IPC-2581
• Fichier de placement des composants (Pick and Place)
• Liste des matériaux avec numéros de pièce
• Fichiers de perçage
• Plans de fabrication et d'assemblage

Chaque PCB et PCBA doit avoir un numéro de pièce unique ; le numéro de pièce du PCBA devient important pour indiquer quels éléments de conception s'intègrent dans l'assemblage complet du produit. En décomposant les PCB en projets individuels de cette manière, il sera plus facile de les référencer dans les données globales de l'assemblage.

Un paquet de données PCB complet pour un projet multi-cartes sera finalement stocké sur une plateforme PDM ou, idéalement, sur une plateforme PLM. La plateforme PDM/PLM suit toutes les révisions et examens du produit et agit comme point de référence unique pour la révision actuelle du projet. Il existe deux options pour placer les données produit multi-PCB dans un PDM/PLM : créer des entrées PLM séparées pour chaque partie du produit (Option 1) ou créer une seule entrée PLM pour l'ensemble du produit (Option 2).

Nous pensons que suivre chaque PCB dans un projet multi-cartes unique (Option 2), similaire à la hiérarchie ci-dessus, a le plus de sens du point de vue de la gestion des données. Placer toutes les données produit dans une entrée PLM avec des révisions et approbations au niveau produit fournit une source unique de vérité pour tous les sous-ensembles du produit. Les logiciels ECAD compatibles multi-cartes avec une intégration directe dans les principaux systèmes PLM accélèrent la mise en œuvre de l'Option 2.

Cependant, il existe des situations où l'Option 1 est plus appropriée. Par exemple, certaines entreprises créent des lignes de produits modulaires pouvant être combinées de différentes manières ou réutilisent certains designs dans plusieurs produits. Dans ces cas, il n'est pas logique de dupliquer PCB1/PCB2, etc., dans plusieurs instances de produit dans un PLM. Un autre cas dans les grandes entreprises est lorsque différentes unités commerciales utilisent les designs d'autres unités dans des projets multi-cartes ; l'Option 2 nécessiterait également de copier les données des sous-ensembles dans plusieurs instances PLM, créant plusieurs sources de vérité et perturbant le flux de travail PLM standard.

Bibliothèques PCB pour projets multi-cartes

Chaque PCB contient des composants de bibliothèque, qui peuvent faire partie de projets distincts et peuvent même être maintenus par différents groupes d'ingénierie ou différentes entreprises. La gestion des bibliothèques pour des systèmes multi-cartes peut être très complexe en raison du nombre de parties prenantes et de participants qui créent les données CAD pour tous les PCB et leurs composants. Comment garantir que les données des composants sont précises et que les normes des modèles CAD sont respectées dans tous les projets PCB ?

Les entreprises qui réussissent et construisent des produits complexes disposent souvent d'une bibliothèque centralisée utilisée pour tous les projets, où une équipe ECAD dédiée peut appliquer les normes et contrôler tout changement des symboles/empreintes. Ces modèles sont ensuite intégrés aux données PCB de chaque PCB dans un assemblage multi-cartes.

Un défi lié au manque de cohérence provient de la collaboration avec des entreprises externes ou des sous-traitants. Les entreprises externes développant une partie d'un système multi-cartes peuvent avoir leurs propres standards de bibliothèque et processus, qui finissent par se retrouver dans le paquet de données de l'assemblage multi-cartes. C'est pourquoi il est si important qu’la bibliothèque PCB d'une équipe soit accessible aux parties externes via une plateforme cloud.

Données au niveau de l'assemblage produit

La plupart des produits utilisant plusieurs PCB ont des composants supplémentaires qui n'apparaissent dans aucune des listes de matériaux des PCB individuels. Cependant, ces composants supplémentaires sont nécessaires pour construire l'assemblage complet du produit et doivent donc être listés quelque part dans les données au niveau produit. Ces informations doivent être stockées quelque part et reliées aux PCB individuelles du système multi-cartes.

Si vous ne définissez pas un projet multi-cartes pour votre produit, vous pouvez créer un projet au niveau de l'assemblage dans votre outil CAD et spécifier chaque composant des PCBA comme ligne dans la liste de matériaux. Vous pouvez également définir des connexions entre PCB dans un schéma en utilisant le numéro de pièce PCBA individuel, le repère et le numéro de pièce applicable pour tout câblage. Les numéros de pièces pour les faisceaux de câbles personnalisés doivent également être inclus dans ces documents.

Remarquez comment la liste de matériaux au niveau produit spécifie chacun des numéros de pièce des PCBA qui seront inclus dans l'assemblage produit. Il existe également des numéros de pièces pour les faisceaux de câbles, câbles standards, pièces de boîtier, joints et même contacts à sertir pour connecteurs carte-à-carte. Chacun de ces éléments se reflète dans la plupart des schémas montrant les connexions électriques dans l'assemblage multi-cartes.

Plans d'assemblage multi-cartes

Les conceptions multi-cartes devront finalement être intégrées dans un produit physique. Pour s'assurer que cela est fait correctement, un plan d'assemblage est nécessaire pour l'ensemble du produit, et des plans d'assemblage individuels sont requis pour les PCB du système multi-cartes. Le plan d'assemblage de chaque PCB doit suivre le format typique attendu, complet avec notes d'assemblage et vue 3D ou rendu de la couche d'assemblage directement sur le plan.

Les rendus de couche d'assemblage pour les systèmes multi-cartes doivent montrer l'agencement de tous les PCB du système, y compris les modèles 3D assignés aux composants de chaque PCB. Le plan sert de base à l'assemblage de l'ensemble du système par une équipe après que les PCB individuelles soient assemblées et livrées pour l'assemblage au niveau produit.

Un autre rôle important d'un plan d'assemblage multi-cartes est de fournir des instructions d'assemblage pour les différentes cartes. Le plan et ses instructions sont remis aux techniciens qui assembleront la pile de PCB et monteront les PCB dans l'emballage du produit.

1. Les instructions doivent indiquer l'ordre dans lequel les cartes sont assemblées dans la pile interconnectée
2. Toutes les pièces mécaniques ou fixations doivent être détaillées dans les instructions d'assemblage
3. Le boîtier ou l'emballage (s'il est inclus dans le produit) doit également être listé dans le plan d'assemblage produit
4. Les instructions de manipulation (manipulation ESD-safe, prévention d'exposition chimique, élimination, etc.) doivent être spécifiées dans les instructions

Les instructions d'assemblage doivent faire référence aux numéros de pièce dans la liste de matériaux au niveau produit, y compris les numéros de pièces PCBA, pour qu'il n'y ait aucune confusion sur les composants impliqués dans chaque étape d'assemblage. Les instructions d'assemblage peuvent également être créées graphiquement dans des programmes de modélisation mécanique ; cela nécessite de transférer la conception électrique dans un logiciel MCAD afin de créer des rendus réalistes montrant les étapes graphiques de l'assemblage.

Suivi et diffusion des paquets de données d'assemblage multi-cartes

Lorsque vient le moment de produire un assemblage multi-cartes, les paquets de données individuels doivent être extraits du référentiel PLM et remis aux fabricants. Il est courant d'envoyer chaque PCB dans différentes installations de fabrication en raison des capacités et des délais requis pour produire chaque PCB du produit. Cela permet aux acheteurs de PCB de contrôler les délais et les coûts.

Les paquets de données pour les produits multi-PCB doivent être traités de la même manière que d'autres conceptions : en mettant l'accent sur la sécurité des données et la diffusion contrôlée des informations uniquement à des parties sélectionnées. Les responsables des achats et de l'ingénierie doivent pouvoir contrôler qui reçoit quelles parties du paquet de données multi-PCB.

Conception électrique :

• Séparer les données de fabrication et d'assemblage
• La fabrication et l'assemblage ne doivent pas recevoir les schémas
• La fabrication et l'assemblage ne doivent pas recevoir les modèles 3D de l'assemblage complet
• Ne pas envoyer les paquets au niveau produit à chaque fournisseur ; n'envoyez que les paquets de données PCB individuels

Conception mécanique / faisceau :

• La fabrication mécanique ne nécessite aucune donnée électrique
• Les responsables des achats peuvent avoir besoin de séparer les éléments mécaniques de la liste de matériaux au niveau produit
• Les fabricants de faisceaux ou câbles ont seulement besoin des informations d'interface ; ils n'ont pas besoin de recevoir de schémas électriques

Une fois chaque partie de la conception multi-cartes produite, elle peut être envoyée à l'assemblage pour produire le produit final. À mesure que le design passe à la révision suivante, l'ensemble du paquet peut être réintégré dans votre logiciel de conception pour effectuer des mises à jour électriques et mécaniques. Seul Altium Develop unifie ces disciplines via Altium Designer et l'intégration mécanique dans l'utilitaire MCAD CoDesigner.

Pour en savoir plus sur la conception et l'assemblage multi-cartes, lisez sur les fonctionnalités de création d'assemblage physique dans la documentation Altium. Ces outils permettent de créer des modèles 3D pour les assemblages PCB qui peuvent ensuite être transmis pour la conception des boîtiers en utilisant les fonctionnalités de collaboration MCAD dans Altium Develop. Cela permet aux ingénieurs mécaniques de visualiser un assemblage provisoire de votre matrice de cartes dans un logiciel MCAD standard de l'industrie comme SolidWorks, et l'emballage du produit peut être conçu autour de l'agencement 3D des PCB.

Que vous ayez besoin de construire de l'électronique de puissance fiable ou des systèmes numériques avancés, utilisez l'ensemble complet des fonctionnalités de conception PCB et des outils CAD de classe mondiale d'Altium. Altium fournit la principale plateforme de développement de produits électroniques au monde, avec les meilleurs outils de conception PCB de l'industrie et des fonctionnalités de collaboration interdisciplinaire pour les équipes de conception avancées. Contactez un expert Altium dès aujourd'hui !