Tout ce qu'il faut savoir de la supply chain des PCB

La chaîne d'approvisionnement des PCB, souvent nommée par son anglicisme "supply chain", englobe plusieurs composants, des matières premières au circuit imprimé en tant que tel.

Les PCB et leurs assemblages sont souvent les composants les plus complexes sur le plan technique. Ils sont achetés pour les assemblages et les produits électroniques, et ils constituent le noyau central dans l'univers d'un produit électronique.

La complexité des PCB actuels engendre de nombreux défis pour les équipes de gestion de la supply chain, qui peuvent être sensiblement différents de ceux rencontrés concernant d'autres matières premières.

Dans ce petit guide, nous allons examiner en détail la supply chain des PCB, et plus particulièrement ce qui relève de la compétence d'une équipe de gestion des achats et de la chaîne d'approvisionnement.

• Anatomie de la supply chain des PCB
• Qui gère la chaîne d'approvisionnement d'un produit ?
• Défis liés à la gestion de la supply chain des PCB
• Chaîne de création de valeur des PCB
• Homologation du produit
  • Conception et layout de PCB
  • Fabrication et tests de PCB
  • Homologation et test des assemblages de PCB
• Résumé

Anatomie de la supply chain des PCB

La chaîne d'approvisionnement des PCB et de leurs assemblages englobe de nombreux fournisseurs et fabricants de matières premières et, bien entendu, les composants qui apparaissent sur le produit final.

Chaque étape de la chaîne d'approvisionnement, du concept au produit fini, fait appel à différentes ressources :

• Le noyau et les matériaux stratifiés des cartes nues, dont certains peuvent être interchangeables, comme indiqué dans les feuilles techniques. Ces matériaux puisent leurs ressources dans leur propre chaîne d'approvisionnement en termes de produits chimiques et de matières premières.
• Matières premières des cartes nues, à savoir les feuilles de cuivre et la fibre de verre tissée pour la fabrication des stratifiés.
• Matières premières supplémentaires, telles que les produits de nettoyage et les soudures pour l'assemblage, ainsi que les matériaux et les produits chimiques utilisés dans le processus de fabrication.
• Les outils et les matériaux utilisés dans la production de cartes nues et l'assemblage de PCB, qu'il s'agisse de matériaux de soudure, de revêtements, de précurseurs de placage, de produits de nettoyage et d'autres consommables.
• Les semi-conducteurs et les autres composants qui sont montés sur le PCB pour lui permettre de fonctionner. Les assemblages de PCB nécessitent un large éventail de composants pour assurer les fonctions et les capacités souhaitées dans un produit donné, et pourraient engendrer un risque s'ils ne sont pas sélectionnés dans une optique de durabilité.
• Les matériaux d'emballage et le boîtier, ou les boîtiers préformés, qui intégreront le produit fini et assureront la connectivité avec d'autres systèmes.

Une des difficultés de la gestion de la chaîne d'approvisionnement des circuits imprimés consiste à s'assurer que les nouveaux produits sont fabriqués à la bonne échelle et pendant la durée de vie du produits souhaitée.

Par exemple, mettre en place une chaîne d'approvisionnement durable à long terme en produisant un système complexe en un seul exemplaire est moins difficile que la production de millions d'unités sur plus de 10 ans.

Il s'agit également d'une considération importante dans la gestion du cycle de vie des produits. En effet, la durée de vie des produits s'achève lorsque les matières premières et les composants deviennent obsolètes.

Qui gère la chaîne d'approvisionnement d'un produit ?

Une fois que les exigences d'un produit sont définies et que les ingénieurs se mettent à la tâche, la conception du PCB et la sélection des composants déclencheront une chaîne de création de valeur (voir ci-dessous).

Le schéma de montage du PCB est la première représentation physique du produit.

La conception en vue de la fabrication (DFM) est nécessaire pour optimiser les performances et les coûts, mais aussi pour s'assurer qu'une conception peut être fabriquée à l'échelle souhaitée compte tenu des capacités de fabrication et d'assemblage du fabricant.

Les difficultés sont liées à la gestion des informations, la documentation et le transfert visant à préciser les exigences de conception et les autres attentes des fournisseurs.

• Approvisionnement : à moins qu'un fournisseur ne dispose d'une capacité de fabrication verticale, les considérations générales relatives aux stratégies d'approvisionnement en PCB et PCBA, ainsi que les critères à utiliser pour évaluer et sélectionner les fournisseurs, relèvent du service des achats.

• La sélection et la qualification des fournisseurs : d'autres personnes sont impliquées dans les considérations commerciales et les critères de sélection définis visant à évaluer et à approuver les fournisseurs. Ces processus comprennent l'évaluation technique des échantillons fournis par ce dernier.

• Contrôle, suivi et inspection des processus : une tâche récurrente dans la gestion de la chaîne d'approvisionnement électronique est le suivi du contrôle qualité. La plupart du temps, elle repose sur les meilleures pratiques en la matière telles que les principes Six Sigma, avec des recommandations spécifiques pour le contrôle des processus, les tests et l'inspection des PCB et de leurs assemblages chez le fournisseur.

• Validation du produit et feedback : enfin, des processus doivent être mis en place pour homologuer la conception, approuver le lot et inspecter continuellement les PCB reçus et leurs assemblages. Ils comprennent également des recommandations pour la gestion à long terme des fournisseurs qui minimisent les coûts de gestion en interne tout en maintenant une excellente performance.​

Défis liés à la gestion de la supply chain des PCB

La gestion de la chaîne d'approvisionnement électronique comporte plusieurs défis propres à ce secteur. Cela s'explique notamment par la complexité des produits et des systèmes électroniques, tant au niveau des cartes nues que des composants.

Voici quelques exemples.

Les circuits imprimés sont conçus sur mesure et ne peuvent donc pas être achetés dans un catalogue

En effet, aucun composant ne peut remplacer les cartes dans un assemblage ou un système plus important. En outre, si la carte est défaillante, c'est tout un sous-système qui risque de tomber en panne et l'assemblage du circuit imprimé devra être intégralement remplacé.

Les capacités et les performances varient considérablement d'un fournisseur à l'autre. Vous devez donc être extrêmement attentif lorsque vous les sélectionnez.

Tout comme les PCB nus, tous les semi-conducteurs ne sont pas remplaçables

Parfois, vous devez intentionnellement sous-concevoir une carte afin que plusieurs PN d'une famille de produits puissent être utilisés dans un assemblage de PCB. En effet, cette méthode permet de pallier les pénuries de semi-conducteurs.

Une autre solution à ce problème est de mettre en place plusieurs variantes et de gérer leurs cycles de vie individuellement.

Les processus de fabrication sont variés

De nombreux processus de fabrication sont utilisés pour créer des PCB et des PCBA. Ces processus vont de la photoimagerie et du placement précis des composants aux presses mécaniques pour la stratification et aux fours pour la refusion des soudures, en passant par le placage et la gravure chimique par voie humide, le perçage et le routage à grande vitesse.

Chacune de ces opérations comporte ses propres outils et matières premières, qui ne peuvent pas être remplacés.

Les PCB et leurs assemblages doivent fonctionner dans le cadre d'un système électrique

Cette performance est essentielle à la réussite du produit final.

Le circuit imprimé fournit évidemment des interconnexions entre les composants fixés sur la carte, mais, dans certains cas, il fonctionne comme un composant à part entière.

Il est parfois impossible de déterminer si le PCBA fonctionne correctement tant que votre équipe de conception n'a pas procédé à l'évaluation du produit fini.

Il n'est pas facile de retravailler les PCB et leurs assemblages

Bien que les composants d'un prototype d'assemblage de circuit imprimé puissent être remplacés, des pistes coupées et des connecteurs ajoutés, les PCB et leurs assemblages ne sont pas faciles à retravailler, renvoyer ou recycler si les exigences du produit changent.

En conséquence cela amène à des coûts supplémentaires et des surstocks.

Ce n'est qu'un aperçu des défis rencontrés dans la chaîne d'approvisionnement électronique en constante évolution, en particulier en ce qui concerne l'approvisionnement et la fabrication de semi-conducteurs.

La collaboration avec d'autres fournisseurs, la logistique et l'assemblage complexifient la recherche et l'approvisionnement en PCBA.

Chaîne de création de valeur des PCB

La valeur se définit comme « les avantages moins les coûts ».

Pour qu'un produit ait du succès, chaque segment doit percevoir de la valeur à chaque étape de la chaîne d’approvisionnement !

Comme indiqué ci-dessous, chaque segment a pour client le segment suivant. Ainsi, les segments sont des maillons de la chaîne de valeur.

Le choix d’un fournisseur dépend de l’importance relative de plusieurs dimensions extérieures à sa performance (voir le tableau ci-dessous). Ils ont des capacités et des atouts inhérents qui reposent sur leurs propres stratégies en matière de compétitivité.V

ous devez étudier ces capacités afin de déterminer si elles correspondent à votre stratégie d'approvisionnement et si le fournisseur est susceptible de devenir un partenaire commercial à long terme.

Définir les priorités de l'entreprise permet d'orienter la sélection initiale des fournisseurs et de déterminer si leurs performances répondent toujours à vos exigences.

Homologation du produit

Lorsqu’un nouveau produit est conçu, l’une des premières activités consiste à le décomposer en composants ou partitions qui permettront de le concevoir, le fabriquer, le vendre et offrir une assistance. Cependant, des normes de qualification peuvent être de mise, en fonction de la cible et du secteur concernés.

Cette étape est primordiale, car une erreur à ce niveau peut se traduire par un produit inadapté, trop coûteux ou pas suffisamment performant.

Conception et layout de PCB

Vous devez relever de nombreux défis lorsque vous concevez une nouvelle carte. Vous devez connaître les modèles de câblage afin de sélectionner les règles de conception et les constructions adaptées. Avec des vias borgnes et enterrés, les nouvelles structures sont plus variées et plus complexes que les cartes conventionnelles.

Vous devez impérativement savoir ce qui est rentable du point de vue de la conception en vue de la fabrication.

Des règles de conception spécifiques doivent être prises en compte pour les structures complexes. Chaque processus de fabrication peut avoir des considérations et des limites spécifiques. Les outils de conception, les empilages de pads et les routeurs automatiques sont tous utilisés différemment dans les conceptions complexes.

La personnalisation du processus de conception n'est pas encore une activité. Les nouveaux systèmes de CAO disposent également de systèmes experts qui prodiguent des conseils indispensables.

Le logiciel d'audit de la fabrication achève le processus de layout en procédant à une vérification approfondie des erreurs.

Fabrication et tests de PCB

Sur l'ensemble de la chaîne de création de valeur, la fabrication est devenue la plus établie.

Actuellement, plus de deux cents entreprises dans le monde utilisent au moins vingt processus différents pour fabriquer essentiellement les mêmes structures HDI/SLP.

Par exemple, la fabrication de micro via est la partie la plus facile, car les lasers, les graveurs et les photo-diélectriques se sont considérablement améliorés au fil des ans. Les défis concernent donc les processus fondamentaux : repérage, lithographie fine, métallisation et placage.

Sur les HDI/SLP complexes, tous ces éléments doivent être plus performants.

Bien que la tâche soit ardue, cette méthode est bénéfique pour tous les processus de fabrication des PCB.

Homologation et test des assemblages de PCB

L'assemblage a une nouvelle valeur à offrir avec les composants complexes à pas fins. Les composants peuvent être plus proches les uns des autres, ce qui permet de modifier les profils de refusion et la réparation.

À mesure que la partie supérieure se remplit, la partie opposée doit également intégrer davantage de composants. Cela modifiera également le processus d'assemblage et les profils de refusion.

Avec les nouveaux composants plus petits et plus denses, tels que les boîtiers à l'échelle de la puce ou les flip chips, le nombre total de connexions par centimètre carré augmente considérablement. Ces nouveaux composants plus petits avec des sous-remplissages ou des densités de connexion de surface très élevées peuvent faciliter l'interaction avec des structures complexes.

Les structures fines sont plus susceptibles de fléchir pendant les cycles thermiques, ce qui entraîne de nouveaux mécanismes et de nouveaux risques de défaillance, qui doivent être rigoureusement testés et évalués.

La dernière étape de la chaîne de valeur des PCB est le test de l’assemblage.

Cette étape pose de nouveaux problèmes avec les nouveaux composants à matrice de surface réduite.

Si des vias intégrés aux pads sont utilisés pour les composants de la matrice de la surface, après l'assemblage, aucun via adjacent ne devra être utilisé pour tester les sondes. La conception en vue des tests devient un élément majeur du partitionnement des systèmes.

Les tests effectués à partir du périmètre, du boundary scan ou de l'autotest intégré deviennent un facteur de conception majeur.

Désormais, les composants peuvent être si proches que les pads de test sont trop grands ou qu'il n'y a pas assez de place pour introduire une broche de test dans la zone. Ajouter des pads de test à la surface après la conception de la carte peut considérablement accroître sa complexité et son coût, et générer des parasites.

De nouveaux schémas de vérification au niveau de l'assemblage seront probablement développés. Ils ne nécessiteront pas l'utilisation du lit à clous classique, mais seront remplacés par des techniques de test sans contact plus rapides.

Résumé

Dans l'ensemble, la supply chain des PCB évolue rapidement, ce qui engendrera de nombreux défis pour les équipes de conception et de fabrication. La dernière chose que l'on veut entendre, c'est qu'un produit ne peut pas être fabriqué à grande échelle parce qu'on ne peut pas se procurer une seule résistance.

En travaillant conjointement et en admettant que tous les maillons de la chaîne sont interdépendants, nous pouvons fournir des solutions aux fournisseurs afin qu'ils livrent des produits de meilleure qualité.

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