Gestire in maniera automatizzata i documenti di produzione PCB

Andrea Longobardi
|  April 23, 2020

Sebbene molti aspetti legati al flusso di progettazione PCB richiedano ancora una supervisione attenta da parte del progettista, il tassello finale, ossia la generazione dei documenti di produzione e assemblaggio del PCB possono essere automatizzati garantendo una serie di importanti benefici. 

I vantaggi di un processo automatizzato sono fondamentalmente tre:

  1. Ridurre al minimo la possibilità di errori, evitando una procedura manuale, spesso ripetitiva e quindi prona a equivoci.
  2. Utilizzare una procedura ripetibile e uniforme, in maniera tale da ottenere coerenza sui file di produzione per tutti progetti sviluppati e per le loro diverse revisioni.
  3. Ottimizzare le tempistiche in fase di generazione dei file di produzione stessi, ma soprattutto in fase di costruzione del PCB. Infatti, una volta sviluppata una procedura automatica che generi dei file di produzione conformi alle necessità del produttore, i tempi per lo sviluppo e assemblaggio del PCB saranno certamente ridotti. 

Altium Designer permette l’automatizzazione della generazione dei file di produzione tramite un file specifico chiamato OutputJob (.OutJob). Grazie ad esso è possibile generare tutti i file di produzione necessari da fornire al costruttore del PCB con piena flessibilità e adattabilità al proprio flusso di progettazione.

Di seguito illustreremo come grazie ad OutputJob possiamo generare file di schematico, produzione PCB, assemblaggio, Bill of Material, modelli 3D e vista di Stack Up in maniera totalmente automatica e ripetibile. Viene utilizzato come esempio un circuito composto da un semplice regolatore boost Maxim MAX17223 con relative boccole di connessione di ingresso e di uscita.

Schematico in PDF

Il file di schematico non è strettamente necessario alla produzione del PCB ma è un documento essenziale che il progettista deve essere in grado di rilasciare sia per la fase di debug della scheda stessa che per lo sviluppo di revisioni successive. Grazie ad OutputJob si può generare un documento PDF indicizzabile per foglio di schematico, componente e net. Inoltre, ogni componente può mostrare tutte le sue caratteristiche incluse nella libreria semplicemente cliccandoci sopra.

A close up of a map

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File di produzione PCB

OutputJob consente di genere i file Gerbers e di forature necessari allo sviluppo del PCB. È possibile scegliere tra i vari formati più utilizzati con diverse risoluzioni. Lo sviluppatore può decidere quale layer includere o no nel set di Gerbers generati. 

Bill of Material

Anche la Bill of Material (BOM) può essere generata automaticamente da OutputJob in formato CVS o Excel, selezionando quali caratteristiche descrittive includere per ogni componente. A parte il riferimento del componente e part number si consiglia di aggiungere il produttore del componente, il distributore con relativo part number. Infine, una descrizione del componente stesso può risultare utile nel caso il fornitore di PCB desideri proporre un componente alternativo per una eventuale sostituzione.

A screenshot of a cell phone

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Schemi di Assemblaggio

Una volta sviluppato, il PCB passa in mano all’assemblatore, il quale dovrà posizionare i componenti sul di esso prima di effettuare la saldatura. Sebbene ormai questo processo sia totalmente automatizzato da macchinari di tipo Pick and Place, avere a disposizione un documento di assemblaggio è sempre di fondamentale importanza. 

Le motivazioni sono fondamentalmente tre. In primo luogo, il documento verrà utilizzato dal PCB assembler come verifica sull’operato della Pick and Place machine. In secondo luogo, alcuni componenti, per esempio thrugh hole o componenti ingombranti, potrebbero comunque essere posizionati a mano, rendendo necessario l’utilizzo del documento di assemblaggio da parte dell’operatore. In fine, in fase di debug tale documento è di fondamentale importanza per individuare la posizione di un determinato componete sul PCB in maniera rapida ed univoca.

 OutputJob insieme ad Altium Designer Draftsman possono essere utilizzati per generare in maniera automatica un file pdf di assemblaggio chiaro e dettagliato. I componenti posso essere facilmente individuati tramite il loro reference designator effettuando una semplice ricerca nel pdf. 

A close up of a logo

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Grazie alle potenzialità di Draftsman è possibile anche includere una vista 3D da varie angolazione del PCB, che ancora una volta può essere usata come linea guida per immaginare il prodotto finale durante il processo di assemblaggio. Infine, poterebbe risultare una buona scelta includere anche un layout view dei vari layers nel documento Draftsman, anch’essa utile in fase di debug.

Ovviamente tra i vari file che è possibile produrre con OutptJob ci sono anche i file di coordiniate componenti che verranno utilizzate in automatico dalle macchine di Pick and Place.

Modelli 3D

Al crescere del grado di integrazione e complessità dei PCB risulta di fondamentale importanza una immediata collaborazione con gli sviluppatori meccanici del prodotto finale. Infatti, una volta stabilita l’outline del PCB, è buona norma, prima di iniziare il layout vero e proprio della scheda, posizionare i componenti principali e verificarne l’assemblaggio con la parte meccanica del prodotto (case). Per far questo ancora una volta OutputJob viene in nostro aiuto fornendoci la possibilità di generare un modello 3D (per esempio in formato step) da condividere con i progettisti meccanici, i quali possono importarlo nel loro MCAD di riferimento e verificarne l’integrazione con la parte meccanica. Spesso si assiste ad una reiterazione di questo processo fino a raggiungere un placement finale in grado di soddisfare ambo le parti, dando il via libera per il routing del PCB.

A picture containing bottle

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PCB Stack Up

Sempre grazie a OutputJob e Draftsman è possibile generare un documento di PCB Stack Up riportante la spessore dei vari layers ed il loro ordine di deposizione. Sempre in questo documento è opportuno riportare il materiale dialettico usato tra i layer conduttivi con relativa costante dielettrica. Aspetto di particolare importanza per circuiti ad alte frequenze, i quali utilizzano tracce ad impedenza controllata per garantire un buon funzionamento. 

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Andrea Longobardi è un Ingegnere Elettronico con più di dieci anni di esperienza professionale nella progettazione di sistemi embedded, dalla fase iniziale di concetto alla messa in produzione. Andrea ha lavorato per diverse aziende internazionali come ST Microelectronics, ARM, Amazon Prime Air e Maxim Integrated.

Andrea possiede un’ampia esperienza su svariate applicazioni, come prodotti IoT, sistemi low power, piattaforme automotive, sistemi di controllo motori e droni.

Al momento Andrea è un consulente indipendente specializzato nella progettazione di sistemi embedded.La sua passione è quella di aiutare i suoi clienti con lo sviluppo PCB e firmware di sistemi embedded e IoT.

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