Suggerimenti per la gestione dei dati di progettazione PCB per progetti multi-scheda

Un singolo elemento di un progetto può generare una grande quantità di dati, quindi immagina quanta ne viene generata in un progetto PCB multi-scheda. Ogni PCB necessita di un insieme standard di output di progettazione PCB per produrre una singola scheda, con ogni output chiaramente nominato e contrassegnato. I produttori di PCB hanno bisogno degli output di ciascuna scheda individuale per produrle e assemblarle, nonché per prevenire errori durante il processo.

La gestione dei dati PCB assicura che stiamo monitorando non solo i dati dei PCB individuali, ma anche i dati a livello di assemblaggio. Questi dati a livello di assemblaggio saranno utilizzati da un assemblatore di prodotto o dal tuo team interno per costruire il prodotto finale, che può includere elementi meccanici come cablaggi e involucri. In questo articolo ti mostrerò come può apparire tutto questo per aiutare a informare i tuoi processi e flussi di lavoro.

Pacchetti di dati separati o combinati?

Qualsiasi prodotto con più PCB avrà dati a livello di prodotto o assemblaggio, oltre ai dati dei singoli PCB nell’assemblaggio. Come dovrebbero essere catalogati e collegati tra loro i pacchetti di dati per questi elementi?

Abbiamo visto le aziende implementare questo in diversi modi. Senza un buon strumento di progettazione PCB multi-scheda, molte aziende ricorrono a molte operazioni di copia e incolla per garantire che tutti i dati a livello PCB e a livello assemblaggio siano allineati e coerenti. Con una buona soluzione di progettazione multi-PCB, è facile tenere traccia delle schede individuali all’interno di un singolo assemblaggio, ma l’assemblaggio complessivo necessita comunque di informazioni aggiuntive che devono essere inserite dal team di progettazione e dall’ingegnere meccanico.

Riteniamo che la gerarchia dei dati ottimale sia simile a questa:

Basandosi sulla gerarchia sopra riportata, puoi sviluppare pacchetti di dati separati per ciascuno dei blocchi principali, oppure creare un pacchetto di dati a livello prodotto che includa tutti i sotto-assemblaggi. Quale opzione sviluppare dipende dalle capacità dei tuoi strumenti di progettazione PCB e da chi deve ricevere il pacchetto di dati. Ad esempio, i produttori di PCB hanno bisogno solo dei pacchetti di dati delle schede individuali, mentre un team interno di assemblaggio ha bisogno solo delle informazioni a livello di assemblaggio.

Esaminiamo ciascuna di queste aree come mostrato nella gerarchia.

Dati di produzione a livello PCB

In un progetto multi-scheda, ogni PCB ha i propri output di progettazione PCB standard necessari per produrre ogni scheda:

• Gerber, ODB++ o IPC-2581
• File pick and place
• Distinta base con numeri di parte
• File di foratura
• Disegni di fabbricazione e assemblaggio

Ogni PCB e PCBA deve avere un numero di parte univoco; il numero di parte del PCBA diventa importante per indicare quali elementi di progettazione si inseriscono nell’assemblaggio completo del prodotto. Suddividendo i PCB in progetti individuali in questo modo, sarà più facile fare riferimento a essi nei dati complessivi dell’assemblaggio.

Un pacchetto di dati PCB completato per un progetto multi-scheda sarà infine archiviato in una piattaforma PDM o, idealmente, in una piattaforma PLM. La piattaforma PDM/PLM traccia tutte le revisioni e le revisioni del prodotto e funge da punto di riferimento unico per la revisione corrente del progetto. Ci sono due opzioni per inserire i dati multi-PCB in un PDM/PLM: creare voci PLM separate per ciascuna parte del prodotto (Opzione 1) o creare un’unica voce PLM per l’intero prodotto (Opzione 2).

Riteniamo che tracciare ogni PCB all’interno di un singolo progetto multi-scheda (Opzione 2), simile alla gerarchia sopra, abbia più senso dal punto di vista della gestione dei dati. Inserire tutti i dati del prodotto in un’unica voce PLM con revisioni e approvazioni a livello prodotto fornisce una fonte unica di verità per tutti i sotto-assemblaggi del prodotto. Il software ECAD compatibile con multi-scheda con integrazione diretta nei principali sistemi PLM accelera l’implementazione dell’Opzione 2.

Tuttavia, ci sono situazioni in cui l’Opzione 1 ha più senso. Ad esempio, alcune aziende creano linee di prodotti modulari che possono essere combinate in vari modi, o riutilizzano alcuni progetti in più prodotti. In questi casi, non ha senso duplicare PCB1/PCB2, ecc., in più istanze di prodotto in un PLM. Un altro caso che si verifica nelle grandi aziende è quando unità aziendali diverse utilizzano i progetti di altre unità in progetti multi-scheda; l’Opzione 2 richiederebbe anche di copiare i dati dei sotto-assemblaggi in più istanze PLM, creando più fonti di verità e interrompendo il flusso di lavoro standard PLM.

Librerie PCB per progetti multi-scheda

All’interno di ogni PCB sono contenuti componenti di libreria, che possono far parte di progetti distinti e possono anche essere gestiti da gruppi di ingegneria o aziende diverse. La gestione delle librerie per sistemi multi-scheda può essere molto complessa a causa del numero di stakeholder e partecipanti che creano i dati CAD per tutti i PCB e i loro componenti. Come garantire che i dati dei componenti siano accurati e che gli standard dei modelli CAD vengano applicati in tutti i progetti PCB?

Le aziende di successo che realizzano prodotti complessi hanno spesso una libreria centralizzata utilizzata per tutti i progetti, dove un team ECAD dedicato può applicare gli standard e controllare eventuali modifiche a simboli/impronte. Questi modelli vengono poi integrati nei dati PCB di ogni PCB in un assemblaggio multi-scheda.

Una sfida legata alla mancanza di coerenza deriva dalla collaborazione con aziende esterne o appaltatori. Le aziende esterne che sviluppano una parte di un sistema multi-scheda possono avere propri standard e processi di libreria, che finiscono per entrare nel pacchetto di dati dell’assemblaggio multi-scheda. Ecco perché è così importante che la libreria PCB di un team sia accessibile agli stakeholder esterni tramite una piattaforma cloud.

Dati a livello di assemblaggio prodotto

La maggior parte dei prodotti che utilizzano più PCB ha componenti aggiuntivi che non compaiono nelle distinte base di nessuno dei PCB individuali. Tuttavia, questi componenti aggiuntivi sono necessari per costruire l’assemblaggio complessivo del prodotto e devono quindi essere elencati da qualche parte nei dati a livello prodotto. Queste informazioni devono essere archiviate e collegate ai PCB individuali nel sistema multi-scheda.

Se non stai definendo un progetto multi-scheda per il tuo prodotto, puoi creare un progetto a livello di assemblaggio nel tuo strumento CAD e specificare ciascun componente delle PCBA come riga nella distinta base. Puoi anche definire le connessioni tra i PCB in uno schema utilizzando il numero di parte PCBA individuale, il riferimento e il numero di parte applicabile per eventuali cablaggi. I numeri di parte per i cablaggi personalizzati devono essere inclusi anche in questi documenti.

Nota come la distinta base a livello prodotto specifichi ciascun numero di parte PCBA che sarà incluso nell’assemblaggio del prodotto. Ci sono anche numeri di parte per cablaggi, cavi commerciali, parti di involucri, guarnizioni e persino contatti a crimpare per connettori scheda-a-scheda. Ciascuno di questi elementi è riflesso nella maggior parte degli schemi che mostrano le connessioni elettriche nell’assemblaggio multi-scheda.

Disegni di assemblaggio multi-scheda

Le progettazioni multi-scheda dovranno infine essere integrate in un prodotto fisico. Per garantire che ciò avvenga correttamente, è necessario un disegno di assemblaggio per l’intero prodotto e disegni di assemblaggio individuali per i PCB nel sistema multi-scheda. Il disegno di assemblaggio per ciascun PCB deve seguire il formato tipico previsto, completo di note di assemblaggio e vista 3D o rendering del layer di assemblaggio direttamente nel disegno.

I rendering del layer di assemblaggio per sistemi multi-scheda devono mostrare la disposizione di tutti i PCB nel sistema, inclusi i modelli 3D assegnati ai componenti di ciascun PCB. Il disegno viene utilizzato come base per l’assemblaggio dell’intero sistema da parte di un team dopo che i PCB individuali sono stati assemblati e consegnati per l’assemblaggio a livello prodotto.

Un altro ruolo importante di un disegno di assemblaggio multi-scheda è fornire istruzioni di assemblaggio per le varie schede. Il disegno e le istruzioni vengono consegnati ai tecnici che assembleranno la pila di PCB e monteranno i PCB nell’involucro del prodotto.

1. Le istruzioni devono indicare l’ordine in cui le schede vengono assemblate nella pila interconnessa
2. Eventuali parti meccaniche o fissaggi devono essere dettagliati come parte delle istruzioni di assemblaggio
3. L’involucro o l’imballaggio (se incluso nel prodotto) deve essere elencato anche nel disegno di assemblaggio del prodotto
4. Le istruzioni di manipolazione (manipolazione ESD sicura, prevenzione esposizione chimica, smaltimento, ecc.) devono essere specificate nelle istruzioni

Le istruzioni di assemblaggio devono fare riferimento ai numeri di parte nella distinta base a livello prodotto, inclusi i numeri di parte PCBA, per evitare confusione su quali componenti siano coinvolti in ciascun passaggio di assemblaggio. Le istruzioni di assemblaggio possono anche essere create graficamente in programmi di modellazione meccanica; ciò richiede di trasferire il progetto elettrico in un software MCAD per creare rendering realistici che mostrino i passaggi grafici dell’assemblaggio.

Tracciamento e rilascio dei pacchetti di dati di assemblaggio multi-scheda

Quando è il momento di produrre un assemblaggio multi-scheda, i pacchetti di dati individuali devono essere estratti dal repository PLM e consegnati ai produttori. È comune inviare ogni PCB in diversi stabilimenti di produzione a causa delle diverse capacità e tempi di produzione richiesti per ciascun PCB del prodotto. Ciò consente ai buyer di PCB di controllare tempi e costi.

I pacchetti di dati per prodotti multi-PCB devono essere gestiti allo stesso modo di altri progetti: con attenzione alla sicurezza dei dati e al rilascio controllato delle informazioni solo alle parti selezionate. I responsabili acquisti e ingegneria devono poter controllare chi riceve quali parti del pacchetto di dati multi-PCB.

Progettazione elettrica:

• Separare i dati di fabbricazione e assemblaggio
• Fabbricazione e assemblaggio non devono ricevere gli schemi
• Fabbricazione e assemblaggio non devono ricevere i modelli 3D dell’assemblaggio completo
• Non inviare pacchetti a livello prodotto a ciascun fornitore; invia solo pacchetti di dati PCB individuali

Progettazione meccanica / cablaggi:

• La fabbricazione meccanica non richiede alcun dato elettrico
• I responsabili acquisti potrebbero dover separare gli elementi meccanici dalla distinta base a livello prodotto
• I produttori di cablaggi hanno bisogno solo delle informazioni sull’interfaccia; non è necessario inviare schemi elettrici

Una volta prodotta ogni parte del progetto multi-scheda, può essere inviata all’assemblaggio per produrre il prodotto finale. Man mano che il progetto passa alla revisione successiva, l’intero pacchetto può essere reintegrato nel software di progettazione per effettuare aggiornamenti elettrici e meccanici. Solo Altium Develop unifica queste discipline tramite Altium Designer e l’integrazione meccanica nell’utility MCAD CoDesigner.

Per saperne di più sulla progettazione e assemblaggio multi-scheda, leggi le funzionalità di creazione dell’assemblaggio fisico nella documentazione Altium. Questi strumenti consentono di creare modelli 3D per gli assemblaggi PCB che possono poi essere utilizzati per la progettazione degli involucri grazie alle funzionalità di collaborazione MCAD in Altium Develop. Ciò consente agli ingegneri meccanici di visualizzare un assemblaggio preliminare della matrice di schede nel software MCAD standard del settore come SolidWorks, e l’imballaggio del prodotto può essere progettato attorno alla disposizione 3D dei PCB.

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