Catena di approvvigionamento PCB

Happy Holden
|  Creato: November 25, 2021

Introduzione

I circuiti stampati (PCB) e gli assemblaggi dei circuiti stampati (PCA) sono spesso i componenti più complessi a livello tecnico e vengono acquistati per gli assemblaggi elettronici e per i prodotti. Questa complessità crea diversi rischi per i responsabili della catena di approvvigionamento (SCM), rispetto ad altri componenti e articoli gestiti dal gruppo di lavoro.

Esempi di problemi relativi alla catena di approvvigionamento PCB

  • I PCB e i PCA sono progettati su misura, quindi non possono essere semplicemente acquistati da un catalogo. Esistono molti fornitori, ma le loro capacità e prestazioni variano notevolmente, richiedendo maggiore attenzione nella rispettiva selezione e valutazione.
  • Un'ampia varietà di processi di produzione viene utilizzata per creare PCB e PCA, che variano dalla foto-immagine dettagliata al posizionamento dei componenti, fino alle presse meccaniche per la laminazione e ai forni dedicati alla saldatura per rifusione, la placcatura e l'incisione chimica a umido, oltre alla perforazione e al routing ad alta velocità.
  • I PCB e i PCA devono funzionare come parte di un circuito elettrico e le prestazioni sono fondamentali per il successo del prodotto finale. Ovviamente, il PCB fornisce interconnessioni fra i componenti legati alla scheda, ma in alcuni casi funziona come un componente attivo indipendente. Potrebbe non essere possibile determinare il corretto funzionamento del PCA fino alla valutazione finale di prodotto da parte del gruppo di progettazione.

Sebbene in un PCA si possano sostituire i componenti, interrompere le tracce e aggiungere i ponticelli, i PCB e i PCA non possono essere facilmente rilavorati, restituiti o riciclati se i requisiti di prodotto cambiano, il che può comportare costi aggiuntivi e rischi indesiderati.

Nozioni di base sulla catena di approvvigionamento PCB

Tutto inizia dalla progettazione: Una volta che viene definito un prodotto e si mette in moto il processo ingegneristico, la progettazione del circuito e la selezione dei componenti scateneranno una serie di caratteristici eventi a catena. Il layout del circuito stampato è la prima rappresentazione fisica del prodotto. La progettazione dedicata alla produzione è necessaria per ottimizzare le prestazioni e i costi. Al fine di specificare i requisiti di progettazione e altri aspetti importanti per i fornitori è necessario gestire le informazioni, la documentazione e il relativo invio.

  • Gestione della catena di approvvigionamento del circuito stampato: A meno che un Produttore di Apparecchiature Originali (OEM) non sia uno dei pochi ad avere un processo verticale, le considerazioni generali per le decisioni di approvvigionamento dei PCB / PCA e i criteri utilizzati per valutare e selezionare i fornitori sono dedicate all'acquisto.
  • Selezione e valutazione del fornitore: Altri criteri descritti invece coinvolgono le considerazioni aziendali e la selezione per la valutazione dei fornitori, compresi i processi per eseguire le valutazioni tecniche dei campioni consegnati dal fornitore stesso.
  • Controllo, monitoraggio e ispezione dei processi in entrata: Il successo della catena di approvvigionamento consiste nel monitoraggio della metodologia di controllo qualità basata su sei principi sigma, con raccomandazioni specifiche per il controllo dei processi, oltre al collaudo e l'ispezione di PCB e PCA presso il fornitore.
  • Accettazione di prodotto e relativi commenti: Infine, interviene la gestione per la valutazione della progettazione, l'accettazione del lotto e la continua ispezione dei PCB / PCA ricevuti. Include inoltre le raccomandazioni per la gestione a lungo termine dei fornitori, che riducono al minimo i costi di gestione interni e mantengono un alto livello delle prestazioni.

Catena di distribuzione del valore del PCB

Il VALORE è definito come "Benefici meno costi". Per avere un prodotto di successo da immettere sul mercato, ogni segmento deve comprendere un valore nelle differenti fasi della catena di approvvigionamento! Come mostrato in Figura 1, ogni segmento comprende come cliente quello successivo. Pertanto, ogni segmento contribuisce alla catena del valore.

FIGURA 1: La catena di distribuzione del valore PCB è generalmente chiamata catena di approvvigionamento, ma dipende dalla determinazione del valore in ogni fase del processo.
FIGURA 1: La catena di distribuzione del valore PCB è generalmente chiamata catena di approvvigionamento, ma dipende dalla determinazione del valore in ogni fase del processo.

La scelta di uno specifico fornitore dipende dall'importanza relativa ai diversi aspetti legati alle prestazioni (vedi Tabella 1). I fornitori hanno capacità e punti di forza basati sulle relative decisioni strategiche legate alla concorrenza. Tali capacità determineranno le strategie di adattamento rispetto al processo di approvvigionamento e la relativa efficienza nel tempo come collaboratore commerciale. La valutazione delle esigenze aziendali determinerà la selezione iniziale dei fornitori e garantirà una continua soddisfazione dei tuoi requisiti.

Tabella 1: Criteri di rendimento dei fornitori di PCB
Tabella 1: Criteri di rendimento dei fornitori di PCB

Partizionamento del sistema:

Quando un nuovo prodotto viene concepito, una delle prime attività consiste nella suddivisione in componenti o partizioni, il che consentirà la relativa progettazione, produzione, vendita e supporto del prodotto stesso. Ciò è estremamente importante, in quanto un errore potrebbe portare ad un prodotto difettoso o troppo costoso, con il conseguente ritardo d'immissione sul mercato.

Circuito / Progettazione del prodotto:

La realizzazione di un prodotto riguarda principalmente la logica di progettazione, la simulazione dei circuiti, la selezione dei componenti, la personalizzazione dei circuiti integrati e i progetti meccanici. HDIS offre vantaggi sulle prestazioni elettriche e termiche. La chiave del valore è la capacità di simulare le caratteristiche migliorate, sia elettriche che termiche, delle numerose opzioni di progettazione.

Progettazione / Layout PCB:

Per progettare una nuova scheda bisogna affrontare numerose sfide. I modelli di cablaggio sono importanti per poter selezionare regole di progettazione e strutture multilivello adeguate. Con fori di via ciechi e sepolti, le nuove strutture saranno più varie e complicate rispetto alle schede convenzionali. Risulta quindi essenziale conoscere i vantaggi rispetto ad una prospettiva di progettazione basata sulla produzione.

Quando si hanno strutture complesse bisogna considerare regole di progettazione specifiche. Ogni processo di produzione può includere considerazioni e limitazioni specifiche. Gli strumenti di progettazione, gli stack delle pad e il tracciamento automatico, vengono utilizzati in modo diverso nei progetti complessi. La personalizzazione del processo di progettazione non è ancora un'attività comune. I sistemi CAD più recenti dispongono inoltre di sistemi pratici che forniscono i consigli necessari. Il software Manufacturability Audit completa il processo di layout, attraverso un controllo approfondito di eventuali incongruenze o errori.

Produzione dei PCB:

Nell'insieme del valore relativo alla catena di distribuzione, il processo di produzione è diventato il più consolidato. Attualmente, oltre duecento aziende in tutto il mondo stanno utilizzando almeno venti processi diversi per realizzare essenzialmente le stesse strutture HDI o simili a PCB. Ad esempio, la creazione di microvie è la parte più semplice, dato che la qualità dei laser, degli incisori e dei foto-dielettrici è migliorata rapidamente nel corso degli anni. Le sfide sono la base: Immatricolazione, cavi sottili, metallizzazione e placcatura. Su substrati complessi HDI o simili a PCB, tutti questi elementi devono funzionare ad un livello superiore. Sebbene sia un compito faticoso, risulta vantaggioso per tutti quei processi di produzione relativi a schede di cablaggio stampato.

Assemblaggio dei PCB:

L'assemblaggio offre un'innovativa qualità mediante componenti complessi. I componenti possono essere posizionati con una maggiore adiacenza, il che può modificare il ridimensionamento dei profili e la riparazione. Man mano che il lato superiore viene riempito, anche il lato opposto dovrà includere più componenti, fra cui molti attivi. Questo inoltre modificherà il processo di assemblaggio e il ridimensionamento dei profili. Grazie ad aree più piccole e dense dell'insieme e a nuovi componenti, come i micro pacchetti oppure i chip a collasso controllato (C4), il numero totale di connessioni per centimetro quadrato aumenta sensibilmente. Questi componenti più piccoli, con densità di contatto scarsa o molto elevata rispetto alla superficie, potrebbero avere un buon rapporto di affidabilità con strutture complesse. Le strutture sottili hanno maggiore probabilità di flettersi durante i cicli termici e questo introduce nuovi meccanismi che potrebbero generare guasti, rendendo necessaria un'accurata valutazione e successivi collaudi.

Collaudi dell'assemblaggio:

La fase finale della catena di valore del PCB è il collaudo a livello di montaggio. Questi recenti problemi si presentano con i nuovi componenti delle aree dell'insieme con dimensioni ridotte. Se le vias che attraversano le pad vengono utilizzate con i componenti dell'area dell'insieme, a seguito dell'assemblaggio non vi saranno vias interrotte da utilizzare per collaudare le sonde. Il collaudo di progetto diventa un elemento principale per il partizionamento di sistema. Il collaudo dal perimetro, la scansione dei bordi o la verifica automatica integrata, diventano fattori fondamentali legati alla progettazione. I componenti potrebbero essere così vicini che le pad di collaudo risulterebbero troppo grandi oppure non ci sarebbe spazio per inserire un pin di verifica nell'area. L'aggiunta di pad di collaudo alla superficie, una volta progettata la scheda, potrebbe aumentare notevolmente la sua complessità e il suo costo, oltre ad aggiungere dannosi difetti al circuito. A livello di assemblaggio, saranno probabilmente sviluppati nuovi schemi di verifica che non richiederanno il classico sistema a letto d'aghi, che sarà sostituito con tecniche di collaudo senza contatto.

Nel complesso, la catena di distribuzione del valore PCB rappresenterà una sfida per tutti noi. Lavorando insieme e comprendendo che ogni parte della consegna dipenderà dagli altri elementi del processo, ci permetterà di fornire soluzioni ai Produttori di Apparecchiature Originali (OEM), consentendo la relativa consegna di prodotti con qualità superiore. La comprensione di queste informazioni è il primo passo per sfruttare l'efficacia e le capacità della catena di approvvigionamento.

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Sull'Autore

Sull'Autore

Happy Holden, ora in pensione, ha lavorato presso la GENTEX Corporation, uno dei più grandi OEM di elettronica automobilistica degli Stati Uniti. Ha ricoperto il ruolo di Direttore tecnico presso la Hon Hai Precision Industries (Foxconn), uno dei più grandi produttori di PCB al mondo con sede in Cina. Precedentemente, è stato Tecnologo senior di PCB presso la Mentor Graphics e Responsabile di tecnologia avanzata presso NanYa/Westwood Associates e Merix Corporations. Ha anche lavorato presso la Hewlett-Packard per 28 anni, dove ha ricoperto i ruoli di Direttore della ricerca e sviluppo di PCB e Responsabile dell'ingegneria di produzione. Ha inoltre gestito la progettazione di PCB, le partnership PCB e il software di automazione a Taiwan e Hong Kong. Holden lavora nel campo delle tecnologie PCB avanzate da oltre 47 anni. Ha pubblicato capitoli sulla tecnologia HDI in 4 libri, così come il suo libro “HDI Handbook” disponibile come eBook gratuito all'indirizzo http://hdihandbook.com. Inoltre, ha completato la settima edizione del McGraw-Hill's PC Handbook con Clyde Coombs.

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