Pronti a Crescere? È il Momento di Ottimizzare il Tuo Progetto PCB

Ho ricevuto una domanda eccellente sul mio LinkedIn recentemente, e questa riguarda come i progettisti e i responsabili degli acquisti debbano lavorare insieme per preparare un design alla scalabilità. La revisione pre-produzione e la scalabilità alla produzione di massa coinvolgono molte dimensioni di test del design, valutazione e modifica. Assumendo che tutto nel design sia stato approvato e non siano necessari ulteriori prototipi, si può quindi cercare di ottimizzare e progettare per costo, prestazioni, dimensioni, EMI, termico e probabilmente molte altre aree.

Aumentare il Volume

La prima domanda che probabilmente dovresti farti riguardo alla produzione di massa è molto semplice: qual è il tuo volume di produzione previsto?

Sono sorpreso di quante volte inizio un contratto di design solo per scoprire che il cliente non ha determinato quale sia il loro volume di produzione previsto. Capisco che a volte dipende dai numeri di vendita, ma una stima ragionevole è sempre utile. Questo sarà importante se iniziamo a guardare a sconti sui costi su certi componenti, possibili scambi di parti basati su prestazioni e affidabilità, o cambiamenti di design richiesti per conformarsi agli standard di affidabilità.

Alcune delle aree più grandi per la riduzione dei costi quando si acquista in volume si trovano di seguito. La grande sfida quando si produce in volume è affrontare queste aree senza sacrificare la resa produttiva, la qualità e l'affidabilità.

Questa lista mostra aree comuni in cui potrebbe essere richiesto di ridurre i costi per rispettare un budget o rendere il prezzo di un prodotto più competitivo. Ma la sfida nei casi sopra citati è prevenire problemi di qualità e garantire l'affidabilità. Quando si produce in volume, spesso si cerca una soluzione tecnicamente accettabile al prezzo più basso (LPTA). Ora esaminiamo alcuni semplici esempi che illustrano come possiamo prepararci per la produzione di massa.

Consolidamento del numero di parte

Questo dovrebbe essere il punto di partenza più ovvio per ridurre i costi migliorando al contempo l'affidabilità e la qualità del prodotto finale. Consolidare i numeri di parte significa utilizzare un singolo numero di parte in tutto il distinto base nella misura più ampia possibile. Fare ciò correttamente può comportare la messa in serie o in parallelo di componenti passivi per raggiungere i valori di progettazione target, l'utilizzo di un solo tipo di connettore a pin, ecc. Questo vi dà accesso a sconti per grandi volumi sui componenti, e questi risparmi possono sommarsi rapidamente quando si guardano alcuni componenti come i semiconduttori discreti e i connettori.

Il database di Octopart mostra gli sconti per acquisti di grandi volumi in tutta la catena di fornitura.

Consolidamento dei Pacchetti dei Componenti

Finalizzando la scheda, è possibile ottenere ulteriori sconti per quantità senza compromettere l'affidabilità consolidando in un'unica dimensione di pacchetto, specialmente per i componenti passivi. È comune vedere dimensioni di pacchetto miste su un pcb, e ciò di solito viene fatto per motivi di valutazione della potenza. Ma se si sa che certi componenti non richiedono una valutazione di potenza così elevata, si potrebbero cambiare i passivi con valori comuni in pacchetti più piccoli. Questo potrebbe permettervi di superare il prossimo ostacolo per gli sconti per volume, e richiede cambiamenti minimi al layout del PCB.

Materiali PCB

I materiali nel vostro PCB comportano sempre un certo costo, ma saranno il principale determinante delle prestazioni e dell'affidabilità. Se la vostra scheda non richiede un laminato avanzato FR4, materiale ad alto TG, materiale ad alto CTI, o PTFE allora non specificatelo nella vostra costruzione. Pensate all'ambiente operativo finale in cui esisterà la scheda prima di selezionare materiali più costosi per l'impilamento.

Lo stesso vale per i trattamenti superficiali. Nel momento in cui aggiungete un metallo prezioso al vostro trattamento superficiale vedrete un aumento dei costi. Se ciò non è necessario per prestazioni o affidabilità, allora attenetevi a placcature ImSn, HASL, o lega Sn-Pb.

Le placcature a base di oro in un PCB aumentano notevolmente i costi ma sono fortemente preferibili per l'affidabilità.

I rivestimenti superficiali e materiali aggiuntivi come i rivestimenti conformali aggiungono anche costi. Potrebbero essere un grande determinante dell'affidabilità o della funzionalità, quindi fate attenzione prima di passare a un materiale a costo inferiore o eliminare un materiale. Mantenete la vostra selezione di materiali all'interno della filosofia LPTA se il costo è un fattore competitivo maggiore per il vostro prodotto.

Caratteristiche della Scheda Nuda

Durante la produzione, ogni scheda passerà attraverso molte ispezioni e test per assicurarsi che sia stata fabbricata correttamente. Ma prima di portare una scheda in produzione, è tua responsabilità testare più prototipi per identificare eventuali difetti nella scheda che tendono a presentarsi ripetutamente. Il tuo team dovrà affrontare questi problemi approfonditamente come parte della pianificazione pre-produzione. Se il team di qualità del tuo produttore di contratto inizia a notare difetti ripetuti, torneranno da te per informarti di questi difetti in modo che il design possa essere migliorato. È difficile generalizzare quali siano i difetti più comuni per qualsiasi costruzione, ma alcuni di questi difetti comuni potrebbero includere:

• Saldatura insufficiente o eccessiva
• Ponte tra i pad
• Frammento di maschera di saldatura che si stacca
• Ponte o cortocircuiti interni nella PCB
• Connessioni scadenti ai pad (tombstoning, head-in-pillow, ecc.)

In qualche momento, ho visto ogni uno dei difetti in questa lista. Le istanze in cui ho sperimentato questi sono quando le caratteristiche della scheda diventano troppo aggressive per le capacità o quando un pattern di atterraggio non è progettato correttamente per il passo dei pin del componente (o entrambi). L'approccio più semplice qui è guardare ai limiti delle caratteristiche della scheda nelle capacità del tuo produttore e applicare un margine di sicurezza; questo può affrontare molti dei problemi di qualità più semplici riscontrati nell'assemblaggio.

Le NFP interne con bassa distanza pad-piano potrebbero creare una possibilità di corto circuito.

Scambio di Parti

Durante i tuoi test sui prototipi, potresti aver identificato alcuni scambi di parti che sono necessari per garantire l'affidabilità. Penso che il più comune di questi sia la necessità di aumentare il limite di temperatura per certe parti, cosa che sicuramente ho sperimentato.

Un altro ambito in cui ci sono opportunità di scambio di parti è nel livello di precisione per certi componenti come i passivi. Alcuni passivi necessitano di valori di precisione molto elevati, come quando vengono utilizzati per misurazioni di precisione e i loro valori fanno parte di un calcolo. Probabilmente l'esempio più comune è con le misurazioni di precisione in un ADC.

Se hai un mucchio di numeri di parte con precisione dell'1% sulla scheda dove non ne hai bisogno, sostituiscili con componenti con tolleranza del 5% o più larga. Questo ridurrà anche i costi. Finché è sui componenti giusti, non vedrai alcun effetto sull'affidabilità.

Pianificazione della Produzione

Tutto ciò che è stato detto finora si concentra sulla PCB e sulla PCBA, ma c'è ancora molto di più che entra nella produzione completa di un dispositivo elettronico e non solo delle PCB. La produzione di un prodotto spesso richiede di stipulare un contratto con un produttore per il guscio, i cavi e i collegamenti, i connettori e persino l'imballaggio del prodotto; non esiste un'installazione che faccia tutto. Non tutti i produttori di PCB assisteranno con questo, invece avrai a che fare con un altro produttore per completare questi compiti.

C'è anche la questione della logistica. Qualcuno deve prendersi carico di coordinare la consegna di tutti questi materiali e parti differenti. Le aziende che si stanno espandendo per la prima volta potrebbero anche dover implementare le proprie misure di controllo qualità interne sul prodotto finito, e anche per questo c'è uno sforzo logistico.

Quando un'azienda decide di portare un prodotto sul mercato, ci sarà molto lavoro di pianificazione pre-produzione che va oltre le PCB/PCBA. Esamina tutte le aree menzionate sopra con il tuo team, inclusi gli aspetti logistici. Decidi cosa rimarrà interno e cosa sarà affidato in outsourcing. Questo può includere anche la produzione o l'assemblaggio di componenti personalizzati come trasformatori e connettori su misura. Un po' di pianificazione iniziale semplifica tutto questo processo e ti aiuta ad arrivare sul mercato rapidamente con prodotti di alta qualità.

Se il tuo team sta creando prototipi avanzati o sta trasferendo un nuovo prodotto alla produzione, Altium Designer® offre ai progettisti di PCB tutto ciò di cui hanno bisogno per progettare tenendo conto dei costi e della qualità. Quando sei pronto per condividere i tuoi output con la tua casa di produzione, puoi utilizzare la piattaforma Altium 365™ per collaborare tra progettazione e produzione.

Abbiamo appena sfiorato la superficie di ciò che è possibile con Altium Designer su Altium 365. Inizia oggi la tua prova gratuita di Altium Designer + Altium 365.