Co to jest łańcuch dostaw PCB?

Łańcuch dostaw PCB obejmuje wiele komponentów, surowców oraz samą płytę PCB. PCB oraz montaże PCB (PCAs) często są najbardziej technicznie złożonymi komponentami, które są kupowane do elektronicznych zespołów i produktów, i stanowią centrum wszechświata produktu elektronicznego. Złożoność nowoczesnych PCB prowadzi do kilku wyzwań dla zespołu zarządzania łańcuchem dostaw (SCM), które mogą być znacząco różne w porównaniu z innymi towarami zarządzanymi przez zespół.

W tym krótkim przewodniku przyjrzymy się dokładnie łańcuchowi dostaw PCB, a konkretnie temu, co wchodzi w zakres obowiązków zespołu zajmującego się zaopatrzeniem i zarządzaniem łańcuchem dostaw.

• Anatomia łańcucha dostaw PCB
• Kto zarządza łańcuchem dostaw produktu?
• Wyzwania w zarządzaniu łańcuchem dostaw PCB
• Łańcuch wartości dostarczania PCB
• Kwalifikacja produktu
  • Projektowanie PCB i układ PCB
  • Produkcja i testowanie PCB
  • Kwalifikacja i testowanie PCBA
• Podsumowanie

Anatomia łańcucha dostaw PCB

Łańcuch dostaw dla PCB i PCBA obejmuje szereg dostawców surowców, producentów oraz oczywiście komponenty, które pojawiają się na gotowej płycie PCB. Każdy krok w łańcuchu dostaw, od koncepcji projektu do gotowego produktu, czerpie zasoby z wielu obszarów:

• Podstawowe materiały płytek i laminatów, niektóre z nich mogą mieć zamienniki kompatybilne, jak określono w arkuszach zastępczych; czerpią one zasoby z własnego łańcucha dostaw pod względem chemikaliów i surowców.
• Surowce do produkcji płytek, a mianowicie folie miedziane i tkane szkło włókniste do konstrukcji laminatów.
• Dodatkowe surowce, takie jak produkty czyszczące i lut do montażu, a także materiały i chemikalia używane w procesie produkcji PCB.
• Narzędzia i materiały używane w produkcji gołych płytek i montażu PCB, obejmujące materiały lutownicze, powłoki, prekursory do platerowania, materiały czyszczące i inne materiały eksploatacyjne.
• Półprzewodniki i inne komponenty, które są montowane na PCB, aby nadać urządzeniu funkcjonalność. PCB wymagają szerokiej gamy komponentów, aby wspierać pożądane funkcje i możliwości w danym produkcie, co może stwarzać ryzyko, jeśli nie są wybierane z uwagą na zrównoważony rozwój.
• Materiały opakowaniowe i obudowy, lub gotowe obudowy, które będą zawierać gotowy montaż i umożliwiać łączność z innymi systemami.

Część wyzwania w zarządzaniu łańcuchem dostaw PCB polega na zapewnieniu, że nowe produkty są wykonalne w pożądanej skali i przez pożądany okres życia produktu. Na przykład, zapewnienie długoterminowego zrównoważonego łańcucha dostaw jest mniej ważne przy produkcji QTY 1 skomplikowanego systemu, podczas gdy może być znacznie trudniejsze przy produkcji przewidywanej ilości milionów przez okres 10+ lat. Jest to również ważne rozważanie w zarządzaniu cyklem życia produktu, ponieważ życie produktów kończy się, gdy surowce i komponenty osiągną EOL.

Kto zarządza łańcuchem dostaw produktu?

Po zdefiniowaniu wymagań produktu i rozpoczęciu pracy przez inżynierów, to projekt PCB i wybór komponentów rozpoczyna Łańcuch Wartości Zdarzeń (patrz poniżej). Układ drukowany jest pierwszą fizyczną reprezentacją tego produktu. Projektowanie pod kątem produkcji (DFM) jest wymagane jako sposób optymalizacji wydajności i kosztów, ale także aby zapewnić, że projekt można wyprodukować w pożądanej skali, biorąc pod uwagę możliwości produkcyjne i montażowe producenta. Wyzwaniem jest zarządzanie informacjami, dokumentacją i transferem w celu określenia wymagań projektowych i innych oczekiwań wobec dostawców.

• Zakup: Chyba że producent OEM jest jednym z nielicznych, który dysponuje własnymi możliwościami produkcyjnymi, ogólne rozważania dotyczące decyzji o źródłach dostaw PCB i PCA oraz kryteria, które powinny być stosowane do oceny i wyboru dostawców, są przekazywane do działu zakupów.

• Wybór i kwalifikacja dostawców: W proces zaangażowane są również inne podmioty, które zajmują się biznesowymi aspektami i kryteriami wyboru opisanymi w celu oceny i kwalifikacji dostawców, w tym procesy umożliwiające techniczną ocenę próbek dostarczonych przez dostawcę.

• Kontrola procesu, monitorowanie i inspekcja: Stałym zadaniem w zarządzaniu łańcuchem dostaw elektroniki jest monitorowanie metodologii zapewnienia jakości, często opartej na najlepszych praktykach jakościowych, takich jak zasady six sigma, z konkretnymi zaleceniami dotyczącymi kontroli procesów, testowania i inspekcji PCB i PCA u dostawcy.

• Akceptacja produktu i informacje zwrotne: W końcu muszą być wprowadzone procesy dotyczące kwalifikacji projektu, akceptacji partii i bieżącej inspekcji otrzymanych PCB i PCBA. Obejmuje to również zalecenia dotyczące długoterminowego zarządzania dostawcami, które minimalizują wewnętrzne koszty zarządzania, jednocześnie utrzymując wysoki poziom wydajności.

Wyzwania w zarządzaniu łańcuchem dostaw PCB

Zarządzanie łańcuchem dostaw w elektronice niesie ze sobą szereg wyzwań, których nie spotyka się w innych branżach. Wynika to częściowo z złożoności produktów i systemów elektronicznych, zarówno na poziomie gołej płytki, jak i poszczególnych komponentów. Przykłady wyzwań w łańcuchu dostaw elektroniki to:

• Płytki PCB i montaże PCBA są projektowane na zamówienie, więc nie można ich po prostu kupić z katalogu. W efekcie, nie ma idealnych zamienników dla płyt w większym zespole lub systemie. Ponadto, jeśli płyta zawiedzie, cały podsystem może przestać działać, a cały montaż PCBA będzie musiał zostać wymieniony. Istnieje wielu dostawców, ale ich możliwości i wydajność różnią się znacznie, co wymaga większej uwagi przy wyborze i kwalifikacji dostawców.

• Podobnie jak w przypadku gołych płyt PCB, nie wszystkie półprzewodniki mają idealne lub porównywalne zamienniki. Czasami trzeba celowo zaprojektować płytę poniżej optymalnych parametrów, aby można było użyć wielu numerów części (PN) z jednej rodziny produktów w montażu PCBA, co pomaga pokonać niedobory półprzewodników. Inną praktyką po stronie projektowej jest implementacja wielu wariantów i zarządzanie ich cyklami życia indywidualnie.

• Do produkcji PCB i PCA stosuje się szeroki wachlarz procesów produkcyjnych, począwszy od precyzyjnego fotoobrazowania i umieszczania komponentów, mechanicznych pras do laminowania oraz pieców do przepływu lutowniczego, mokrego chemicznego platerowania i trawienia, po szybkie wiercenie i frezowanie. Każdy z tych procesów wymaga własnych narzędzi i surowców, które nie mają idealnych zamienników.

• PCB i PCA muszą działać jako część systemu elektrycznego, a ich wydajność jest kluczowa dla sukcesu końcowego produktu. PCB oczywiście zapewnia połączenia między komponentami zamontowanymi na płycie, ale w niektórych przypadkach działa jako samodzielny komponent. Może nie być możliwe stwierdzenie, czy PCBA działa poprawnie, dopóki zespół projektowy nie oceni go jako części końcowego produktu.

• Chociaż komponenty na prototypowym PCBA mogą być wymieniane, ścieżki przecinane i dodawane zworki, PCB i PCA nie mogą być łatwo przerabiane, zwracane lub recyklingowane, jeśli wymagania produktu ulegną zmianie, co może prowadzić do dodatkowych kosztów i niechcianych zapasów.

To tylko niektóre z wyzwań pojawiających się w szybko zmieniającym się łańcuchu dostaw elektroniki, szczególnie wokół pozyskiwania i produkcji półprzewodników. Współpraca z innymi dostawcami, logistyka i montaż zwiększają złożoność pozyskiwania i zakupu PCBA.

Łańcuch wartości dostarczania PCB

WARTOŚĆ definiuje się jako „Korzyści minus koszty”. Aby produkt odniósł sukces na rynku, na każdym etapie łańcucha dostaw, każdy segment musi dostrzegać wartość! Jak widać poniżej, każdy segment ma następny segment jako klienta. W ten sposób każdy segment przyczynia się do łańcucha wartości.

Wybór konkretnego dostawcy zależy od względnej ważności kilku różnych wymiarów wydajności dostawcy (patrz tabela poniżej). Dostawcy mają wrodzone zdolności i mocne strony, które są oparte na ich własnych strategicznych decyzjach dotyczących tego, jak wybierają konkurować. Te zdolności będą decydować o tym, jak dobrze pasują do strategii zaopatrzenia i jak prawdopodobnie będą się sprawować jako trwały partner biznesowy. Zrozumienie, co jest najważniejsze dla biznesu, pokieruje początkowym wyborem dostawcy i zadecyduje, czy wydajność dostawcy nadal spełnia Twoje wymagania.

Kwalifikacja Produktu

Gdy nowy produkt jest początkowo koncepcją, jedną z pierwszych czynności jest podział produktu na komponenty lub sekcje, które umożliwią jego projektowanie, produkcję, sprzedaż i wsparcie. Jednak, w zależności od rynku docelowego i branży, mogą być wymagane określone standardy kwalifikacji. Jest to niezwykle ważne, ponieważ błąd w tym miejscu może skutkować produktem bez odpowiednich funkcji, produktem, który może być zbyt drogi, lub takim, który nie spełni wymaganych standardów wydajności.

Projektowanie PCB i Układ PCB

Projektując nową płytę, należy stawić czoła wielu wyzwaniom. Modele okablowania są ważne, aby móc wybrać odpowiednie zasady projektowania i konstrukcje. Z użyciem ślepych i zakopanych przelotek, nowe struktury są bardziej zróżnicowane i skomplikowane niż konwencjonalne płyty. Wiedza o tym, co jest opłacalne z perspektywy projektowania pod kątem produkcji, jest kluczowa.

W przypadku skomplikowanych struktur należy uwzględnić specjalne zasady projektowania. Każdy proces produkcyjny może mieć specjalne wymagania i ograniczenia. Narzędzia projektowe, stosy padów i autoroutery są wykorzystywane inaczej w złożonych projektach. Dostosowanie procesu projektowania nie jest jeszcze działaniem. Nowocześniejsze systemy CAD mają również dostępne systemy eksperckie, które dostarczają bardzo potrzebnej porady. Oprogramowanie do audytu produkowalności kończy proces układania z dokładnym sprawdzeniem pod kątem błędów lub pomyłek.

Produkcja i testowanie PCB

W całym łańcuchu dostarczania wartości produkcja stała się najbardziej ugruntowana. Obecnie ponad dwieście firm na całym świecie korzysta z co najmniej dwudziestu różnych procesów, aby wytworzyć w zasadzie te same struktury HDI/SLP. Na przykład, wykonanie mikroprzejścia jest łatwą częścią, ponieważ lasery, trawienie i fotodielektryki szybko się rozwijają na przestrzeni lat. Wyzwaniami są podstawy: rejestracja, litografia precyzyjnych linii, metalizacja i powlekanie. We wszystkich tych aspektach, w przypadku skomplikowanych HDI/SLP, muszą one działać na wyższym poziomie. Chociaż jest to z pewnością wymagające, przynosi to korzyści wszystkim procesom produkcji płyt drukowanych.

Kwalifikacja i testowanie PCBA

Montaż zyskuje nową wartość dzięki skomplikowanym komponentom o drobnym rozstawie. Elementy mogą być bliżej siebie, co może zmienić profile przepływu i naprawy. Gdy górna strona się zapełnia, przeciwna strona również musi pomieścić więcej komponentów, w tym wiele nowych. To również zmieni proces montażu i profile przepływu. Wraz z pojawieniem się nowszych, mniejszych i gęstszych komponentów typu area array, takich jak pakiety w skali chipa czy flip chip, całkowita liczba połączeń na centymetr kwadratowy dramatycznie wzrasta. Te nowsze, mniejsze komponenty z wypełnieniem pod spodem lub bardzo wysoką gęstością połączeń na powierzchni mogą mieć interakcje niezawodnościowe ze skomplikowanymi strukturami. Cienkie struktury są bardziej podatne na zginanie podczas cykli termicznych, co wprowadza nowe mechanizmy i możliwości awarii, które muszą być dokładnie ocenione i przetestowane.

Ostatnim etapem łańcucha wartości PCB jest testowanie na poziomie montażu. Pojawiają się tu całkiem nowe problemy związane z nowymi, mniejszymi komponentami w układzie powierzchniowym. Jeśli używane są via-in-pads z komponentami w układzie powierzchniowym, po montażu nie ma dostępnych via wyjściowych do testowania sondami. Projektowanie pod kątem testowania staje się kluczowym elementem dla podziału systemu. Testowanie z obwodu, skanowanie graniczne lub wbudowany autotest stają się ważnym czynnikiem projektowym. Komponenty mogą być teraz tak blisko siebie, że pady testowe są albo za duże, albo nie ma miejsca, aby wprowadzić igłę testową w daną przestrzeń. Dodawanie padów testowych na powierzchni po zaprojektowaniu płyty może znacznie zwiększyć jej złożoność i koszty, a także wprowadzić szkodliwe pasożyty. Prawdopodobnie zostaną opracowane nowsze schematy weryfikacji na poziomie montażu, które nie wymagają klasycznych urządzeń z łóżkiem z gwoździami, zastępując je szybszymi technikami testowania bezkontaktowego.

Podsumowanie

W sumie, rozwój łańcucha dostaw PCB następuje szybko i stworzy wiele wyzwań dla zespołów projektowych i produkcyjnych. Ostatnią rzeczą, którą ktokolwiek chciałby usłyszeć, jest to, że produkt nie może być produkowany na dużą skalę, ponieważ nie można zdobyć pojedynczego rezystora. Pracując razem i zdając sobie sprawę, że każda część dostawy będzie zależała od innych ogniw łańcucha, możemy dostarczać rozwiązania dla OEM, pozwalając im dostarczać produkty wyższej jakości.

Kiedy potrzebujesz natychmiastowego wglądu w łańcuch dostaw PCB podczas wybierania komponentów i planowania lub produkcji, użyj kompletnego zestawu narzędzi CAD w Altium Designer^®. Gdy Twój projekt będzie gotowy na dokładną recenzję projektu i produkcję, Twój zespół może dzielić się i współpracować w czasie rzeczywistym przez platformę Altium 365^™. Zespoły projektowe mogą używać Altium 365 do dzielenia się danymi produkcyjnymi i wynikami testów, a zmiany w projektach mogą być udostępniane przez bezpieczną platformę w chmurze i w Altium Designer.

Dotknęliśmy tylko powierzchni tego, co jest możliwe z Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.