Bibliotecas Centralizadas de Componentes – Melhores Práticas para Equipes de Hardware

Aqui está algo que ninguém me disse até eu estar quatro anos na minha carreira freelance como engenheiro de hardware: a biblioteca de componentes e gerenciá-la bem são o verdadeiro gargalo no design de PCB.

Não é tanto o design do circuito ou mesmo o layout do PCB. São os componentes, sua disponibilidade e sua adequação.

Eu, junto com outros engenheiros, passamos horas ou dias procurando os conectores e cabeçotes certos em uma biblioteca porque não sabíamos qual versão era a correta.

Tive placas atrasadas por semanas porque resistores, capacitores e outros passivos tinham o número de peça do fabricante errado, sem estoque ou estavam EOL. Também vi situações em meio a cotações onde um chip aparecia como NRND ou EOL em uma ferramenta de gestão de BOM.

Esses problemas consomem um enorme tempo mesmo após o layout do PCB estar concluído. Infelizmente, dado o número de componentes em qualquer BOM, essas situações ocorrem com alta probabilidade; elas não são exceções raras.

Neste artigo, exploraremos as melhores práticas para construir e manter bibliotecas de componentes centralizadas para que sua equipe de hardware possa avançar mais rápido e evitar surpresas na produção.

Principais Conclusões

• Bibliotecas de componentes mal gerenciadas ou descentralizadas são um grande gargalo no design de PCB, muitas vezes causando mais atrasos do que o trabalho de esquemático ou layout.
• Quando cada engenheiro gerencia as peças de maneira diferente, você acaba com peças duplicadas, footprints inconsistentes e modelos 3D faltando, o que leva a erros e desperdício de tempo durante a cotação e produção.
• Um sistema centralizado poderoso precisa de um fluxo de trabalho claro de criação de peças, símbolos e footprints padronizados, controle de versão rigoroso e papéis de revisão/aprovação definidos.
• Bibliotecas centralizadas eficazes incluem capacidades como visualizações de peças, rastreamento de uso em designs, visibilidade de ciclo de vida/status, atualizações em todo o ecossistema, comentários e as últimas verificações de estoque e disponibilidade.
• A manutenção contínua, além de acesso claro e permissões, garante que a biblioteca permaneça precisa, suporte alternativas e mantenha os projetos de hardware em movimento sem surpresas de última hora na cadeia de suprimentos.

O que Acontece Quando Cada Um Faz do Seu Jeito

Imagine que você tenha cinco engenheiros. Cada um tem sua própria maneira de gerenciar as peças. Um engenheiro faz todos os pinos “passivos” porque é mais rápido. Outro gasta muito tempo aperfeiçoando cada peça. Outro simplesmente trabalha com bibliotecas de peças baixadas como estão, após algumas verificações visuais rápidas.

Avance rápido dois anos através de múltiplos designs. Você acaba com:

• O mesmo número de peça do microcontrolador STM32 salvo sob quatro nomes diferentes.
• Padrões de resistores com diferentes pátios e pads (o que é importante para os níveis de densidade IPC).
• Peças sem modelos 3D ou com modelos 3D diferentes, então a mecânica não pode verificar os espaços livremente.
• Chips que ainda aparecem como obsoletos mesmo em novos projetos.

Frequentemente, você não descobre o que está faltando até tentar obter um orçamento. Você perde um pequeno detalhe = você pode facilmente perder um dia inteiro de trabalho.

Como Corrigir o Problema das Peças Whack-a-Mole (Sem Enlouquecer)

Aqui está o que funciona na prática. Existem seis passos principais para construir um fluxo de trabalho de componentes centralizado robusto que captura erros antes que eles se tornem atrasos, redesigns ou trabalhos perdidos.

• Para uma análise ainda mais detalhada, veja um artigo dedicado sobre gestão de biblioteca ECAD se sua equipe precisar de um mergulho mais profundo.

Passo 1: Defina Seu Fluxo de Trabalho de Criação de Componentes

Cada peça que você cria precisa:

• Símbolo esquemático
• Padrão de PCB
• Informação do componente (descrição detalhada do componente, fabricante, número da peça do fabricante, especificações chave como voltagem e corrente, link para a ficha técnica ou arquivo, modelos de simulação, etc.)
• Local de armazenamento que todos possam acessar

Este é o seu ponto de partida. Todo design de hardware precisa destes para cada componente.

Passo 2: Criar Símbolos Esquemáticos de Forma Universal

Para símbolos esquemáticos:

• Use símbolos padrão IEC/IEEE. Engenheiros seniores podem ler seus esquemáticos mais rapidamente. Se precisar mostrar o layout real dos pinos para depuração, faça uma segunda versão do símbolo.
• Defina os tipos de pinos corretamente. Não marque tudo como “passivo”. Use entrada, saída, bidirecional, alimentação conforme necessário (consulte a folha de dados). Tipos de pinos corretos ajudam o DRC a capturar problemas automaticamente.
• Adicione uma descrição detalhada. Escreva o que o dispositivo faz e onde é usado, por exemplo, “STM32F4 ARM Cortex-M4, 168 MHz, usado para controle de motor nos Produtos A, B, C.” Você do futuro agradecerá.
• Inclua um número de peça interno da empresa. Isso permite mapear vários números de peça do fabricante para o mesmo dispositivo interno.
• Armazene símbolos onde todos possam acessá-los. Use um drive de rede com controle de versão, armazenamento em nuvem com versionamento integrado, ou Git/SVN.
• Use pré-visualizações de símbolo e footprint se possível.Escolha um sistema ou PLM que permita visualizar sem necessidade de download, ou faça upload de imagens de pré-visualização de símbolos, footprints e modelos 3D.

Etapa 3: Lidar com Footprints Sem Complicar

Footprints são mais simples que símbolos. Siga estes passos:

• Nomeie-os usando IPC-7351. Isso garante uma nomenclatura consistente e significativa.
• Baixe um pacote inicial de footprints padrão. Obtenha seus footprints comuns 0201, 0402, 0603, 0805, 1210, SOIC, SSOP e outros padrões de uma fonte confiável (por exemplo, Octopart) de uma só vez. Isso cobre a maioria das peças que você usará.
• Para modelos de dispositivos personalizados, faça o download conforme necessário. Para conectores, indutores e outras peças únicas, baixe footprints conforme necessário, teste-os localmente e, em seguida, insira-os no processo de liberação para o hub centralizado.
• Inclua padrões de terra para diferentes densidades de placa. Isso é especialmente importante para PCBs HDI e para corresponder aos métodos de soldagem usados por seus fabricantes.

Etapa 4: Configurar o Controle de Versão

Em um dos meus cargos anteriores, um engenheiro elétrico sênior não estava usando controle de versão consistentemente. Alguns meses em um projeto, o Diretor de Engenharia percebeu que um resistor havia mudado de 3 kΩ para 10 kΩ. Ele tinha um esquemático impresso da semana anterior mostrando o valor correto.

A causa provável: uma solução de circuito alternativa foi copiada para o novo design e o valor do resistor nunca foi alterado de volta.

Eu cometi erros semelhantes com detalhes de design de chicotes. O circuito correto, mas dois rótulos de fios estavam errados. Nesse caso, um esquemático salvo no SVN pode ser usado para reverter tudo para as versões corretas em minutos.

Seja você usando Git, SVN, PLM ou uma solução na nuvem, você precisa de controle de versão digital e um processo de aprovação rastreável conectado ao seu software de design. Notas visuais sozinhas não são suficientes.

Etapa 5: O Processo de Aprovação

Você não pode usar uma peça na produção ou protótipo até que ela tenha sido liberada. Então, aqui está um fluxo de trabalho de aprovação simples:

1. Rascunho do Componente
    
   • Você faz a peça. Ela funciona funcionalmente, mas não está aprovada.
   • Marque como Rascunho 01, Rascunho 02, etc.
      
2. Revisão de Componente
    
   • Alguém verifica a pegada em relação à folha de dados.
   • Alguém verifica o número da peça.
   • Alguém confere se o modelo 3D se encaixa na caixa.
   • Os problemas são notados e corrigidos.
      
3. Componente Liberado
    
   • Uma vez que passa pela revisão, torna-se Revisão A.
   • Agora todos podem usá-lo. É oficial.

Se você precisar alterar uma peça liberada, mova-a de volta para um rascunho (por exemplo, A1), revise novamente, então libere-a como Revisão B.

Exemplo de numeração de versão:

• Rascunho 01, Rascunho 02, Rascunho 03…
• Aprovado → Liberado = Revisão A
• Próximo ciclo de mudança → Rascunho → Revisão → Revisão B

Regra: Sempre deixe um comentário claro explicando a mudança chave que você fez. Não apenas “parte atualizada”, mas “Alterado o tipo do pino 7 de não especificado para energia porque o DRC estava falhando na Folha 4.” Daqui a seis meses, alguém vai se perguntar por que você mudou e pode reverter. Comentários previnem isso.

Etapa 6: Quem Revisa e Aprova O Quê

Ter um processo de aprovação padrão torna tudo mais rápido e confiável.

Atribuir propriedade clara:

• Um engenheiro sênior aprova todas as peças analógicas.
• Outro aprova as peças digitais.
• O engenheiro mecânico verifica os modelos 3D e as folgas.
• Um diretor ou líder dá a aprovação final.

Coloque o nome do proprietário nas informações da peça. Quando alguém tem uma dúvida sobre um STM32, sabe exatamente a quem perguntar.

Em empresas com dezenas de milhares de componentes, é comum atribuir uma parte significativa da gestão da biblioteca a um engenheiro e adicionar mais pessoas conforme necessário. Os designers de PCB podem então focar no layout, os engenheiros eletrônicos nos circuitos e os engenheiros de hardware na integração do sistema.

À medida que sua empresa cresce, você pode até ter uma pessoa em tempo integral para a “biblioteca”. Tudo passa por ela, o que torna a biblioteca mais consistente e previsível.

Onde Armazenar Tudo

Você precisa de um lugar para armazenar todos os modelos de componentes (footprints de PCB, símbolos esquemáticos, modelos 3D, etc.). Não espalhados por laptops locais e pastas aleatórias.

Uma estratégia comum: os engenheiros trabalham com uma cópia local da biblioteca de componentes, modificam-na, verificam as peças em projetos reais e, em seguida, enviam os componentes atualizados de volta ao repositório central com controle de versão. Trabalhar diretamente de uma unidade de rede é possível, mas pode causar problemas de desempenho no ECAD.

Quais Capacidades Principais um Sistema Centralizado de Componentes Deve Incluir?

Busque as seguintes funcionalidades:

• Visualizar peças sem baixá-las. Economiza muito tempo ao revisar componentes.
• Rastrear todos os projetos onde uma peça é usada. Você precisa saber onde um componente é utilizado em todos os produtos.
• Rastreamento do status de componentes: obsoleto, fora de estoque, estoque baixo, NRND. Ter isso antes das cotações de fabricação economiza semanas de idas e vindas.
• Capacidade de atualizar um componente em todo o ecossistema. Quando você atualiza a pegada de um resistor, essa alteração deve se propagar ou ser facilmente incorporada a todos os projetos relevantes.
• Comentários e notas sobre as peças. Por exemplo: “Este chip esquenta, adicione dissipador de calor (veja página 47 do datasheet),” ou “Use esta pegada apenas com FR4.”
• As últimas verificações de estoque. Conecte-se às APIs dos distribuidores ou ferramentas de BOM para ver a disponibilidade antes de usar as peças.

Se o seu fluxo centralizado não suportar isso, você gastará mais tempo “cuidando” das peças do que projetando placas.

Seu Novo Fluxo de Trabalho Para Cada Peça

Aqui está um fluxo de trabalho adequado para adicionar qualquer nova peça à sua biblioteca centralizada:

1. Encontre a peça e verifique fornecedores, preços, disponibilidade e modelos CAD.
2. Verifique se a peça está em produção ou obsoleta. Não use peças obsoletas. Procure alternativas recomendadas, se necessário.
3. Verifique a embalagem e a pegada na PCB. Garanta que a embalagem e a pegada combinem em tamanho e estilo.
4. Obtenha um modelo 3D. Se não estiver disponível na sua fonte principal, verifique o site do fabricante ou bibliotecas dedicadas de modelos 3D.
5. Verifique o estoque e o histórico de disponibilidade. Se a peça costuma estar fora de estoque, escolha outra peça.
6. Encontre peças alternativas. Especialmente para CI's. Adicione alternativas razoáveis agora, não quando sua peça principal estiver com 12 semanas de atraso.
7. Consolide distribuidores. Prefira peças disponíveis de múltiplos fornecedores com quantidades mínimas de pedido razoáveis.
8. Baixe a ficha técnica do componente. Armazene-a localmente nos servidores da empresa porque os URLs mudam.
9. Salve o modelo do componente e as informações na sua biblioteca compartilhada com controle de versão.
10. Adicione um breve comentário sobre por que você configurou ou alterou a peça. Em seguida, publique as alterações.

Faça isso consistentemente e você evitará muitas surpresas desagradáveis mais tarde.

Peças Alternativas Importam Mais Do Que Você Pensa

Para peças alternativas:

• Liste os números das peças alternativas nas suas informações de peça.
• Observe quaisquer alterações no circuito (pinagens diferentes, especificações ou tolerâncias).
• Se possível, teste ambas as peças antes de liberar o design.

Se você realmente não conseguir encontrar uma alternativa porque a peça é exclusivamente adequada:

• Certifique-se de que está amplamente disponível.
• Prefira um fabricante estável.
• Garanta que múltiplos distribuidores a tenham.
• Seja explícito ao afirmar que é um risco e documente isso.

Quando possível, considere também projetos de circuitos alternativos que realizem a mesma função com peças diferentes. Isso se torna parte da sua biblioteca de reutilização de design.

Manutenção da Biblioteca de Componentes

Uma cadência prática de atualização:

• Semanal: Adicione novas peças conforme a necessidade das equipes (usando o fluxo de trabalho acima).
• Mensal: Atualize bibliotecas mais antigas. Verifique peças obsoletas e decida como lidar com elas.
• A cada seis meses: Após lançamentos de produtos bem-sucedidos, adicione peças que tiveram um desempenho melhor do que as seleções originais.
• Anual: Atualize todos os componentes, especialmente ICs, para acompanhar mudanças em fabricantes, aquisições e obsolescência.

Durante as atualizações, pergunte:

• As peças ainda estão em produção?
• As peças estão em estoque nos distribuidores?
• Existem versões mais novas ou melhoradas?
• Alguma peça precisa de alternativas adicionadas?
• Existem opções melhores ou mais baratas agora?

Se você usar uma peça que se tornou obsoleta há dois anos e só descobrir isso no momento do pedido, você pode enfrentar redesigns ou correr o risco de comprar de fornecedores questionáveis.

Conectar sua biblioteca centralizada a dados de distribuidores ou bancos de dados de disponibilidade permite que você veja quando as peças estão acabando antes de se comprometer a usá-las. As realidades da cadeia de suprimentos dirigem os cronogramas de hardware.

Acesso e Permissões

Uma vez que você tenha um sistema sólido para bibliotecas de componentes, defina o acesso:

• Todos os engenheiros elétricos e eletrônicos relevantes precisam de acesso para visualizar e baixar peças.
• Certos engenheiros mecânicos precisam de acesso a modelos 3D e footprints para verificar o encaixe em invólucros.
• Ferramentas de colaboração entre ECAD e MCAD tornam isso ainda mais importante, idealmente com dimensões de componentes compartilhadas e informações sobre invólucros.

Um modelo de permissão típico:

• Todos os aprovados podem visualizar e baixar peças.
• Engenheiros podem criar peças em rascunho.
• Revisores designados aprovam as peças.
• Líderes/diretores liberam as peças.

Quando você está enxuto, isso pode recair sobre um ou dois engenheiros, mas o objetivo é a revisão por múltiplas pessoas o mais rápido possível.

Perguntas Frequentes

Engenheiros mecânicos, de firmware e elétricos devem compartilhar o mesmo banco de dados?

Sim. Se eles estão trabalhando no mesmo produto, eles precisam das mesmas informações, especialmente com fluxos de trabalho mais integrados de ECAD–MCAD.

Como podemos evitar que as pessoas alterem acidentalmente peças já liberadas?

Utilize permissões adequadas, controle de versão e fluxos de aprovação. Muitos sistemas centralizados podem bloquear arquivos liberados. Se o seu não pode, imponha permissões de arquivo no seu servidor.

Qual é o cronograma certo para atualizações da biblioteca?

Adicione novas peças semanalmente, faça atualizações em massa mensalmente, realize atualizações pós-projeto a cada seis meses e faça uma atualização completa anualmente. Ou você paga o preço agora ou pagará mais tarde.

Nosso contratado não quer usar nossa biblioteca. O que fazemos?

Entenda os motivos deles, mas idealmente trabalhe com contratados dispostos a usar sua biblioteca ou integrar a deles ao seu ecossistema.

Como lidamos com peças que estão disponíveis apenas de um fabricante?

Documente isso como um risco. Se possível, crie um design de circuito de backup e monitore o estoque de perto.

Conclusão

Tom Hausherr uma vez me disse em uma reunião: “Um layout de PCB é tão bom quanto sua biblioteca de componentes.” Uma vez que você tenha uma biblioteca centralizada configurada, você vai se perguntar como conseguiu trabalhar sem ela.

Com um sistema sólido no lugar, você pode gerenciar seus componentes de PCB, obter dados atualizados da cadeia de suprimentos e acessar milhões de peças prontas para uso, tudo em uma biblioteca de componentes de PCB segura.Se você deseja colocar essas melhores práticas em ação, experimente como isso se parece na prática com o Altium Develop.