Dicas de Gerenciamento de Dados de Design de PCB para Projetos Multi-Placas

Uma única parte de um projeto pode gerar uma enorme quantidade de dados, então imagine quanta informação é gerada em um projeto de PCB com várias placas. Cada PCB precisa de um conjunto padrão de resultados de design para fabricar cada placa individual, sendo que cada resultado deve estar claramente nomeado e marcado. Os fabricantes de PCB precisam dos resultados de cada placa individual para produzi-las e montá-las, além de prevenir erros durante o processo.

O gerenciamento de dados de PCB garante que estamos acompanhando não apenas os dados de cada PCB individual, mas também os dados em nível de montagem (assembly). Esses dados em nível de assembly serão usados por um montador do produto ou pelo seu time interno de montagem para construir o produto final, que pode incluir elementos mecânicos, como cabeamento e caixas. Neste artigo, mostrarei como tudo isso pode ser organizado para ajudar a informar seus processos e fluxo de trabalho.

Pacotes de Dados Separados ou Combinados?

Qualquer produto com múltiplas PCBs terá dados em nível de produto ou assembly, assim como dados para as PCBs individuais na montagem. Como esses pacotes de dados devem ser catalogados e vinculados?

Vimos empresas implementarem isso de várias formas. Sem uma boa ferramenta de design multi-placa PCB, muitas empresas recorrem a copiar e colar para garantir que todos os dados de nível PCB e assembly estejam alinhados e consistentes. Com uma boa solução de design multi-PCB, é fácil acompanhar as placas individuais dentro de um único assembly, mas o assembly geral ainda precisa de informações adicionais que devem ser inseridas pelo time de design e pelo engenheiro mecânico.

Achamos que a hierarquia ideal de dados é algo assim:

Com base nessa hierarquia, você pode desenvolver pacotes de dados separados para cada um dos blocos principais ou criar um pacote de dados em nível de produto que inclua todos os sub-assemblies. Qual abordagem você deve usar depende das capacidades das suas ferramentas de design PCB e de quem precisa receber o pacote de dados. Por exemplo, fabricantes de PCB só precisam dos pacotes de dados das placas individuais, enquanto o time interno de montagem precisa apenas das informações em nível de assembly.

Vamos detalhar cada uma dessas áreas conforme mostrado na hierarquia.

Dados de Produção em Nível de PCB

Em um projeto multi-placa, cada PCB possui seus próprios resultados de design PCB padrão necessários para fabricar cada placa:

• Gerbers, ODB++ ou IPC-2581
• Arquivo pick and place
• Lista de materiais (BOM) com números de peça
• Arquivos de furação
• Desenhos de fabricação e montagem

Cada PCB e PCBA deve ter um número de peça único; o número de peça da PCBA torna-se importante para indicar quais elementos de design se encaixam no assembly completo do produto. Dividir as PCBs em projetos individuais facilita referenciá-las nos dados gerais do assembly.

Um pacote de dados completo de PCB para um projeto multi-placa será eventualmente armazenado em uma plataforma PDM ou, idealmente, em uma plataforma PLM. A plataforma PDM/PLM rastreia todas as revisões e revisões do produto e atua como ponto único de referência para a versão atual do projeto. Existem duas opções para colocar os dados de produtos multi-PCB em um PDM/PLM: criar entradas PLM separadas para cada parte do produto (Opção 1) ou criar uma única entrada PLM para todo o produto (Opção 2).

Acreditamos que rastrear cada PCB dentro de um único projeto multi-placa (Opção 2), de acordo com a hierarquia acima, faz mais sentido do ponto de vista de gerenciamento de dados. Colocar todos os dados do produto em uma entrada PLM com revisões e aprovações em nível de produto fornece uma única fonte de verdade para todos os sub-assemblies do produto. Softwares ECAD compatíveis com multi-placa com integração direta em sistemas PLM principais agilizam a implementação da Opção 2.

No entanto, existem casos em que a Opção 1 faz mais sentido. Por exemplo, algumas empresas criam linhas de produtos modulares que podem ser combinadas de várias maneiras, ou reutilizam alguns designs em vários produtos. Nesses casos, não faz sentido duplicar PCB1/PCB2/etc. em várias instâncias do produto no PLM. Outro caso, comum em empresas maiores, é quando diferentes unidades de negócio usam os designs umas das outras em projetos multi-placa; a Opção 2 exigiria também a cópia dos dados de sub-assemblies em várias instâncias do PLM, criando múltiplas fontes de verdade e interrompendo o fluxo padrão do PLM.

Bibliotecas PCB para Projetos Multi-Board

Cada PCB contém partes de biblioteca, que podem fazer parte de projetos distintos e podem até ser mantidas por diferentes equipes de engenharia ou empresas. O gerenciamento de bibliotecas para sistemas multi-placa pode ser muito complexo devido ao número de stakeholders diferentes que criam dados CAD para todas as PCBs e seus componentes. Como garantir que os dados das peças estejam corretos e que os padrões de modelo CAD sejam aplicados em todos os projetos PCB?

Empresas bem-sucedidas que constroem produtos complexos frequentemente possuem uma biblioteca centralizada usada para todos os projetos, onde uma equipe dedicada de ECAD pode impor padrões e controlar quaisquer alterações em símbolos/footprints. Esses modelos então fluem para os dados PCB de cada placa em um assembly multi-board.

Um desafio relacionado à falta de consistência surge ao trabalhar com empresas ou contratados externos. Empresas externas que desenvolvem parte de um sistema multi-placa podem ter seus próprios padrões de biblioteca e processos, que acabam no pacote de dados multi-board. Por isso é tão importante que a biblioteca PCB do time seja acessível a stakeholders externos através de uma plataforma em nuvem.

Dados em Nível de Assembly do Produto

A maioria dos produtos que usam múltiplas PCBs tem componentes adicionais que não aparecem nas BOMs de nenhuma das PCBs individuais. No entanto, esses componentes adicionais são necessários para montar o produto completo, então eles devem ser incluídos nos dados em nível de produto. Essas informações precisam ser armazenadas e vinculadas de volta às PCBs individuais no sistema multi-board.

Se você não estiver definindo um projeto multi-board para seu produto, pode criar um projeto em nível de assembly em sua ferramenta CAD e especificar cada componente nas PCBAs como uma linha na BOM. Você também pode definir conexões entre PCBs em um esquema usando o número de peça da PCBA, o designador de referência e o número de peça aplicável para qualquer cabeamento. Os números de peça de chicotes personalizados também devem ser incluídos nesses documentos.

Note que a BOM em nível de produto especifica cada número de peça PCBA incluído no assembly do produto. Existem também números de peça para chicotes de fios, cabos prontos, peças de caixa, juntas e até contatos crimp para conectores wire-to-board. Todos esses elementos estão refletidos na maioria dos esquemas que mostram as conexões elétricas no assembly multi-board.

Desenhos de Assembly Multi-Board

Projetos multi-board eventualmente precisam ser montados em um produto físico. Para garantir que isso seja feito corretamente, é necessário um desenho de assembly para o produto inteiro, e desenhos individuais de assembly são necessários para as PCBs no sistema multi-board. O desenho de assembly de cada PCB deve seguir o formato típico esperado, completo com notas de montagem e visualização 3D ou renderização da camada de montagem diretamente no desenho.

Renderizações das camadas de assembly para sistemas multi-board devem mostrar a disposição de todas as PCBs no sistema, incluindo os modelos 3D atribuídos às peças de cada PCB. O desenho serve como base para o time montar o sistema completo depois que as PCBs individuais forem montadas e entregues para o assembly em nível de produto.

Outra função importante de um desenho de assembly multi-board é fornecer instruções de montagem para as diferentes placas. O desenho e suas instruções são passados para técnicos que montarão a pilha de PCBs e instalarão as PCBs na embalagem do produto.

1. As instruções devem indicar a ordem em que as placas são montadas na pilha interconectada
2. Qualquer peça mecânica ou fixador deve ser detalhado nas instruções de montagem
3. A caixa ou embalagem (se incluída no produto) também deve estar listada no desenho de assembly
4. Instruções de manuseio (manuseio ESD seguro, prevenção de exposição química, descarte etc.) devem ser especificadas nas instruções

As instruções de montagem devem fazer referência aos números de peça na BOM em nível de produto, incluindo os números de peça PCBA, para não haver confusão sobre quais peças estão envolvidas em cada etapa da montagem. As instruções de montagem também podem ser criadas graficamente em programas de modelagem mecânica; isso requer transferir o design elétrico para o software MCAD para criar renderizações realistas mostrando etapas gráficas de montagem.

Rastreamento e Liberação de Pacotes de Dados Multi-Board

Quando chegar a hora de produzir o assembly multi-board, os pacotes de dados individuais precisam ser retirados do repositório PLM e entregues aos fabricantes. É comum enviar cada PCB para diferentes instalações de fabricação devido às diferentes capacidades e tempos de produção exigidos para cada PCB no produto. Isso dá aos compradores de PCB uma maneira de controlar o tempo de entrega e o custo.

Os pacotes de dados para produtos multi-PCB devem ser tratados de maneira semelhante a outros designs: com foco na segurança dos dados e liberação controlada de informações apenas para partes selecionadas. Gerentes de compras e gerentes de engenharia precisam poder controlar quem recebe partes específicas do pacote de dados multi-PCB.

Design Elétrico:

• Separe dados de fabricação e montagem
• Fabricação e montagem não devem receber esquemas elétricos
• Fabricação e montagem não devem receber modelos 3D do assembly completo
• Não envie pacotes em nível de produto para cada fornecedor; envie apenas pacotes de dados das PCBs individuais

Design Mecânico/Chicote:

• A fabricação mecânica não requer dados elétricos
• Gerentes de compras podem precisar separar elementos mecânicos da BOM em nível de produto
• Fabricantes de chicotes ou cabos só precisam de informações de interface; não precisam receber esquemas elétricos

Depois que cada parte do design multi-board for produzida, ela pode ser enviada para o assembly para produzir o produto final. À medida que o design passa para a próxima revisão, todo o pacote pode ser trazido de volta ao software de design para realizar atualizações elétricas e mecânicas. Apenas o Altium Develop unifica essas disciplinas através do Altium Designer e integração mecânica no utilitário MCAD CoDesigner.

Para saber mais sobre design e assembly multi-board, leia sobre as funcionalidades de criação de assembly físico na documentação Altium. Essas ferramentas permitem criar modelos 3D para assemblies de PCB que podem ser entregues para o design de caixas usando os recursos de Colaboração MCAD no Altium Develop. Isso permite que engenheiros mecânicos vejam um assembly preliminar do seu conjunto de placas em softwares MCAD padrão da indústria, como o SolidWorks, e o design da embalagem do produto pode ser feito com base no arranjo 3D das PCBs.

Quer você precise construir eletrônica de potência confiável ou sistemas digitais avançados, utilize o conjunto completo de recursos de design PCB do Altium e ferramentas CAD de classe mundial. O Altium fornece a principal plataforma de desenvolvimento de produtos eletrônicos do mundo, com as melhores ferramentas de design PCB da indústria e recursos de colaboração interdisciplinar para equipes de design avançadas. Entre em contato com um especialista do Altium hoje mesmo!