O que é a Cadeia de Suprimentos de PCB?

A cadeia de fornecimento de PCB abrange múltiplos componentes, matérias-primas e o próprio PCB. Os PCBs e as montagens de PCB (PCAs) são frequentemente os componentes tecnicamente mais complexos que são comprados para montagens e produtos eletrônicos, e eles formam o centro do universo de um produto eletrônico. A complexidade dos PCBs modernos leva a vários desafios para uma equipe de gestão da cadeia de fornecimento (SCM) que podem ser significativamente diferentes quando comparados com outras commodities que a equipe gerencia.

Neste guia breve, vamos olhar em profundidade para a cadeia de fornecimento de PCB, e especificamente o que está sob a responsabilidade de uma equipe de aquisição e gestão da cadeia de fornecimento.

• Anatomia da Cadeia de Fornecimento de PCB
• Quem Gerencia a Cadeia de Fornecimento de um Produto?
• Desafios da Gestão da Cadeia de Fornecimento de PCB
• Cadeia de Valor de Entrega de PCB
• Qualificação do Produto
  • Design e Layout de PCB
  • Fabricação e Teste de PCB
  • Qualificação e Teste de PCBA
• Resumo

Anatomia da Cadeia de Fornecimento de PCB

A cadeia de fornecimento para PCBs e PCBAs abrange uma gama de fornecedores de matérias-primas, fabricantes e, claro, os componentes que aparecem em um PCB acabado. Cada etapa ao longo da cadeia de fornecimento, do conceito de design ao produto acabado, utiliza recursos de várias áreas:

• Materiais de núcleo e laminados de placas nuas, alguns dos quais podem ter trocas compatíveis conforme definido nas folhas de corte; estes retiram recursos de sua própria cadeia de suprimentos em termos de produtos químicos e matérias-primas.
• Materiais brutos de placas nuas, nomeadamente folhas de cobre e fibra de vidro tecida para a construção de laminados.
• Materiais brutos adicionais, como produtos de limpeza e solda para montagem, bem como materiais e produtos químicos usados no processo de fabricação de PCB.
• Ferramentas e materiais usados na produção de placas nuas e montagem de PCBAs, abrangendo materiais de solda, revestimentos, precursores de galvanização, materiais de limpeza e outros consumíveis.
• Semicondutores e outros componentes que são montados na PCB para dar ao dispositivo sua funcionalidade. Os PCBAs requerem uma ampla gama de componentes para suportar as funções e capacidades desejadas em um determinado produto, o que poderia criar risco se não forem selecionados com um olhar voltado para a sustentabilidade.
• Materiais de embalagem e invólucro, ou invólucros pré-formados, que abrigarão a montagem final e permitirão a conectividade com outros sistemas.

Parte do desafio em gerenciar a cadeia de suprimentos de PCB é garantir que novos produtos sejam fabricáveis na escala desejada e durante o tempo de vida útil desejado. Por exemplo, garantir uma cadeia de suprimentos sustentável a longo prazo é menos importante ao produzir QTY 1 de um sistema complexo, enquanto pode ser muito mais difícil ao produzir uma quantidade prevista de milhões ao longo de um período de 10+ anos. Isso também é uma consideração importante em gerenciamento do ciclo de vida do produto, pois a vida útil dos produtos terminará uma vez que matérias-primas e componentes cheguem ao fim de vida útil (EOL).

Quem Gerencia a Cadeia de Suprimentos de um Produto?

Uma vez que os requisitos de um produto são definidos e a engenharia começa a trabalhar, é o design do PCB e a seleção de componentes que iniciarão uma Cadeia de Valor de Eventos (veja abaixo). O layout do impresso é a primeira representação física desse produto. Design para fabricação (DFM) é necessário como uma forma de otimizar o desempenho e o custo, mas também para garantir que um design possa ser fabricado na escala desejada, dado as capacidades de fabricação e montagem de um fabricante. O desafio de gerenciar as informações, documentação e transferência para especificar os requisitos de design e outras expectativas para os fornecedores.

• Aquisição: A menos que um OEM seja um dos poucos que possui verticalmente a fabricação, as considerações gerais para decisões de sourcing de PCB e PCA, e os critérios que devem ser usados para avaliar e selecionar fornecedores são transferidos para a compra.

• Seleção e qualificação de fornecedores: Outros estão envolvidos nas considerações de negócios e critérios de seleção descritos para avaliar e qualificar fornecedores, incluindo processos para realizar avaliações técnicas de amostras fornecidas pelo fornecedor.

• Controle de processo, monitoramento e inspeção: Uma tarefa contínua na gestão da cadeia de suprimentos de eletrônicos é o monitoramento da metodologia de garantia de qualidade, muitas vezes baseada em melhores práticas de qualidade como os princípios seis sigma, com recomendações específicas para controle de processo, testes e inspeção de PCBs e PCAs no fornecedor.

• Aceitação do produto e feedback: Finalmente, devem existir processos para qualificação de design, aceitação de lote e inspeção contínua dos PCBs e PCBAs recebidos. Isso também inclui recomendações para gestão de fornecedores a longo prazo que minimizem o custo de gestão interna enquanto mantêm um alto nível de desempenho.

Desafios da Gestão da Cadeia de Suprimentos de PCB

A gestão da cadeia de suprimentos eletrônicos apresenta vários desafios não vistos em outras indústrias. Isso se deve, em parte, à complexidade dos produtos e sistemas eletrônicos, tanto no nível da placa nua quanto no nível do componente individual. Alguns exemplos de desafios na cadeia de suprimentos eletrônicos são os seguintes:

• PCBs e PCAs são projetados sob medida e, portanto, não podem simplesmente ser comprados de um catálogo. Na prática, não existem substituições perfeitas para placas em uma montagem ou sistema maior. Além disso, se a placa falhar, um subsistema inteiro pode efetivamente falhar e uma PCBA inteira precisará ser substituída. Existem muitos fornecedores, mas suas capacidades e desempenho variam amplamente, exigindo mais atenção na seleção e qualificação de fornecedores.

• Assim como as PCBs nuas, nem todos os semicondutores têm substituições perfeitas ou comparáveis. Às vezes, você tem que projetar uma placa intencionalmente abaixo do ideal para que vários PNs de uma família de produtos possam ser usados na PCBA, pois isso ajuda a superar a escassez de semicondutores. Outra prática do lado do design é implementar múltiplas variantes e gerenciar seus ciclos de vida individualmente.

• Uma ampla variedade de processos de fabricação é utilizada para criar PCBs e PCAs, variando desde fotoimagem precisa e colocação de componentes, prensas mecânicas para laminação e fornos para refluxo de solda, até banhos químicos úmidos para galvanização e corrosão, e perfuração e roteamento de alta velocidade. Cada um desses processos requer suas próprias ferramentas e matérias-primas que não possuem substitutos perfeitos.

• PCBs e PCAs são necessários para funcionar como parte de um sistema elétrico, e esse desempenho é crítico para o sucesso do produto final. O PCB obviamente fornece interconexões entre os componentes ligados à placa, mas em alguns casos, opera como um componente por direito próprio. Pode não ser possível determinar se o PCBA funciona corretamente até que sua equipe de design o tenha avaliado como parte do produto final.

• Embora os componentes em um PCBA protótipo possam ser substituídos, trilhas cortadas e jumpers adicionados, PCBs e PCAs não podem ser facilmente retrabalhados, devolvidos ou reciclados se os requisitos do produto mudarem, o que pode levar a custos adicionais e inventário indesejado.

Este é apenas um exemplo de alguns desafios que surgem na cadeia de suprimentos de eletrônicos de rápida movimentação, especificamente em torno da fonte e fabricação de semicondutores. Trabalhar com outros fornecedores, logística e montagem adiciona à complexidade da fonte e aquisição de PCBA.

Cadeia de Valor do PCB

VALOR é definido como "Benefícios Menos os Custos". Para ter um produto de sucesso para um mercado, em cada etapa da Cadeia de Suprimentos, cada segmento deve perceber valor! Como visto abaixo, cada segmento tem o próximo segmento como cliente. Assim, cada segmento contribui para a cadeia de valor.

A escolha de um fornecedor específico depende da importância relativa de várias dimensões diferentes de desempenho do fornecedor (veja a tabela abaixo). Os fornecedores têm capacidades e forças inerentes que são baseadas em suas próprias decisões estratégicas sobre como escolhem competir. Essas capacidades determinarão o quão bem eles se encaixam na estratégia de sourcing e como eles provavelmente se sairão como um parceiro de negócios contínuo. Entender o que é mais importante para o negócio guiará a seleção inicial do fornecedor e determinará se o desempenho do fornecedor continua a atender às suas exigências.

Qualificação do Produto

Quando um novo produto é concebido, uma das primeiras atividades é decompor o produto em componentes ou partições que permitirão que ele seja projetado, fabricado, vendido e suportado. No entanto, padrões de qualificação podem ser necessários, dependendo do mercado-alvo e da indústria. Isso é extremamente importante, pois um erro aqui pode resultar em um produto sem os recursos certos, um produto que pode custar muito ou um que pode não atender aos padrões de desempenho exigidos.

Design de PCB e Layout de PCB

Muitos desafios devem ser enfrentados ao projetar uma nova placa. Os modelos de fiação são importantes para conhecer a fim de selecionar regras de design e construções adequadas. Com vias cegas e enterradas, as novas estruturas são mais variadas e complicadas do que as placas convencionais. Saber o que é custo-efetivo do ponto de vista de design para fabricação é essencial.

Regras de design especiais devem ser consideradas em estruturas complexas. Cada processo de fabricação pode ter considerações especiais e limites. Ferramentas de design, pilhas de pads e auto-roteadores são todos usados de maneira diferente em designs complexos. A customização do processo de design ainda não é uma atividade. Os sistemas CAD mais recentes também têm sistemas de especialistas disponíveis que fornecem conselhos muito necessários. O software de Auditoria de Fabricabilidade conclui o processo de layout com uma verificação completa por quaisquer erros ou falhas.

Fabricação e Teste de PCB

De toda a cadeia de entrega de valor, a fabricação se tornou a mais estabelecida. Atualmente, mais de duzentas empresas em todo o mundo estão usando pelo menos vinte processos diferentes para fazer essencialmente as mesmas estruturas HDI/SLP. Por exemplo, fazer o microvia é a parte fácil, já que lasers, gravadores e fotodielétricos têm melhorado rapidamente ao longo dos anos. Os desafios são os básicos: registro, litografia de linhas finas, metalização e galvanização. Em HDI/SLP complexos, todos esses devem atuar em um nível superior. Embora isso certamente seja exigente, beneficia todos os processos de fabricação de placas de circuito impresso.

Qualificação e Teste de PCBA

A montagem tem um novo valor a entregar com componentes de passo fino complexos. Os componentes podem ficar mais próximos, o que pode alterar os perfis de refusão e reparo. À medida que o lado superior se preenche, o lado oposto também deve receber mais componentes, incluindo muitos outros. Isso também alterará o processo de montagem e os perfis de refusão. Com componentes de matriz de área menores e mais densos, como pacotes de escala de chip ou chip flip, o número total de conexões por centímetro quadrado aumenta dramaticamente. Esses componentes menores e mais novos, com preenchimento inferior ou densidades de conexão de superfície muito altas, podem ter uma interação de confiabilidade com estruturas complexas. Estruturas finas têm mais probabilidade de flexionar durante ciclos térmicos e isso introduz novos mecanismos e oportunidades de falha, que devem ser cuidadosamente avaliados e testados.

A etapa final da cadeia de valor de PCB é o teste de nível de montagem. Isso apresenta questões muito novas com os novos componentes de matriz de área menor. Se vias-em-pads são usadas com os componentes de matriz de área, após a montagem não há vias de saída para usar em sondas de teste. Design-para-Teste torna-se um ingrediente principal para a partição do sistema. Testar a partir do perímetro, varredura de limite ou auto-teste integrado torna-se um fator de design importante. Os componentes podem estar tão próximos agora que os pads de teste são ou muito grandes ou não há espaço para inserir um pino de teste na área. Adicionar pads de teste à superfície após o projeto da placa pode aumentar severamente sua complexidade e custo, bem como adicionar parasitas prejudiciais. Provavelmente serão desenvolvidos novos esquemas de verificação de nível de montagem que não requerem os clássicos dispositivos de teste de cama de pregos, substituindo-os por técnicas de teste sem contato mais rápidas.

Resumo

No geral, os desenvolvimentos na cadeia de fornecimento de PCB surgem rapidamente e criarão múltiplos desafios para as equipes de design e fabricação. A última coisa que alguém quer ouvir é que um produto não pode ser produzido em escala porque um único resistor não pode ser adquirido. Trabalhando juntos e percebendo que cada parte da entrega dependerá dos outros elos da cadeia, podemos fornecer soluções para o OEM permitindo-lhes entregar produtos superiores.

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