Mẹo Quản Lý Dữ Liệu Thiết Kế PCB cho Dự Án Đa Bảng Mạch

Một phần của dự án có thể tạo ra một lượng dữ liệu rất lớn, vì vậy hãy tưởng tượng dữ liệu được tạo ra trong một dự án PCB đa bo mạch sẽ nhiều như thế nào. Mỗi PCB cần một bộ đầu ra thiết kế PCB tiêu chuẩn để sản xuất từng bo mạch, với mỗi đầu ra được đặt tên và đánh dấu rõ ràng. Các nhà sản xuất PCB cần các đầu ra từ từng bo mạch riêng lẻ để sản xuất và lắp ráp chúng, cũng như để tránh lỗi trong quá trình này.

Quản lý dữ liệu PCB đảm bảo chúng ta theo dõi không chỉ dữ liệu cho từng PCB riêng lẻ mà còn cả dữ liệu ở cấp độ lắp ráp. Dữ liệu ở cấp độ lắp ráp này sẽ được sử dụng bởi người lắp ráp sản phẩm hoặc đội ngũ lắp ráp nội bộ để xây dựng sản phẩm cuối cùng, có thể bao gồm các yếu tố cơ khí như dây cáp và vỏ bảo vệ. Trong bài viết này, tôi sẽ cho bạn thấy tất cả dữ liệu này trông như thế nào để giúp cải thiện quy trình và luồng công việc của bạn.

Gói dữ liệu riêng biệt hay kết hợp?

Bất kỳ sản phẩm nào có nhiều PCB sẽ có dữ liệu ở cấp độ sản phẩm hoặc lắp ráp, cũng như dữ liệu cho từng PCB riêng lẻ trong cụm lắp ráp. Vậy các gói dữ liệu này nên được lập danh mục và liên kết như thế nào?

Chúng tôi đã thấy các công ty triển khai việc này theo nhiều cách khác nhau. Nếu không có công cụ thiết kế PCB đa bo tốt, nhiều công ty phải sao chép và dán nhiều để đảm bảo dữ liệu ở cấp PCB và cấp lắp ráp khớp và nhất quán. Với giải pháp thiết kế PCB đa bo tốt, việc theo dõi từng bo mạch trong một cụm lắp ráp trở nên dễ dàng, nhưng toàn bộ cụm lắp ráp vẫn cần một số thông tin bổ sung mà đội ngũ thiết kế và kỹ sư cơ khí phải nhập.

Chúng tôi thấy rằng cấu trúc dữ liệu tối ưu trông như sau:

Dựa trên cấu trúc trên, bạn có thể phát triển các gói dữ liệu riêng cho từng khối chính, hoặc tạo một gói dữ liệu ở cấp sản phẩm bao gồm tất cả các cụm lắp ráp con. Việc bạn chọn phương pháp nào phụ thuộc vào khả năng của công cụ thiết kế PCB và ai cần nhận gói dữ liệu của bạn. Ví dụ, các nhà sản xuất PCB chỉ cần các gói dữ liệu cho từng bo mạch, trong khi đội ngũ lắp ráp nội bộ chỉ cần thông tin cấp lắp ráp.

Hãy cùng xem chi tiết từng phần trong cấu trúc này.

Dữ liệu sản xuất cấp PCB

Trong một dự án đa bo, mỗi PCB có đầu ra thiết kế PCB tiêu chuẩn cần thiết để sản xuất từng bo mạch:

• Gerber, ODB++, hoặc IPC-2581
• Tệp Pick and Place
• Danh mục vật liệu (BOM) với số hiệu linh kiện
• Tệp khoan
• Bản vẽ chế tạo và lắp ráp

Mỗi PCB và PCBA nên có số hiệu linh kiện riêng; số hiệu PCBA quan trọng để xác định các yếu tố thiết kế phù hợp với cụm sản phẩm hoàn chỉnh. Việc chia PCB thành các dự án riêng lẻ như vậy sẽ giúp dễ dàng tham chiếu chúng trong dữ liệu lắp ráp tổng thể.

Một gói dữ liệu PCB hoàn chỉnh cho dự án đa bo cuối cùng sẽ được lưu trong nền tảng PDM hoặc, lý tưởng nhất, trong nền tảng PLM. Nền tảng PDM/PLM theo dõi tất cả các lần sửa đổi và đánh giá của sản phẩm và đóng vai trò là điểm tham chiếu duy nhất cho phiên bản hiện tại của dự án. Có hai tùy chọn để đặt dữ liệu sản phẩm đa PCB vào PDM/PLM: tạo các mục PLM riêng cho từng phần của sản phẩm (Tùy chọn 1), hoặc tạo một mục PLM duy nhất cho toàn bộ sản phẩm (Tùy chọn 2).

Chúng tôi cho rằng theo dõi từng PCB trong một dự án đa bo duy nhất (Tùy chọn 2), tương tự như cấu trúc trên, là hợp lý nhất từ góc độ quản lý dữ liệu. Đưa tất cả dữ liệu sản phẩm vào một mục PLM với đánh giá và phê duyệt ở cấp sản phẩm cung cấp một nguồn dữ liệu duy nhất cho tất cả các cụm con trong sản phẩm. Phần mềm ECAD hỗ trợ đa bo với tích hợp trực tiếp vào các hệ thống PLM chính sẽ đẩy nhanh việc triển khai Tùy chọn 2.

Tuy nhiên, có những trường hợp Tùy chọn 1 là hợp lý nhất. Ví dụ, một số công ty tạo ra các dòng sản phẩm mô-đun có thể kết hợp theo nhiều cách, hoặc tái sử dụng một số thiết kế trong nhiều sản phẩm. Trong những trường hợp này, việc sao chép PCB1/PCB2,... trên nhiều bản sản phẩm PLM không hợp lý. Một ví dụ khác là các công ty lớn, khi các bộ phận khác nhau sử dụng thiết kế của nhau trong các dự án đa bo; Tùy chọn 2 cũng yêu cầu sao chép dữ liệu cụm con sang nhiều PLM, tạo nhiều nguồn dữ liệu và làm gián đoạn luồng công việc PLM chuẩn.

Thư viện PCB cho dự án đa bo

Mỗi PCB chứa các linh kiện thư viện, có thể là một phần của các dự án riêng biệt, thậm chí được quản lý bởi các nhóm kỹ thuật hoặc công ty khác nhau. Quản lý thư viện cho hệ thống đa bo có thể rất phức tạp do số lượng các bên liên quan và người tham gia tạo dữ liệu CAD cho tất cả PCB và linh kiện. Làm thế nào để đảm bảo dữ liệu linh kiện chính xác và tiêu chuẩn mô hình CAD được áp dụng trên tất cả các dự án PCB?

Các công ty thành công xây dựng sản phẩm phức tạp thường có một thư viện trung tâm được sử dụng cho tất cả các dự án, nơi nhóm ECAD chuyên trách có thể áp dụng tiêu chuẩn và kiểm soát mọi thay đổi đối với biểu tượng/footprint. Các mô hình này sau đó được chuyển vào dữ liệu PCB cho từng PCB trong cụm đa bo.

Một thách thức liên quan đến thiếu sự nhất quán xuất phát từ việc làm việc với các công ty đối tác hoặc nhà thầu bên ngoài. Các công ty bên ngoài phát triển một phần hệ thống đa bo có thể có tiêu chuẩn và quy trình thư viện riêng, điều này sẽ được đưa vào gói dữ liệu cụm đa bo. Do đó, rất quan trọng để thư viện PCB của nhóm có thể được các bên ngoài truy cập qua nền tảng đám mây.

Dữ liệu cấp lắp ráp sản phẩm

Hầu hết các sản phẩm sử dụng nhiều PCB đều có các linh kiện bổ sung không xuất hiện trong BOM của bất kỳ PCB riêng lẻ nào. Tuy nhiên, các linh kiện này cần thiết để xây dựng cụm sản phẩm tổng thể, vì vậy chúng phải được liệt kê trong dữ liệu cấp sản phẩm. Thông tin này cần được lưu trữ và liên kết với từng PCB riêng lẻ trong hệ thống đa bo.

Nếu bạn không định nghĩa dự án đa bo cho sản phẩm của mình, bạn có thể tạo một dự án cấp lắp ráp trong công cụ CAD và xác định từng linh kiện trong PCBA như một dòng trong BOM. Bạn cũng có thể xác định các kết nối giữa các PCB trong sơ đồ mạch bằng số hiệu PCBA riêng, ký hiệu tham chiếu và số hiệu linh kiện áp dụng cho bất kỳ dây cáp nào. Số hiệu linh kiện cho dây cáp tùy chỉnh cũng nên được đưa vào các tài liệu này.

Lưu ý rằng BOM cấp sản phẩm chỉ định từng số hiệu PCBA sẽ được bao gồm trong cụm sản phẩm. Ngoài ra còn có số hiệu cho dây dẫn, cáp có sẵn, các phần vỏ bảo vệ, gioăng, và thậm chí các đầu nối bấm (crimp) cho kết nối dây-mạch. Mỗi yếu tố này được phản ánh trong hầu hết các sơ đồ mạch điện thể hiện kết nối điện trong cụm đa bo.

Bản vẽ lắp ráp đa bo

Các thiết kế đa bo cuối cùng sẽ cần được xây dựng thành sản phẩm vật lý. Để đảm bảo thực hiện đúng, cần có bản vẽ lắp ráp cho toàn bộ sản phẩm và các bản vẽ lắp ráp riêng cho từng PCB trong hệ thống đa bo. Bản vẽ lắp ráp cho từng PCB nên tuân theo định dạng tiêu chuẩn, bao gồm ghi chú lắp ráp và chế độ xem 3D hoặc kết xuất lớp lắp ráp trực tiếp trên bản vẽ.

Kết xuất lớp lắp ráp cho hệ thống đa bo nên hiển thị bố trí tất cả các PCB trong hệ thống, bao gồm các mô hình 3D được gán cho các linh kiện trên từng PCB. Bản vẽ này được sử dụng làm cơ sở để lắp ráp toàn bộ hệ thống sau khi các PCB riêng lẻ được lắp ráp và chuyển giao cho lắp ráp cấp sản phẩm.

Vai trò quan trọng khác của bản vẽ lắp ráp đa bo là cung cấp hướng dẫn lắp ráp cho các bo mạch khác nhau. Bản vẽ và hướng dẫn được chuyển cho kỹ thuật viên sẽ ghép các PCB lại với nhau và gắn PCB vào bao bì sản phẩm.

1. Hướng dẫn phải nêu rõ thứ tự các bo mạch được lắp vào chồng kết nối của chúng.
2. Bất kỳ linh kiện cơ khí hoặc phần cố định nào cũng phải được chi tiết trong hướng dẫn lắp ráp.
3. Vỏ hoặc bao bì (nếu có trong sản phẩm) cũng phải được liệt kê trong bản vẽ lắp ráp sản phẩm.
4. Các hướng dẫn xử lý (xử lý an toàn ESD, phòng tránh tiếp xúc hóa chất, xử lý thải, v.v.) phải được nêu rõ trong hướng dẫn.

Hướng dẫn lắp ráp nên tham chiếu số hiệu linh kiện trong BOM cấp sản phẩm, bao gồm số hiệu PCBA, để không nhầm lẫn các linh kiện liên quan đến từng bước lắp ráp. Hướng dẫn lắp ráp cũng có thể được tạo đồ họa trong phần mềm mô hình cơ khí; điều này yêu cầu chuyển thiết kế điện sang phần mềm MCAD để tạo các kết xuất thực tế hiển thị các bước lắp ráp bằng đồ họa.

Theo dõi và phát hành gói dữ liệu lắp ráp đa bo

Khi đã đến lúc sản xuất lắp ráp đa bo, các gói dữ liệu riêng lẻ cần được lấy từ kho PLM và chuyển cho nhà sản xuất. Thông thường, mỗi PCB được đưa vào các cơ sở sản xuất khác nhau do năng lực và thời gian sản xuất yêu cầu khác nhau. Điều này giúp người mua PCB kiểm soát thời gian sản xuất và chi phí.

Các gói dữ liệu cho sản phẩm đa PCB nên được xử lý tương tự như các thiết kế khác: tập trung vào bảo mật dữ liệu và phát hành thông tin có kiểm soát chỉ cho các bên được chọn. Các quản lý mua hàng và quản lý kỹ thuật cần có khả năng kiểm soát ai nhận các phần cụ thể của gói dữ liệu đa PCB.

Thiết kế điện:

• Tách dữ liệu chế tạo và lắp ráp
• Nhóm chế tạo và lắp ráp không nhận sơ đồ mạch
• Nhóm chế tạo và lắp ráp không nhận mô hình 3D toàn bộ cụm
• Không gửi gói dữ liệu cấp sản phẩm cho từng nhà cung cấp; chỉ gửi gói dữ liệu PCB riêng lẻ

Thiết kế cơ khí/Dây cáp:

• Chế tạo cơ khí không cần dữ liệu điện
• Quản lý mua hàng có thể cần tách các yếu tố cơ khí khỏi BOM cấp sản phẩm
• Nhà sản xuất dây cáp hoặc dây dẫn chỉ cần thông tin giao diện kết nối, không cần nhận sơ đồ mạch

Khi mỗi phần của thiết kế đa bo được sản xuất, nó có thể được đưa vào lắp ráp để tạo sản phẩm cuối cùng. Khi thiết kế được nâng cấp lên phiên bản tiếp theo, toàn bộ gói có thể được nhập lại vào phần mềm thiết kế để thực hiện cập nhật điện và cơ khí. Chỉ Altium Develop mới thống nhất các lĩnh vực này thông qua Altium Designer và tích hợp cơ khí trong tiện ích MCAD CoDesigner.

Để tìm hiểu thêm về thiết kế và lắp ráp đa bo, hãy đọc về các tính năng tạo lắp ráp vật lý trong Tài liệu Altium. Các công cụ này cho phép tạo mô hình 3D cho các cụm PCB, sau đó có thể chuyển giao cho thiết kế vỏ bằng cách sử dụng các tính năng hợp tác MCAD trong Altium Develop. Điều này cho phép kỹ sư cơ khí xem bản nháp lắp ráp của mảng bo mạch trong phần mềm MCAD tiêu chuẩn công nghiệp như SolidWorks và thiết kế bao bì sản phẩm xung quanh bố trí 3D của PCB.

Dù bạn cần xây dựng điện tử công suất đáng tin cậy hay các hệ thống kỹ thuật số tiên tiến, hãy sử dụng bộ tính năng thiết kế PCB hoàn chỉnh và công cụ CAD hàng đầu thế giới của Altium. Altium cung cấp nền tảng phát triển sản phẩm điện tử hàng đầu thế giới, với các công cụ thiết kế PCB tốt nhất trong ngành và các tính năng hợp tác đa ngành cho các nhóm thiết kế tiên tiến. Liên hệ chuyên gia Altium ngay hôm nay!