Chuỗi cung ứng PCB là gì?

Chuỗi cung ứng PCB bao gồm nhiều thành phần, nguyên liệu thô và bản thân PCB. PCB và các cụm lắp ráp PCB (PCA) thường là các thành phần kỹ thuật phức tạp nhất được mua cho các bộ lắp ráp và sản phẩm điện tử, và chúng là trung tâm của một sản phẩm điện tử. Sự phức tạp của PCB hiện đại dẫn đến một số thách thức đối với đội ngũ quản lý chuỗi cung ứng (SCM) có thể khác biệt đáng kể so với các hàng hóa khác mà đội ngũ này quản lý.

Trong hướng dẫn ngắn này, chúng tôi sẽ xem xét chi tiết về chuỗi cung ứng PCB, cụ thể là những gì nằm trong phạm vi của đội ngũ mua hàng và quản lý chuỗi cung ứng.

• Cấu trúc của Chuỗi Cung ứng PCB
• Ai Quản lý Chuỗi Cung ứng của Sản phẩm?
• Những Thách thức của Quản lý Chuỗi Cung ứng PCB
• Chuỗi Giao hàng Giá trị PCB
• Đánh giá Sản phẩm
  • Thiết kế và Bố cục PCB
  • Chế tạo và Kiểm tra PCB
  • Đánh giá và Kiểm tra PCBA
• Tóm tắt

Cấu trúc của Chuỗi Cung ứng PCB

Chuỗi cung ứng cho PCB và PCBA bao gồm một loạt các nhà cung cấp nguyên liệu thô, nhà sản xuất và tất nhiên, các thành phần xuất hiện trên một PCB hoàn chỉnh. Mỗi bước trong chuỗi cung ứng, từ ý tưởng thiết kế đến sản phẩm hoàn chỉnh, đều sử dụng tài nguyên từ nhiều khu vực khác nhau:

• Vật liệu lõi và laminate của bảng mạch trần, một số có thể có các hoán đổi tương thích như được định nghĩa trong các slash sheet; những thứ này sử dụng tài nguyên từ chuỗi cung ứng riêng của chúng về hóa chất và nguyên liệu thô.
• Nguyên liệu thô của bảng mạch trần, cụ thể là các lớp đồng và sợi thủy tinh dệt để tạo ra laminate.
• Nguyên liệu thô bổ sung, chẳng hạn như sản phẩm tẩy rửa và hàn cho lắp ráp, cũng như các vật liệu và hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất PCB.
• Dụng cụ và vật liệu sử dụng trong sản xuất bảng mạch trần và lắp ráp PCBA, bao gồm vật liệu hàn, lớp phủ, tiền chất mạ, vật liệu làm sạch và các vật tư tiêu hao khác.
• Các chất bán dẫn và các thành phần khác được gắn lên PCB để cung cấp chức năng cho thiết bị. PCBAs đòi hỏi nhiều thành phần để hỗ trợ các chức năng và khả năng mong muốn trong một sản phẩm nhất định, điều này có thể tạo ra rủi ro nếu không được lựa chọn với tầm nhìn bền vững.
• Vật liệu đóng gói và vỏ bọc, hoặc các vỏ bọc đã được định hình sẵn, sẽ chứa đựng bộ lắp ráp hoàn chỉnh và cho phép kết nối với các hệ thống khác.

Một phần thách thức trong việc quản lý chuỗi cung ứng PCB là đảm bảo rằng các sản phẩm mới có thể được sản xuất ở quy mô mong muốn và trong suốt thời gian sử dụng mong muốn của sản phẩm. Ví dụ, đảm bảo một chuỗi cung ứng bền vững lâu dài không quan trọng khi sản xuất số lượng 1 của một hệ thống phức tạp, nhưng có thể khó khăn hơn nhiều khi sản xuất số lượng dự báo lên đến hàng triệu chiếc trong hơn 10 năm. Đây cũng là một cân nhắc quan trọng trong quản lý vòng đời sản phẩm vì vòng đời của sản phẩm sẽ kết thúc khi nguyên liệu thô và các thành phần hết tuổi thọ (EOL).

Ai Quản lý Chuỗi Cung ứng của Sản phẩm?

Khi các yêu cầu của sản phẩm được xác định và kỹ sư bắt đầu làm việc, thiết kế của PCB và lựa chọn các thành phần sẽ khởi đầu Chuỗi Giá Trị của Sự Kiện (xem bên dưới). Bố cục của bảng mạch in là sự đại diện vật lý đầu tiên của sản phẩm đó. Thiết kế cho sản xuất (DFM) là cần thiết như một cách tối ưu hóa hiệu suất và chi phí, đồng thời đảm bảo thiết kế có thể được sản xuất ở quy mô mong muốn, dựa trên khả năng chế tạo và lắp ráp của nhà sản xuất. Thách thức trong việc quản lý thông tin, tài liệu và chuyển giao để chỉ định các yêu cầu thiết kế và những kỳ vọng khác cho các nhà cung cấp.

• Mua hàng: Trừ khi một OEM là một trong số ít những công ty có khả năng sản xuất nội bộ, các cân nhắc chung cho các quyết định về nguồn cung cấp PCB và PCA, cũng như các tiêu chí nên được sử dụng để đánh giá và chọn nhà cung cấp, sẽ được giao cho bộ phận mua hàng.

• Lựa chọn và đánh giá nhà cung cấp: Những người khác tham gia vào các cân nhắc kinh doanh và tiêu chí lựa chọn đã được mô tả để đánh giá và đủ điều kiện cho nhà cung cấp, bao gồm các quy trình thực hiện đánh giá kỹ thuật mẫu được cung cấp bởi nhà cung cấp.

• Kiểm soát quy trình, giám sát và kiểm tra: Một nhiệm vụ liên tục trong việc quản lý chuỗi cung ứng điện tử là giám sát phương pháp đảm bảo chất lượng, thường dựa trên các phương pháp thực hành chất lượng tốt nhất như các nguyên tắc của sáu sigma, với các khuyến nghị cụ thể về kiểm soát quy trình, thử nghiệm và kiểm tra PCB và PCA tại nhà cung cấp.

• Chấp nhận sản phẩm và phản hồi: Cuối cùng, cần có các quy trình để đánh giá thiết kế, chấp nhận lô hàng và kiểm tra liên tục các PCB và PCBA nhận được. Nó cũng bao gồm các khuyến nghị cho việc quản lý nhà cung cấp lâu dài nhằm giảm thiểu chi phí quản lý nội bộ trong khi duy trì mức hiệu suất cao.

Những Thách Thức trong Quản lý Chuỗi Cung ứng PCB

Quản lý chuỗi cung ứng điện tử mang lại nhiều thách thức không gặp phải trong các ngành công nghiệp khác. Điều này một phần là do sự phức tạp của các sản phẩm và hệ thống điện tử, cả ở cấp độ bảng mạch trần và ở cấp độ từng thành phần riêng lẻ. Một số ví dụ về các thách thức trong chuỗi cung ứng điện tử như sau:

• PCB và PCA được thiết kế tùy chỉnh và do đó không thể đơn giản mua từ một danh mục sản phẩm có sẵn. Thực tế, không có sự thay thế hoàn hảo cho các bảng mạch trong một hệ thống hoặc bộ lắp ráp lớn hơn. Thêm vào đó, nếu bảng mạch bị lỗi, cả một hệ thống con có thể bị ảnh hưởng và toàn bộ PCBA sẽ cần được thay thế. Có nhiều nhà cung cấp, nhưng khả năng và hiệu suất của họ khác nhau rất nhiều, đòi hỏi sự chú ý nhiều hơn đến việc lựa chọn và đánh giá nhà cung cấp.

• Giống như các bảng PCB trần, không phải tất cả các chất bán dẫn đều có sự thay thế hoàn hảo hoặc tương đương. Đôi khi, bạn phải thiết kế bảng mạch dưới mức tối ưu để nhiều số phần (PN) trong một dòng sản phẩm có thể được sử dụng trong PCBA, điều này giúp khắc phục tình trạng thiếu hụt chất bán dẫn. Một phương pháp khác từ phía thiết kế là triển khai nhiều biến thể và quản lý vòng đời của chúng riêng lẻ.

• Có nhiều quy trình sản xuất khác nhau được sử dụng để tạo ra PCB và PCA, từ quy trình chụp ảnh chính xác và đặt linh kiện, ép cơ học để dán các lớp, lò nung để làm nóng chảy hàn, mạ hóa chất ướt và khắc, đến khoan và cắt tốc độ cao. Mỗi quy trình này yêu cầu dụng cụ và nguyên liệu riêng biệt, không có sự thay thế hoàn hảo.

• PCB và PCA cần phải hoạt động như một phần của hệ thống điện, và hiệu suất của chúng là quan trọng đối với sự thành công của sản phẩm cuối cùng. PCB không chỉ đơn thuần là tạo ra các kết nối giữa các thành phần gắn trên bảng mạch, mà trong một số trường hợp, nó còn hoạt động như một thành phần tự thân. Đôi khi không thể xác định liệu PCBA có hoạt động chính xác hay không cho đến khi nhóm thiết kế đánh giá nó như một phần của sản phẩm cuối cùng.

• Mặc dù các thành phần trên PCBA nguyên mẫu có thể được thay thế, các đường mạch có thể bị cắt, và các cầu nối có thể được thêm vào, nhưng PCB và PCA không thể dễ dàng sửa chữa, trả lại hoặc tái chế nếu yêu cầu sản phẩm thay đổi, điều này có thể dẫn đến chi phí bổ sung và hàng tồn kho không mong muốn.

Đây chỉ là một ví dụ về những thách thức phát sinh trong chuỗi cung ứng điện tử thay đổi nhanh chóng, đặc biệt là về việc cung cấp và sản xuất chất bán dẫn. Làm việc với các nhà cung cấp khác, logistics và lắp ráp làm tăng thêm độ phức tạp của việc cung cấp và mua sắm PCBA.

Chuỗi Giao Hàng Giá Trị PCB

Giá trị được định nghĩa là “Lợi ích trừ chi phí”. Để có một sản phẩm thành công trên thị trường, trong mỗi bước của Chuỗi Cung ứng, mỗi phân khúc phải nhận thấy được giá trị! Như đã thấy dưới đây, mỗi phân khúc coi phân khúc tiếp theo là khách hàng. Do đó, mỗi phân khúc đều đóng góp vào chuỗi giá trị.

Việc lựa chọn nhà cung cấp cụ thể phụ thuộc vào tầm quan trọng tương đối của nhiều khía cạnh khác nhau trong hiệu suất của nhà cung cấp (xem bảng dưới đây). Các nhà cung cấp có khả năng và điểm mạnh riêng dựa trên các quyết định chiến lược của họ về cách họ chọn để cạnh tranh. Những khả năng này sẽ xác định mức độ phù hợp của họ với chiến lược cung ứng và cách họ có thể hoạt động như một đối tác kinh doanh lâu dài. Hiểu rõ điều gì quan trọng nhất đối với doanh nghiệp sẽ hướng dẫn việc lựa chọn nhà cung cấp ban đầu và xác định liệu hiệu suất của nhà cung cấp có tiếp tục đáp ứng yêu cầu của bạn hay không.

Đánh giá sản phẩm

Khi một sản phẩm mới được hình thành, một trong những hoạt động đầu tiên là phân chia sản phẩm thành các thành phần hoặc phần nhỏ để có thể thiết kế, sản xuất, bán và hỗ trợ. Tuy nhiên, tiêu chuẩn đánh giá có thể cần thiết, tùy thuộc vào thị trường mục tiêu và ngành công nghiệp. Điều này cực kỳ quan trọng vì một sai lầm ở đây có thể dẫn đến việc sản phẩm không có các tính năng phù hợp, sản phẩm có chi phí quá cao hoặc không đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu suất cần thiết.

Thiết kế và bố trí PCB

Nhiều thách thức phải đối mặt khi thiết kế một bảng mạch mới. Các mô hình dây dẫn rất quan trọng để chọn các quy tắc thiết kế và cấu trúc phù hợp. Với các lỗ mù và lỗ chôn, các cấu trúc mới đa dạng và phức tạp hơn so với các bảng mạch thông thường. Hiểu biết về những gì có hiệu quả từ quan điểm thiết kế cho sản xuất là điều cần thiết.

Quy tắc thiết kế đặc biệt cần được xem xét với các cấu trúc phức tạp. Mỗi quy trình sản xuất có thể có các cân nhắc và giới hạn đặc biệt. Công cụ thiết kế, các tập hợp pad, và các bộ định tuyến tự động đều được sử dụng khác nhau trong các thiết kế phức tạp. Quá trình tùy chỉnh thiết kế chưa phải là một hoạt động phổ biến. Các hệ thống CAD mới hơn cũng có các hệ thống chuyên gia cung cấp những lời khuyên cần thiết. Phần mềm Kiểm tra khả năng sản xuất sẽ kết thúc quá trình bố trí với một kiểm tra kỹ lưỡng để phát hiện lỗi hoặc sai sót.

Chế tạo và kiểm tra PCB

Trong toàn bộ chuỗi giá trị cung ứng, quá trình chế tạo đã trở thành một trong những lĩnh vực được phát triển mạnh nhất. Hiện tại, có hơn hai trăm công ty trên toàn thế giới sử dụng ít nhất hai mươi quy trình khác nhau để tạo ra các cấu trúc HDI/SLP cơ bản giống nhau. Ví dụ, việc tạo ra microvia là phần dễ dàng, vì các máy laser, thiết bị khắc và photo-dielectrics đã cải thiện nhanh chóng trong những năm qua. Những thách thức là các yếu tố cơ bản: căn chỉnh, quang khắc tuyến nhỏ, mạ và tráng kim loại. Trong các HDI/SLP phức tạp, tất cả những yếu tố này phải hoạt động ở mức cao nhất. Mặc dù điều này chắc chắn là khó khăn, nhưng nó mang lại lợi ích cho tất cả các quy trình sản xuất bảng mạch in.

Đánh giá và kiểm tra PCBA

Lắp ráp có giá trị mới với các thành phần phức tạp có chân pitch nhỏ. Các thành phần có thể được đặt gần nhau hơn, điều này có thể thay đổi quá trình hàn reflow và sửa chữa. Khi mặt trên đã đầy, mặt dưới cũng phải chứa thêm nhiều thành phần, bao gồm nhiều thành phần nhỏ. Điều này cũng sẽ thay đổi quá trình lắp ráp và các hồ sơ reflow. Với các thành phần mảng khu vực nhỏ hơn và dày đặc hơn như các gói chip dạng lưới hoặc flip chip, tổng số kết nối trên mỗi cm² tăng lên đáng kể. Những thành phần nhỏ mới hơn này với underfill hoặc mật độ kết nối bề mặt cao có thể có tương tác độ tin cậy với các cấu trúc phức tạp. Cấu trúc mỏng hơn có xu hướng bị uốn cong trong các chu kỳ nhiệt và điều này tạo ra các cơ chế và cơ hội mới cho sự hỏng hóc, cần được đánh giá và kiểm tra kỹ lưỡng.

Giai đoạn cuối cùng của chuỗi giá trị PCB là kiểm tra ở cấp độ lắp ráp. Điều này đặt ra nhiều vấn đề mới với các thành phần mảng khu vực nhỏ hơn. Nếu sử dụng via-in-pads với các thành phần mảng khu vực, sau khi lắp ráp sẽ không còn các lỗ thoát ra để sử dụng cho việc kiểm tra. Thiết kế cho Kiểm tra trở thành một yếu tố quan trọng trong phân chia hệ thống. Kiểm tra từ chu vi, quét biên hoặc kiểm tra tự động trở thành yếu tố thiết kế chính. Các thành phần có thể gần đến mức không còn không gian để đặt pad kiểm tra hoặc pin kiểm tra vào khu vực đó. Thêm pad kiểm tra vào bề mặt sau khi bảng mạch đã được thiết kế có thể làm tăng đáng kể độ phức tạp và chi phí, cũng như gây ra các vấn đề về ký sinh. Các hệ thống xác minh cấp độ lắp ráp mới sẽ có khả năng được phát triển mà không cần các đồ gá kiểm tra cổ điển, thay vào đó là các kỹ thuật kiểm tra không tiếp xúc nhanh hơn.

Tóm tắt

Tóm lại, các phát triển trong chuỗi cung ứng PCB diễn ra nhanh chóng và sẽ tạo ra nhiều thách thức cho các đội ngũ thiết kế và sản xuất. Điều cuối cùng mà bất kỳ ai cũng không muốn nghe là một sản phẩm không thể được sản xuất ở quy mô lớn vì một điện trở duy nhất không thể được mua. Làm việc cùng nhau và nhận ra rằng mỗi phần của việc giao hàng sẽ phụ thuộc vào các liên kết khác của chuỗi, chúng ta có thể cung cấp các giải pháp cho OEM, cho phép họ cung cấp sản phẩm vượt trội.

Khi bạn cần cái nhìn tức thì vào chuỗi cung ứng PCB khi chọn thành phần và lên kế hoạch chế tạo, hãy sử dụng bộ công cụ CAD hoàn chỉnh trong Altium Designer^®. Khi thiết kế của bạn đã sẵn sàng cho việc đánh giá và sản xuất kỹ lưỡng, đội ngũ của bạn có thể chia sẻ và cộng tác theo thời gian thực thông qua nền tảng Altium 365^™. Các đội ngũ thiết kế có thể sử dụng Altium 365 để chia sẻ dữ liệu sản xuất và kết quả kiểm tra, và các thay đổi thiết kế có thể được chia sẻ thông qua nền tảng đám mây an toàn và trong Altium Designer.

Chúng tôi mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.