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pannellizzazione del PCB

Ridurre il costo del PCB con l’ottimizzazione del pannello

on 7 Novembre 2017

Quando si deve realizzare un circuito stampato (PCB) nell’ambito dell’introduzione di un nuovo prodotto (NPI), per ridurre i costi si tende a risparmiare scegliendo l’offerta migliore tra i fornitori della fabbricazione e dell’assemblaggio. Ma risparmiare sui fornitori non è notoriamente un approccio lungimirante.

Un OEM oggi può ottenere risparmi molto significativi concentrandosi piuttosto sul costo dei materiali. L’ottimizzazione del pannello è l’attività che consente di farlo, a condizione che sia il committente stesso di PCB a occuparsene direttamente, anziché aspettare che lo faccia il costruttore.

L’OEM ha tipicamente diversi fornitori per la fabbricazione, l’assemblaggio e la prototipazione. Ciascuno di essi ha i propri standard e vincoli, per ciò che riguarda la pannellizzazione. Dunque capita di frequente che vengano scambiate informazioni con ciascuno di essi in modo ripetuto e inefficiente. Questo fa capire come la responsabilità dei costi dei materiali per la produzione di un PCB sia in buona misura proprio nelle mani dell’OEM.

Cos’è il pannello

Sul concetto di pannello e di pannellizzazione a volte può esserci confusione anche tra gli addetti ai lavori. Il pannello di assemblaggio è il prodotto che l’OEM si aspetta gli venga consegnato dal produttore di PCB, destinato a essere inserito nelle macchine pick & place delle linee di assemblaggio, come in questo esempio:

pannello PCB singolo

Il pannello è un PCB di dimensioni ottimizzate per l’assemblaggio, perché deve essere abbastanza grande per entrare nelle macchine delle linee SMT del produttore. Ma le sue caratteristiche dovrebbero tenere conto anche delle esigenze della fabbricazione, dove può essere conveniente lavorare pannelli contenenti più circuiti stampati, anche di diverso tipo, in modo da utilizzare al massimo il materiale.

Dunque nella realtà un pannello si presenta come nella figura che segue, nella quale lo stesso disegno di PCB è ripetuto più volte, tutte quelle che è possibile fare entrare nelle dimensioni del pannello stesso.

Pannello PCB multipli

Altri elementi presenti nel pannello sono:

  • le bandelle laterali (rail), cioè le aree aggiuntive necessarie a raggiungere le dimensioni necessarie e al trasporto;
  • i fiducial markers di pannello, ovvero i segni apposti sullo stampato affinché la macchina li riconosca, per poter determinare il lato della scheda (top o bottom) e il suo orientamento; le caratteristiche dei fiducials sono definite dalle norme IPC (SMEMA FIDUCIAL MARK STANDARD);
  • i test coupon, per effettuare test sulla qualità della laminatura;
  • i fori di centraggio (holes) necessari a facilitare le varie lavorazioni;
  • le informazioni di riferimento, sotto forma di scritte o di bar-code.

I fattori di riduzione dei costi

Una versione del pannello viene realizzata già in fase di prototipazione, ma – come fa notare Patrick McGoff – nel momento in cui un PCB, e il relativo pannello, viene considerato accettabile per l’assemblaggio, non significa affatto che sia anche ottimizzato per la sua fabbricazione.

Inoltre, il flusso tipico del DFM consiste nell’utilizzo da parte dell’OEM delle linee guida fornite dall’assemblatore, in una fase successiva a quella di progettazione. A quel punto il progetto viene inviato al costruttore del PCB, che lo configura tramite i propri software CAM, per poi inviare un feedback all’OEM. Quest’ultimo può rendersi conto solo in questa fase di quanti siano i pannelli  necessari e dunque i costi effettivi di produzione.

Sarebbe invece fondamentale per l’OEM poter disporre di un tool software in grado di includere sin nella fase di progettazione le linee guida del costruttore e dell’assemblatore. In tal modo, il progetto può essere ottimizzato anche per la pannellizzazione, con evidenti risparmi economici. Potrebbe ad esempio essere conveniente modificare di poco la forma del PCB, per fare entrare più pezzi nell’area del pannello. Ma in generale, ciò consente di anticipare il più possibile eventuali problemi di produzione, dove è il pannello e non il singolo PCB ad essere lavorato.

Le funzionalità necessarie a ottimizzare in pieno la pannellizzazione comprendono:

  • archivio delle linee guida di tutti i partner, sia per la fabbricazione, sia per l’assemblaggio;
  • creazione rapida dei pannelli ottimizzati sia per la fabbricazione, sia per l’assemblaggio;
  • gestione di fattori come misure del pannello, dimensioni delle bandelle, margini, numero di schede per pannello, sporgenze;
  • possibilità di aggiungere i vari elementi tipici del pannello (fiduciali, fori, scritte, ecc.);
  • controlli di problematiche tipiche del pannello, come ad esempio il posizionamento corretto dei break-away sul perimetro della scheda (fase di distacco della scheda dal pannello);
  • calcolo della quantità di materiale utilizzato e del relativo costo.

A tale lista va aggiunta la possibilità di effettuare i controlli DFM relativi ai problemi propri del pannello, che non possono emergere se l’analisi DFM viene effettuata solo a livello di scheda. Le figure che seguono mostrano tre esempi di problemi di produzione legati alla pannellizzazione.

problemi di fabbricazione del PCB

Il componente troppo vicino al bordo rischia di provocare danni

problemi di fabbricazione del PCB

Il LED si sovrappone al fiducial marker, compromettendo una registrazione accurata

problemi di fabbricazione del PCB

FIGURE 5. Breakaway tab too close to SMD pad causes stress on the pad when separating.

La fustellatura del break-away troppo vicina alla pad SMD può danneggiarla al momento della separazione

I tool per ottimizzare la pannellizzazione

Le funzionalità descritte sono tutte incluse nel tool Valor NPI, che rappresenta la soluzione ideale e più completa per il DFM del PCB. Ma le funzionalità fondamentali sono presenti anche nel modulo Fablink, incluso gratuitamente nel pacchetto PADS Professional, opzionale in Xpedition PCB.

Nella prossima puntata vedremo quali sono le strategie specifiche per l’ottimizzazione dell’uso del materiale e quanti sono i risparmi ottenibili in termini di spesa.

(fine prima parte)

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