Guia para o controlo de custos e Prevenção de riscos em a placa de circuito impresso Processo de fabrico
A essência do controlo de custos de ponta a ponta das placas de circuito impresso (PCB) e da prevenção de riscos de fabrico consiste em alcançar o desempenho necessário com o mínimo de custos. Isto implica eliminar a redundância desde a fase de conceção, verificar a funcionalidade durante a prototipagem, otimizar o rendimento durante a produção-piloto e tirar partido das economias de escala na produção em massa, formando um sistema de gestão em circuito fechado. Esta abordagem garante a qualidade do produto, ao mesmo tempo que reduz continuamente os custos de I&D e de produção de hardware, reforçando assim a competitividade do produto.
A prevenção de riscos no processo de fabrico é uma parte crucial do controlo dos custos de fabrico. A Geyuan Electronics resume os riscos comuns encontrados em mais de 30 000 projetos, incluindo: a utilização cega de processos de ponta, a prototipagem apressada frequente, alterações frequentes ao projeto, a seleção de componentes pouco comuns, a panelização irracional, a negligência do DFM (Design for Manufacturing, ou Design para Fabricação), levando a retrabalhos, e múltiplas encomendas de reabastecimento em pequenos lotes. Evitar estes riscos ao colaborar com fabricantes em projetos de aquisição de PCB pode reduzir despesas desnecessárias em mais de 30%. Além disso, é essencial ter em conta que cenários diferentes exigem estratégias diferenciadas de redução de custos. Os particulares e as startups devem concentrar-se em processos padronizados, panelação de pequenos lotes e no aproveitamento de descontos de primeira encomenda; as empresas estabelecidas devem dar prioridade à otimização do DFM na I&D, ao controlo de ponta a ponta e à negociação em grande escala; e os projetos regulares de produção em massa de PCB devem centrar-se nas economias de escala, na padronização de processos e na integração da cadeia de abastecimento.
A seguir, este artigo abordará principalmente os riscos comuns e as questões de qualidade que podem surgir durante Fabrico de placas de circuito impresso, e resumir os métodos para controlar os custos de fabrico de projetos de PCB e gerir os riscos. Após a leitura deste artigo, não só compreenderá os problemas mais comuns no fabrico de PCB, como também aprenderá com a nossa experiência no controlo dos custos de fabrico de PCB.
Erros comuns a evitar na montagem e no fabrico de placas de circuito impresso (PCB)
A deteção de defeitos durante a montagem e o fabrico de placas de circuito impresso (PCB) não só atrasa todo o processo, como também implica ciclos dispendiosos de reformulação e testes, um aumento das reclamações ao abrigo da garantia e danos à reputação da marca quando o produto final chega ao cliente. Por isso, a equipa da Geyuan Electronics elaborou uma lista de erros comuns a evitar durante o processo de fabrico e montagem de projetos de PCB.
pontos de teste
A inclusão de pontos de teste durante a fase de conceção do fabrico e montagem de placas de circuito impresso (PCB) é uma boa prática, uma vez que facilita consideravelmente o teste de componentes críticos. Os pontos de teste são locais na placa de circuito onde são inseridos sinais de teste e onde se observa o funcionamento do circuito. Quem negligenciar esses pontos de teste durante a fase de conceção tem mais probabilidades de se deparar com erros nos componentes mais tarde, o que não só dificulta o processo de montagem e fabrico da PCB, como também leva a modificações adicionais e, por vezes, até a uma reformulação completa do projeto.
Risco de poluição
Durante o fabrico de placas de circuito impresso (PCB), substâncias como resíduos de fluxo, impressões digitais, resíduos de produtos de limpeza e soluções ácidas de galvanização podem causar contaminação, levando a problemas como curto-circuitos, circuitos abertos e corrosão. Por isso, é essencial manter as áreas de produção limpas e ter extremo cuidado ao seguir os procedimentos de manuseamento.
Defeitos de material
Os materiais utilizados no fabrico e montagem de placas de circuito impresso (PCB) devem estar isentos de defeitos. Os fabricantes devem garantir que os materiais são adquiridos junto de fornecedores de renome que não comprometam a qualidade. Os materiais de qualidade inferior podem conter resina insuficiente, poros, nódulos, etc., o que pode causar problemas mais tarde.
Alterações nos processos de rotina
Se ocorrerem fatores críticos, tais como temperatura incorreta ou imprecisa, taxas de perfuração abaixo do padrão, laminação irregular e instalações de armazenamento insuficientes, e estes excederem os limites de controlo, as variações nos processos de rotina podem conduzir a defeitos nos PCB. Por conseguinte, para prevenir tais problemas, podem ser utilizados métodos estatísticos para detetar quando estes fatores se desviam dos limites toleráveis. Os gráficos de controlo são também uma excelente ferramenta para acompanhar esses fatores e minimizar os problemas associados à variabilidade.
Defeitos dimensionais
É fundamental prestar atenção às dimensões da placa de circuito impresso (PCB), uma vez que dimensões precisas são essenciais para o bom funcionamento da mesma. Os problemas dimensionais mais comuns incluem a inclinação (deslocamento da camada interna devido ao desalinhamento entre as diferentes camadas), a padronização incorreta (alinhamento incorreto das camadas, resultando em orifícios que não estão dispostos de acordo com um padrão específico), a perfuração incorreta (perfuração de orifícios em locais diferentes dos pretendidos), e problemas gerais de espaço e encaminhamento inaceitáveis, que podem conduzir a curto-circuitos. Para evitar tais problemas, os fabricantes devem prestar atenção à precisão dimensional e realizar vários cálculos antes de finalizar as dimensões.
Defeitos na galvanoplastia
O revestimento utilizado nas placas de circuito impresso (PCB) deve ser de alta qualidade e isento de quaisquer defeitos. Defeitos como nódulos (protuberâncias na superfície do revestimento de cobre), cavidades (vazios e depressões na superfície do revestimento), revestimento com textura opaca e revestimento mais fino do que o necessário podem todos conduzir a ligações deficientes ou a uma soldadura excessiva.
Defeitos de perfuração
Os defeitos de perfuração, tais como contaminantes (resíduos de resina que ficam à volta do orifício após a perfuração), orifícios abaixo dos padrões (diâmetro impreciso ou circularidade imperfeita), bordas irregulares dos orifícios e centragem incorreta dos mesmos, podem levar a uma ligação incorreta entre as camadas. Por conseguinte, não só a perfuração tem de ser absolutamente precisa, como também as dimensões dos orifícios têm de ser calculadas com precisão desde o início.
Erro humano
Por vezes, o erro humano pode danificar as placas de circuito impresso (PCB). Por exemplo, um operador de máquina pode introduzir defeitos na placa, colocá-la incorretamente no tanque de galvanização, utilizar uma broca de tamanho inadequado ou armazenar indevidamente as placas acabadas. Todos estes erros podem ser evitados através da implementação de programas de formação adequados, de instruções de trabalho corretas, da verificação redundante das configurações das máquinas e do aumento da automatização.
Espaço insuficiente entre a borda e a pista
Se o espaçamento entre as bordas e os traços não for mantido de forma ideal no layout do circuito, os condutores de cobre expostos podem ficar parcialmente ou mesmo totalmente cortados. Isto pode resultar na exposição do cobre e na formação de rebarbas à volta das bordas.
Chapas de cobre manuseadas de forma inadequada
Durante o processo de impressão, formam-se finas folhas de cobre, denominadas fragmentos de cobre. Em alguns casos, estes fragmentos podem cair no banho de galvanização e espalhar-se por qualquer parte da placa de circuito, podendo causar curto-circuitos. Por vezes, se estes fragmentos de fotorresistência forem removidos, os fragmentos de cobre espalhados podem comprometer o funcionamento da placa de circuito. Por isso, é melhor manuseá-los com cuidado para proteger a placa de circuito.
Erro de serigrafia
A serigrafia é a etapa final do processo de fabrico e montagem de placas de circuito impresso (PCB). Se a serigrafia se sobrepor aos pads, à placa de circuito impresso, aos orifícios, etc., poderá dificultar os processos de montagem subsequentes.
Comprar os componentes errados
Por vezes, a escolha de componentes errados pode afetar o processo de montagem. É preferível optar por componentes padrão, uma vez que estes estão disponíveis junto de vários fornecedores. As peças personalizadas só podem ser adquiridas junto de um número limitado de fornecedores. Por conseguinte, não são viáveis para a produção de placas de circuito impresso em grande escala e aumentariam significativamente os custos.
Circuito aberto e curto-circuito
Obviamente, uma placa de circuito impresso com circuitos abertos ou em curto-circuito não pode funcionar como qualquer produto eletrónico. Embora os fornecedores de placas de circuito impresso devam ter realizado o teste 100% de circuitos abertos/em curto-circuito, é possível que ligações muito pequenas, suscetíveis de causar curto-circuitos, não sejam detetadas, ou que placas com problemas de circuitos abertos/em curto-circuito se misturem com placas em bom estado.
Soldadura de má qualidade
Às vezes, Fabrico de conjuntos de placas de circuito impresso não consegue soldar os componentes eletrónicos de forma adequada, por exemplo, utilizando uma quantidade insuficiente ou excessiva de solda, o que pode causar problemas graves na área de aplicação.
Isolamento insuficiente
Garantir um isolamento adequado entre as faixas metálicas é, talvez, um dos aspetos mais críticos no fabrico de placas de circuito impresso. Por outro lado, um isolamento deficiente pode ter consequências catastróficas. Entre os exemplos, destaca-se o caso de uma faixa continuar a conduzir uma corrente de baixa tensão; outro exemplo é o de uma corrente de alta tensão que passa por uma faixa, mas que forma um arco elétrico que danifica todo o sistema.
Inspeção e ensaios insuficientes
O controlo de qualidade no processo de fabrico de placas de circuito impresso (PCB) é assegurado através de inúmeros testes. Por exemplo, o micro-dicing e a inspeção envolvem o corte de uma placa de circuito impresso e a análise de cada camada ao microscópio. Além disso, são realizados ensaios térmicos, ensaios de vibração e ensaios de envelhecimento para garantir que a placa de circuito funciona na perfeição em condições extremas. Estes ensaios e inspeções minuciosos permitem aos fabricantes de placas de circuito impresso garantir que as suas placas cumprem as normas e identificar quaisquer defeitos futuros.
Várias avarias e causas relacionadas com as placas de circuito impresso (PCB) durante o processo de fabrico
Embora seja crucial estabelecer medidas de controlo eficazes nos projetos de fabrico de PCB, é essencial compreender de forma abrangente as causas subjacentes às falhas dos PCB para mitigar os riscos decorrentes de problemas de fabrico. A equipa da Geyuan Electronics resume os principais fatores que contribuem para as falhas dos PCB durante o processo de fabrico.
| Defeitos relacionados com placas de circuito impresso (PCB) sem componentes | Podem existir pequenos problemas que os fabricantes de placas de circuito impresso não conseguem detetar. Por exemplo, uma pequena ligação entre fios de cobre pode passar nos testes eletrónicos, mas falhar no teste final após a montagem dos componentes eletrónicos. |
| Defeitos relacionados com a montagem e a soldadura de placas de circuito impresso | Técnicas de soldadura inadequadas podem causar más ligações nas placas de circuito impresso. Garantir uma soldadura correta dos componentes permite, normalmente, evitar estes problemas. |
| Diferentes ambientes de utilização | Embora os fabricantes de placas de circuito impresso realizem inspeções e testes exaustivos antes da entrega, continua a ser impossível simular na totalidade o ambiente de utilização, como o calor, o frio, a vibração, a humidade, etc. |
| Avaria mecânica | Entre estes contam-se defeitos no equipamento, picos de tensão na rede elétrica e o envelhecimento do equipamento, que conduzem a falhas de fabrico, sendo que todos estes fatores resultam em avarias nas placas de circuito. |
| Fatores ambientais | Por conseguinte, é mais provável que o desempenho das placas de circuito diminua quando estas são afetadas por fatores atmosféricos adversos, tais como gotas de chuva, humidade elevada e substâncias degradantes (luz solar intensa, substâncias corrosivas). |
| Tensão mecânica | Uma tensão mecânica excessiva causada por vibração, flexão ou impacto pode provocar uma avaria mecânica nos conectores das placas de circuito. |
| Sobrecarga elétrica | A aplicação de uma corrente elevada à placa de circuito impresso provocará interrupções no funcionamento e danos nos componentes da placa. |
| Erro de conceção | Os erros nas placas de circuito impresso podem afetar a qualidade do funcionamento das placas, uma vez que podem, de facto, ocorrer erros relacionados com larguras incorretas das pistas e com o traçado. |
| Interferências EMI/EMC | As avarias nas placas de circuito impresso podem ser atribuídas ao incumprimento das normas relativas à EMI e à EMC. |
Métodos para o controlo dos custos de fabrico de placas de circuito impresso e a prevenção de riscos
O controlo de custos das placas de circuito impresso (PCB) não se resume a uma única tentativa de prototipagem, mas sim a um processo de gestão abrangente que vai desde a conceção, passando pela prototipagem e produção-piloto, até à produção em série. Um planeamento eficaz de ponta a ponta pode reduzir os custos globais de hardware em 20%-50%, melhorando simultaneamente o rendimento e encurtando os tempos de ciclo. A seguir, apresentamos métodos resumidos pela equipa de engenharia da Geyuan Electronics para mitigar vários riscos de fabrico, mantendo ao mesmo tempo o controlo dos custos de fabrico de PCB.
Otimizar o projeto de placas de circuito impresso
A fase de conceção é o ponto de partida para o controlo de custos, determinando 70% do custo final. Seguimos três princípios: minimizar o número de camadas, minimizar a área e padronizar os processos. Utilizamos 2 camadas em vez de 4 e 4 camadas em vez de 6, reduzindo o número de camadas através da otimização do layout; o traçado compacto reduz a área, mantendo-a dentro de 10×10 cm para beneficiar de preços padrão; largura e espaçamento das pistas ≥ 6/6 mil, vias ≥ 0,3 mm, FR-4 padrão e revestimento de solda sem chumbo, evitando todas as sobretaxas de processo.
Conceção simultânea de DFM e DFA
A implementação simultânea do Design for Manufacturing (DFM) e do Design for Assembly (DFA) garante tanto a fabricabilidade como a facilidade de montagem. A padronização do encapsulamento dos dispositivos reduz os tipos de lista de materiais (BOM) e diminui os custos de retrabalho dos componentes de montagem em superfície; evitar componentes com pinos densos e de tamanho micro melhora o rendimento da montagem em superfície (SMT); simplificar as estruturas reduz as etapas de montagem. Dedicar um dia adicional à otimização durante a fase de conceção pode reduzir os custos de retrabalho subsequentes em 30%.
Verificação funcional utilizando amostras de placas de circuito impresso
A fase de prototipagem centra-se na verificação funcional, rejeitando um desempenho excessivo. É utilizado um revestimento de solda sem chumbo para o tratamento de superfícies, em vez de ouro por imersão; a espessura do cobre é de 1 oz, em vez de cobre espesso; são utilizados orifícios de passagem convencionais, em vez de vias cegas ou enterradas; é utilizada uma máscara de solda verde, em vez de cores especiais. Apenas são adicionados os processos necessários para cenários de alta velocidade, alta frequência e alta corrente; tudo o resto é simplificado.
Análise detalhada da fabricabilidade (DFM)
Escolha fábricas que ofereçam uma pré-avaliação DFM gratuita para identificar potenciais problemas numa fase inicial e evitar falhas na prototipagem. Produza 10 a 20 amostras de cada vez para distribuir os custos de engenharia, satisfazer as necessidades de teste e de reserva e evitar novas encomendas. Efetue encomendas com prazos de entrega padrão para evitar taxas de urgência e tornar os orçamentos de I&D mais eficientes.
Otimizar o rendimento da produção durante a fase de produção experimental
Durante a fase de produção experimental em pequenos lotes, o foco recai na otimização do rendimento e na transição suave para a produção em massa. Após a prototipagem bem-sucedida, é realizada uma produção experimental de 50 a 100 peças para verificar a estabilidade do processo e o rendimento. Quaisquer problemas detetados são prontamente resolvidos através do ajuste do projeto, de modo a evitar o desperdício de material durante a produção em série. A fase de produção experimental envolve também a otimização da disposição dos painéis para melhorar a utilização do material, lançando as bases para a redução de custos na produção em série.
Utilize materiais de uso geral
A seleção de componentes deve respeitar os princípios da universalidade e da substituibilidade, evitando materiais pouco comuns, descontinuados e de margem elevada. A otimização da lista de materiais (BOM) pode reduzir os custos das placas de circuito impresso montadas (PCBA) em 60%-80%, dando prioridade à utilização de embalagens de uso geral 0402 e 0603 e diversificando as fontes de abastecimento para reduzir o risco de ruptura de stock.
A produção em massa aumenta as economias de escala e reduz os custos
Durante a produção em massa, consegue-se uma redução extrema dos custos através de economias de escala, da normalização dos processos e da otimização da cadeia de abastecimento. Para lotes de 1 000 unidades ou mais, o preço unitário pode ser reduzido para 10%-20% do preço de amostragem; a utilização dos painéis é aumentada para mais de 90%, reduzindo ainda mais os custos com materiais; e são assinados acordos de longo prazo com fábricas para obter descontos de 10%-20%.
Evite alterações frequentes nos processos de conceção e fabrico
A normalização dos processos evita alterações frequentes, uma vez que cada alteração ao projeto implica o retrabalho de estênceis, programas e dispositivos de fixação, o que aumenta os custos ocultos. A criação de uma biblioteca de projetos normalizada permite a reutilização de módulos já consolidados, reduzindo a prototipagem redundante e melhorando a eficiência da I&D.
Escolha uma fábrica de PCB que ofereça um serviço completo para estabelecer uma parceria.
A gestão da cadeia de abastecimento é igualmente crucial. A escolha de uma fábrica que ofereça serviços completos de PCB+PCBA reduz os custos de comunicação e as despesas de envio, além de evitar erros de coordenação entre vários fornecedores. A aquisição centralizada de placas e componentes permite-lhe beneficiar de descontos por volume e reduzir os custos com materiais. A criação de um stock de segurança ajuda-o a fazer face aos riscos de aumentos de preços e de ruptura de stock durante as épocas de pico.
Problemas de qualidade na produção decorrentes do projeto de placas de circuito impresso (PCB) e as respetivas soluções
Muitos engenheiros, após concluírem o projeto esquemático de um projeto de PCB, precipitam-se frequentemente para a fase de traçado, sem terem em conta a viabilidade do processo de fabrico. Conceber um projeto sem ter em conta as capacidades reais de fabrico do fabricante de PCB pode facilmente conduzir a situações em que, após a produção, a PCB não possa ser fabricada ou em que algumas funções fiquem completamente inutilizáveis na produção em série.
Por conseguinte, após a conclusão do projeto esquemático da placa de circuito impresso (PCB), é essencial realizar uma verificação preliminar em relação às especificações de processo do fabricante parceiro: confirmar se parâmetros como a largura mínima das linhas e o espaçamento entre elas, o tamanho dos vias e a precisão da máscara de solda se encontram dentro das capacidades do fabricante, evitando assim o constrangimento de “projetar mas não conseguir fabricar” e garantindo a qualidade de processamento e a viabilidade do processo da placa de circuito desde a origem.
Além disso, a integridade do sinal é um ponto crítico fundamental que não pode ser ignorado no projeto de PCB. Questões como reflexão, diafonia e saltos de sinal são problemas com que quase todos os engenheiros de hardware já se depararam. Para evitar estes problemas, não se pode confiar apenas na experiência e no discernimento durante o traçado. A otimização deve ser integrada em todo o processo de projeto: dar prioridade à utilização de topologias de ligação razoáveis, aliadas à colocação correta de condensadores, regras de projeto de microfitas e linhas de fita, e realizar antecipadamente análises de simulação da transmissão de sinal em interligações de alta velocidade para antecipar riscos potenciais, tais como distorção de sinal e desajuste de impedância. Resolva os problemas de integridade do sinal logo na fase de roteamento, em vez de perder muito tempo a resolver problemas durante a fase de depuração.
Outro problema facilmente ignorado é a mistura de circuitos analógicos e digitais. Muitos engenheiros não definem claramente as duas áreas durante o traçado, e as pistas sobrepostas podem facilmente ocultar problemas numa única fase de inspeção, levando à incapacidade de detetar falhas atempadamente ou mesmo a diagnósticos errados e tratamentos inadequados. Por exemplo, a interferência entre sinais analógicos e digitais pode causar deslocamentos de desvio e desvios de sinal, resultando, em última instância, num aumento significativo dos erros de cálculo dos circuitos integrados, fazendo com que a precisão do produto final da placa de circuito impresso fique muito aquém dos requisitos de projeto. Para resolver este problema, é necessário o particionamento físico das áreas analógicas e digitais durante a fase de layout, distinguindo e isolando claramente as ligações de controlo de comutação e de carga dos dois tipos de circuitos, cortando assim espacialmente as vias de interferência mútua.
Geyuan Electronics – A ajudá-lo a controlar os custos de fabrico de placas de circuito impresso e a mitigar os riscos
A equipa de especialistas e a experiência da Geyuan Electronics ajudam-no a tomar melhores decisões e a resolver problemas. As nossas capacidades de montagem e fabrico de PCB, aliadas a anos de experiência, não só o ajudam a controlar o custo global do fabrico e montagem de PCB, como também o ajudam a mitigar potenciais riscos de fabrico em novos projetos. O nosso serviço de montagem de protótipos de PCB permite o teste e a validação de todos os projetos antes da produção em grande escala. Além disso, as nossas medidas internas de controlo de qualidade garantem que o produto final cumpre elevados padrões de qualidade. Aproveitando as instalações de fabrico consolidadas e o ambiente de produção tecnologicamente avançado da Geyuan Electronics, poderá enfrentar os desafios de novos projetos. Além disso, as opções de fabrico personalizado de PCB da Geyuan Electronics permitem-lhe adaptar os projetos a requisitos específicos, enquanto a nossa escalabilidade e conhecimento em termos de volume de produção ajudam a planear necessidades futuras, a controlar os custos dos projetos, a determinar estruturas de preços, a gerir os orçamentos dos projetos e a controlar os custos totais dos projetos.
Resumir
O fabrico de placas de circuito impresso (PCB) é um processo complexo que integra química de precisão, física e engenharia eletrónica. Uma compreensão aprofundada de todas as etapas, desde a conceção até ao produto acabado, incluindo os problemas comuns e as respetivas soluções no fabrico de PCB, ajuda os engenheiros a otimizar os projetos desde o início, a comunicar eficazmente com os fornecedores, a controlar os custos e a mitigar os riscos de fabrico.
Por conseguinte, para controlar os custos de fabrico e mitigar os riscos em projetos de PCB, ao selecionar parceiros, além de considerar fatores convencionais como a qualidade, o preço e a rapidez, é ainda mais importante centrar-se na capacidade destes de potenciar os projetos através da inovação tecnológica e de serviços. Plataformas como a Geyuan Electronics, que não só se destacam na fabricação padrão, mas também reduzem as barreiras ao design de ponta através de estratégias como as “vias internas gratuitas”, são, sem dúvida, escolhas ideais para o ajudar a acelerar a inovação e a destacar-se num mercado extremamente competitivo.