Introduzione
I quadri di controllo industriali raramente ricevono molta attenzione al di fuori delle apparecchiature che gestiscono.
Si trovano all'interno di sistemi di automazione, computer industriali, moduli I/O, interfacce di sensori, gateway, unità di controllo motore, moduli di potenza, controller di macchine e armadi di controllo. Quando funzionano, nessuno ne parla. Quando falliscono, una linea potrebbe interrompersi, un armadio potrebbe aver bisogno di assistenza o un tecnico potrebbe dover diagnosticare il problema sul campo.
Ciò cambia la discussione sull'assemblaggio PCB.
Per gli acquirenti OEM la domanda non è solo: "Può questo fornitore assemblare la scheda?"
La domanda migliore è: "Può questo partner EMS aiutarci a costruire un PCBA di controllo industriale che sia sufficientemente robusto per l'ambiente operativo, sufficientemente ben definito per eseguire test ripetibili, sufficientemente pratico per l'integrazione e sufficientemente stabile per lotti futuri?"
Il PCBA della scheda di controllo industriale non è un normale gruppo elettronico di consumo con componenti più pesanti. Inoltre, non è solo un altro ordine PCBA. L'applicazione della scheda, l'ambiente operativo, i connettori, il firmware, il metodo di test e le esigenze di produzione ripetuta determinano tutti l'ambito di produzione.
Le schede di controllo industriale non sono solo "schede di consumo più pesanti"
Le schede di controllo industriale coprono molti tipi di prodotti: moduli relativi a PLC-, schede I/O distribuite, schede di azionamento motori, controller di processo, schede di interfaccia sensori, moduli di monitoraggio dell'alimentazione, schede gateway industriali, schede di controllo relative a HMI- e schede di controllo integrate utilizzate all'interno di apparecchiature industriali.
Ciò che li rende diversi non è solo il design del circuito. È il ruolo operativo.
Potrebbe essere necessario che una scheda di controllo industriale supporti lunghi orari di funzionamento, ingresso di alimentazione stabile, tolleranza al rumore elettrico, connessioni a relè o morsettiera, cablaggio sul campo, aggiornamenti firmware, accesso al servizio, integrazione di contenitori e ordini ripetuti per un ciclo di vita del prodotto più lungo.
Alcune schede industriali sono semplici. Una piccola scheda di interfaccia con giunti di saldatura visibili e senza firmware potrebbe non richiedere un test pesante o un pacchetto di documentazione.
Ma la discussione sull'EMS dovrebbe comunque partire dall'applicazione reale del consiglio, non da una generica citazione del PCBA.
Una scheda che funziona al banco potrebbe comunque non soddisfare le reali esigenze dell'acquirente se è difficile da assemblare in modo coerente, difficile da testare o instabile all'interno dell'apparecchiatura finale.
1. Controllo della distinta base e stabilità dell'approvvigionamento dei componenti
Per i PCBA delle schede di controllo industriali, la stabilità della distinta base è solitamente una delle prime esigenze dell'acquirente.
Molti prodotti industriali non vengono costruiti una volta e poi sostituiti rapidamente. Potrebbero richiedere ordini ripetuti, pezzi di ricambio, scorte di servizio, revisioni controllate o supporto per la manutenzione a lungo-termine. Se la distinta base dipende dalla disponibilità a breve-termine o da sostituzioni informali, il progetto può diventare difficile da ripetere.
Una distinta base-pronta per la produzione dovrebbe chiarire i numeri di parte del produttore approvati, le alternative approvate, i componenti critici, le parti a lungo termine o con un'unica fonte, i requisiti di relè e connettori, i rischi del ciclo di vita, le regole di approvazione della sostituzione e le aspettative di tracciabilità.
Ciò è particolarmente importante per le schede che utilizzano connettori industriali, dispositivi di alimentazione, circuiti integrati di comunicazione, fotoaccoppiatori, relè, fusibili, componenti di interfaccia isolati e parti-specificate dal cliente.
Un componente sostitutivo potrebbe adattarsi all'impronta. Ciò non significa automaticamente che si comporti allo stesso modo in un sistema di controllo industriale.
Per gli acquirenti OEM,Approvvigionamento dei componentidovrebbero essere trattati come parte della stabilità della produzione, non solo come un modo per riempire la distinta base.
2. Revisione del layout PCB consapevole della produzione-
I quadri di controllo industriali spesso necessitano di qualcosa di più di un layout elettricamente corretto.
Il layout del PCB dovrebbe supportare anche l'assemblaggio, l'ispezione, il test, il montaggio meccanico, la direzione dei cavi, il comportamento termico e l'accesso per la manutenzione.
Durante la revisione dell'assemblaggio PCB, gli acquirenti devono prestare attenzione all'orientamento dei connettori, alla spaziatura della morsettiera, alla distanza dei fori di montaggio, alle aree da tenere-lontane intorno ai componenti di alto-profilo, alle aree di isolamento in cui l'applicazione li richiede, all'accesso ai punti di test, ai contrassegni di polarità, al-posizionamento dei componenti che generano calore, alla pannellatura e all'adattamento meccanico con l'involucro, l'alloggiamento della guida DIN, lo chassis o l'hardware dell'armadio.
Nei PCBA di controllo industriale, i connettori e le interfacce meccaniche spesso contano tanto quanto il posizionamento dei circuiti integrati.
Un connettore può essere elettricamente corretto ma scomodo per il cablaggio sul campo. Una tavola può superare un test funzionale al banco ma essere difficile da montare. Un componente di alimentazione può superare il funzionamento di base ma creare comunque problemi termici all'interno di un involucro.
Ecco perché la revisione DFM e DFT dovrebbe collegare l’intento progettuale con la realtà produttiva.
3. Pianificazione di assemblaggi a tecnologia mista
Molte schede di controllo industriali non sono schede SMT pure.
Spesso combinano componenti SMT con connettori a foro passante-, morsettiere, relè, trasformatori, interruttori, basette, fusibili, condensatori di grandi dimensioni o componenti di interfaccia di alimentazione.
Ciò significa che il processo di assemblaggio può comportare l'assemblaggio PCB SMT, l'assemblaggio DIP, la saldatura a onda, la saldatura selettiva, l'assemblaggio manuale, l'installazione del connettore, il supporto meccanico e l'ispezione post-dell'assemblaggio.
L'assemblaggio a tecnologia mista necessita di pianificazione.
Il partner EMS potrebbe dover considerare la sequenza di posizionamento, il metodo di saldatura, la massa termica, l'allineamento del connettore, il supporto dei componenti pesanti, l'accesso per l'ispezione e i limiti di rilavorazione.
A volte è possibile creare manualmente un piccolo prototipo-con successo. Una struttura ripetibile di una scheda di controllo industriale necessita di un percorso di processo stabile.
È qui che gli acquirenti dovrebbero evitare di trattare le schede di controllo industriale come un altro PCBA. Il processo spesso conta tanto quanto lo schema.
4. Preoccupazioni di produzione-correlate a potenza, temperatura e rumore
Le schede di controllo industriali spesso interagiscono con motori, sensori, relè, solenoidi, cablaggi di campo, alimentatori, linee di comunicazione o segnali a livello di altre apparecchiature.
Ciò rende l'energia, il calore e il rumore elettrico più importanti di quanto potrebbero apparire dalla sola distinta base.
Dal punto di vista della produzione e della revisione PCBA, gli acquirenti OEM devono chiarire l'intervallo di tensione in ingresso, i percorsi di corrente elevata, i componenti che generano calore, le aree di commutazione o relè, i componenti di isolamento, le aspettative di messa a terra, i requisiti di schermatura o filtraggio, i valori nominali di corrente dei connettori, il design del pad termico, le esigenze dell'area in rame e le aspettative di pulizia o rivestimento ove richiesto.
Il partner EMS non sostituisce la responsabilità della progettazione elettrica dell'acquirente. Ma un partner di produzione può segnalare i rischi pratici che influiscono sull’assemblaggio, sull’ispezione, sui test e sulla ripetibilità.
Ad esempio, un connettore di alimentazione potrebbe richiedere una considerazione meccanica più approfondita. Un relè o una morsettiera potrebbe richiedere maggiore attenzione durante l'assemblaggio e l'ispezione del foro passante-. Un dispositivo QFN o BGA potrebbe richiedere un'ispezione a raggi X- se la condizione di saldatura nascosta rientra nel rischio di affidabilità.
Il punto non è sovra-ingegnerizzare ogni scheda.
Il punto è assicurarsi che il piano di produzione rispetti il reale ruolo operativo del consiglio.
5. Test e ispezioni che corrispondano alla funzione del Consiglio
Il PCBA della scheda di controllo industriale solitamente necessita di una strategia di test più chiara di un rapido controllo visivo.
L'ambito del test dipende dalla funzione della scheda, dal livello di rischio, dalla disponibilità del firmware, dall'accesso al test, dai tipi di pacchetti di componenti e dalla fase di produzione.
Le esigenze comuni di ispezione e test possono includere l'ispezione AOI per la qualità visibile dell'assemblaggio SMT, l'ispezione a raggi X per giunti di saldatura nascosti dove necessario, test ICT quando l'accesso al test e la quantità lo giustificano, programmazione del firmware, test FCT, simulazione di relè o I/O, controlli dell'interfaccia di comunicazione, controlli di accensione e assorbimento di corrente e record di test dove è richiesta la tracciabilità.
Il punto importante è semplice:
Il "test completo" non è un piano di test.
Per un comitato di controllo industriale, l'acquirente dovrebbe definire cosa deve essere dimostrato. La scheda deve commutare un relè? Leggere l'input del sensore? Comunicare tramite RS-485, CAN, Ethernet o un'altra interfaccia? Guidare un'uscita? Caricare il firmware? Rispondere a un dispositivo di prova? Superare un controllo a livello di custodia?
Un utileTest e ispezioneil piano dovrebbe essere ripetibile da parte del team di produzione e non solo comprensibile al progettista.
6. Programmazione, firmware e preparazione ai test funzionali
Molte schede di controllo industriali dipendono dal firmware.
Ciò significa che l'assemblaggio del PCB non è completo solo perché tutti i componenti sono saldati. La scheda potrebbe ancora necessitare di programmazione, configurazione, calibrazione o verifica funzionale prima di poter essere rilasciata.
Prima dell'avvio della produzione o dell'assemblaggio-di volumi ridotti, gli acquirenti OEM devono preparare il file del firmware, il metodo di programmazione, l'accesso al connettore o al pogo pin, le istruzioni sulla modalità di avvio, il software di test se necessario, il comportamento di output previsto, i criteri di superamento/fallimento, le regole di controllo della versione e il metodo di ripetizione del test dopo la rielaborazione.
Questo è uno dei luoghi in cui i progetti PCBA industriali rallentano.
La scheda è assemblata, ma il firmware non è pronto. Oppure il firmware è pronto, ma il metodo di programmazione non è adatto alla produzione-. Oppure la funzione è chiara al tecnico dell'acquirente, ma non chiaramente documentata per il team di test EMS.
Un test che può essere eseguito solo da un ingegnere non è ancora un test di produzione.
7. Integrazione meccanica e preparazione alla costruzione della scatola
Le schede di controllo industriali spesso non vengono spedite sfuse per sempre.
Potrebbe essere necessario inserirli in un involucro, chassis di un PC industriale, armadio di controllo, dispositivo gateway, alloggiamento del modulo o assemblaggio in scatola. Anche quando il progetto inizia a livello di scheda, l’integrazione meccanica può comunque influenzare le decisioni PCBA.
Gli acquirenti devono chiarire i vincoli dell'involucro, la direzione di uscita del connettore, i requisiti di assemblaggio dei cavi, l'hardware di montaggio, la posizione dell'etichetta, i punti di connessione di messa a terra o del telaio, le esigenze di interfaccia termica, i requisiti di imballaggio e le aspettative di assemblaggio finale.
Un PCBA che supera il test elettrico può comunque causare problemi se il connettore è bloccato, il cavo si piega male, la scheda non si allinea con l'involucro o la posizione dell'etichetta è in conflitto con l'assemblaggio.
Per le applicazioni di controllo industriale, la produzione a livello di scheda-e l'integrazione a livello di sistema-non dovrebbero essere trattate come due conversazioni completamente separate.
8. Tracciabilità e controllo delle revisioni
Gli acquirenti OEM industriali spesso si preoccupano della ripetibilità tra i lotti.
Ciò rende importanti la tracciabilità e il controllo delle revisioni. Se un problema sul campo si presenta in un secondo momento, l'acquirente potrebbe aver bisogno di sapere quale revisione PCB, revisione BOM, lotto di componenti, versione firmware, risultato del test o lotto di produzione è stata coinvolta.
I requisiti di tracciabilità possono includere il monitoraggio delle revisioni del PCB, il monitoraggio delle revisioni della distinta base, i record dei lotti, il numero di serie o il controllo delle etichette, i record delle versioni del firmware, i record dei risultati dei test, i record delle rilavorazioni e dei nuovi test e le informazioni sui lotti di imballaggio o spedizione.
Non tutti i quadri di controllo industriali necessitano di un pesante pacchetto di documentazione.
Ma l'acquirente e il partner EMS dovrebbero concordare quali record contano prima dell'inizio della creazione.
Il momento peggiore per definire la tracciabilità è dopo che si è verificato un problema sul campo.
Cosa devono specificare gli acquirenti OEM prima della richiesta di offerta
Prima di richiedere un preventivo per l'assemblaggio PCB di schede di controllo industriali, gli acquirenti dovrebbero preparare più dei file Gerber e una distinta base.
Un utile pacchetto RFQ può includere:
- File Gerber o ODB++
- Distinta base con i codici del produttore
- Revisione PCB e distinta base
- disegno di assieme
- scegli-e-posiziona il file
- note sulla polarità e sull'orientamento
- sostituti approvati o regole di sostituzione
- requisiti firmware o di programmazione
- Procedura FCT o comportamento funzionale previsto
- note su connettore, cavo o custodia
- requisiti di rivestimento, pulizia o protezione ove necessario
- AOI, ICT, FCT, X-Ray o requisiti di reporting
- aspettative in materia di etichettatura, imballaggio e tracciabilità
Ciò non significa che ogni progetto necessiti di ogni documento fin dal primo giorno.
Ma input poco chiari creano citazioni poco chiare. Per i quadri di controllo industriale, ciò di solito significa più domande, revisione più lenta e un rischio maggiore di ipotesi che entrano nella costruzione.
Laddove si applichi una classe IPC-A-610, un requisito di rivestimento o uno standard di ispezione specifico del cliente, è necessario indicarlo chiaramente nella richiesta di offerta anziché lasciarlo come una richiesta generale di "grado industriale".
Domande da porre a un partner EMS
Quando valutano un partner EMS per schede di controllo industriali PCBA, gli acquirenti OEM possono chiedere:
- Hai costruito schede con requisiti simili di connettori, relè, alimentazione o tecnologia mista?
- Come gestite le alternative approvate e le sostituzioni dei componenti?
- Potete supportare l'assemblaggio SMT plus through-hole in un unico percorso di processo stabile?
- Come definisci l'ambito AOI, X-Ray, ICT e FCT per questa bacheca?
- Di quale firmware o input di programmazione hai bisogno prima della produzione?
- Il metodo di prova può essere ripetuto dal personale di produzione, non solo da un ingegnere?
- Quali record di tracciabilità sono disponibili per la build?
- Come vengono gestite le rilavorazioni e i nuovi test?
- Quale documentazione verrà fornita con la spedizione?
Queste domande sono pratiche. Aiutano l'acquirente a capire se il fornitore sta solo quotando il costo di posizionamento o sta effettivamente valutando la scheda come un prodotto industriale.
Un utile caso limite
Non tutte le schede di controllo industriale necessitano dello stesso ambito di assemblaggio e test.
Una semplice scheda di interfaccia con giunti di saldatura visibili, nessun firmware, nessun componente ad alto-rischio e una cronologia di ripetizione stabile potrebbe richiedere solo un assemblaggio SMT standard, un'ispezione visiva o AOI e una conferma elettrica di base.
Una scheda di controllo più complessa con firmware, relè, interfacce di alimentazione, linee di comunicazione, pacchetti BGA, vincoli del contenitore o aspettative di affidabilità sul campo potrebbe richiedere un processo più strutturato: revisione DFM, revisione dei rischi della distinta base, ispezione del primo articolo, programmazione, FCT, X-Ray dove necessario e record di tracciabilità.
L’errore non è scegliere un processo più leggero.
L’errore è scegliere un processo più leggero senza comprendere il rischio.
Per gli acquirenti OEM, l'ambito PCBA corretto deve corrispondere alla funzione, all'ambiente, alla fase di produzione e all'impatto del guasto della scheda.
Cosa significa questo per gli acquirenti OEM
L'assemblaggio PCB per schede di controllo industriali non riguarda solo il posizionamento dei componenti.
Si tratta di costruire una scheda che possa funzionare all'interno di apparecchiature industriali, essere testata in modo chiaro, integrarsi con il sistema ed essere ripetuta in lotti futuri.
Ciò richiede una conversazione diversa con il partner EMS.
L’acquirente non dovrebbe limitarsi a chiedere un prezzo. L'acquirente dovrebbe chiedere in che modo il fornitore gestirà il controllo della distinta base, l'assemblaggio a tecnologia mista, la gestione dei connettori, la programmazione del firmware, i test, l'ispezione, la tracciabilità e la disponibilità alla ripetizione della produzione.
Per i PCBA di controllo industriale, i migliori risultati si ottengono solitamente quando i requisiti di progettazione, approvvigionamento, produzione e test vengono allineati prima dell'inizio della costruzione.
È così che si evitano molti ritardi evitabili.
Conclusione
Gli acquirenti OEM di solito necessitano di qualcosa di più del posizionamento SMT di base quando acquistano assemblaggi PCB per schede di controllo industriali.
Hanno bisogno di un controllo stabile della distinta base, di un approvvigionamento pratico di componenti, di una revisione del layout consapevole-della produzione, di una pianificazione dell'assemblaggio con tecnologia mista, di requisiti chiari di test e ispezione, di predisposizione alla programmazione del firmware, di consapevolezza dell'integrazione meccanica e di disciplina di tracciabilità.
Una buona realizzazione di un PCBA per il controllo industriale non dovrebbe dipendere da supposizioni.
Dovrebbe essere supportato da file chiari, materiali controllati, assemblaggio ripetibile, ispezione definita, test funzionali pratici e un pacchetto di costruzione che il partner EMS possa seguire senza indovinare.
Per gli acquirenti OEM che preparano un progetto di scheda di controllo industriale, STHL può esaminare i requisiti da aAssemblaggio PCB, Approvvigionamento dei componenti, ETest e ispezioneprospettiva prima del preventivo o della pianificazione della produzione. Invia i tuoi file tramiteRichiedi un preventivooppure contattaci ainfo@pcba-china.com.
