Réduire le coût du PCB via l’optimisation du panneau

Quand on doit réaliser un circuit imprimé (PCB) en vue de l'introduction d'un nouveau produit (NPI), on cherche à faire des économies en optant pour la meilleure offre parmi les entreprises de fabrication et d'assemblage. Mais on sait bien qu'économiser sur les fournisseurs n'est pas une approche judicieuse.

Aujourd'hui, un OEM peut réaliser des économies très significatives en s'intéressant plutôt au coût des matériaux. L'optimisation du panneau va dans ce sens, à condition que ce soit le donneur d'ordre à s'en charger personnellement, plutôt que de déléguer cette tâche au constructeur.

L'OEM dispose habituellement de plusieurs fournisseurs pour la fabrication, l'assemblage et le prototypage. Chacun d'entre eux a ses propres normes et contraintes en matière de panélisation. Il n'est donc pas rare de les voir s'échanger des informations de façon répétée et inefficace. C'est la raison pour laquelle la responsabilité des coûts des matériaux destinés à la production d'un PCB doit rester l'apanage de l'OEM.

Qu'est-ce qu'un panneau

Le concept de panneau et de panélisation peut parfois prêter à confusion, même parmi les gens du métier. Le panneau d'assemblage représente le produit que le producteur de PCB doit livrer à l'OEM, destiné à être inséré dans les machines pick & place des lignes d'assemblage, comme le montre cet exemple :

Le panneau est un PCB aux dimensions optimisées pour l'assemblage, car il doit être suffisamment grand pour entrer dans les machines des lignes CMS du producteur. Cependant, ses caractéristiques doivent également tenir compte des exigences de fabrication. Ainsi, il pourrait s'avérer avantageux d'usiner des panneaux contenant plusieurs circuits imprimés, même de natures différentes, afin d'optimiser l'utilisation du matériel.

En fait, un panneau se présente comme l'illustre la figure suivante, dans laquelle un même dessin de PCB est répété plusieurs fois, autant de fois que le permettent les dimensions du panneau.

Les autres éléments qui constituent le panneau sont :

• les fines bandes latérales (rails), autrement dit les espaces supplémentaires servant à atteindre les dimensions voulues et au transport ;
• les fiducial markers de panneau, à savoir les marques présentes sur le circuit imprimé servant de repère à la machine, ainsi qu'à déterminer la face de la carte (dessus ou dessous) et son orientation ; les caractéristiques de ces points de repère sont définies par les normes IPC (SMEMA FIDUCIAL MARK STANDARD) ;
• les bandes d'essai, pour effectuer des tests sur la qualité du laminage ;
• les trous de centrage (holes) destinés à faciliter les différentes opérations ;
• les informations de référence, sous forme d'inscriptions ou de codes-barres.

Les facteurs de réduction des coûts

Une version du panneau est réalisée dès la phase de prototypage, mais – comme le souligne Patrick McGoff – le fait pour un PCB et son panneau d'être considérés comme acceptables pour l'assemblage ne veut absolument pas dire qu'ils sont optimisés pour la fabrication.

De plus, le flot typique du DFM consiste en la mise en œuvre par l'OEM des lignes directrices fournies par l'assembleur, phase qui intervient bien après celle de la conception. Le projet est alors envoyé au constructeur du PCB qui le configure via ses logiciels CAM et envoie un retour d'information à l'OEM. Ce n'est qu'à ce moment que l'OEM peut se rendre compte du nombre de panneaux nécessaires et ainsi, des coûts réels de production.

Il serait donc très intéressant pour l'OEM de pouvoir disposer d'un outil logiciel en mesure d'inclure les lignes directrices du constructeur et de l'assembleur dès la phase de conception. Le projet pourrait ainsi être optimisé même en termes de panélisation, avec d'importantes économies à la clé. Il pourrait par exemple être avantageux de modifier légèrement la forme du PCB de façon à faire entrer plus de circuits dans le panneau. Plus généralement, cela permettrait d'anticiper au maximum d'éventuels problèmes de production, qui implique l'usinage du panneau et non pas du PCB.

Les fonctionnalités nécessaires pour optimiser pleinement la panélisation incluent :

• base de données contenant les lignes directrices de l'ensemble des partenaires, aussi bien pour la fabrication que pour l'assemblage ;
• création rapide des panneaux optimisés aussi bien pour la fabrication que pour l'assemblage ;
• gestion de facteurs comme les mesures du panneau, les dimensions des bandes, des marges, du nombre de cartes par panneau, des saillies ;
• possibilité d'ajouter les différents éléments typiques du panneau (repères, trous, inscriptions, etc.) ;
• contrôles des problématiques typiques du panneau, comme le bon positionnement des prédécoupes autour du périmètre de la carte (phase où les cartes sont détachées du panneau) ;
• calcul de la quantité de matériel utilisé et du coût correspondant.

Il faut encore ajouter à cette liste la possibilité d'effectuer les contrôles DFM sur les problèmes propres au panneau, qu'on ne peut pas détecter si l'analyse DFM n'est effectuée qu'au niveau de la carte. Les figures qui suivent montrent trois exemples de problèmes de production liés à la panélisation.

Les outils pour optimiser la panélisation

Les fonctionnalités décrites sont toutes incluses dans l'outil Valor NPI, qui représente la solution idéale et la plus complète pour le DFM du PCB. Mais les fonctionnalités essentielles sont également présentes dans le module Fablink, inclus gratuitement dans le paquet PADS Professional, et en option avec Xpedition PCB.

Dans le prochain épisode, nous verrons quelles sont les stratégies spécifiques pour l'optimisation de l'utilisation du matériel et quelles économies il est possible d'obtenir.

(fin première partie)