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PCB设计师和工程师面临的挑战:采购新模式
  2022-11-29      226

文章来源:PCB中文线上杂志

过去几年,行业发生了许多变化,其中最明显的莫过于元器件采购。采购已成为当今PCB设计师和设计工程师面临的最大挑战之一。从单一供应渠道采购元器件的时代已一去不返,利益相关方和分销商之间的沟通至关重要。

近日,I-Connect007编辑团队采访了专栏作家Kelly Dack。Kelly Dack是一家组装企业的PCB设计团队负责人,也是EPTAC设计讲师。在他的分享中,我们了解到PCB设计师可以使用布局策略来应对意外情况,比如初始元器件为 “很难获得的元素”,则可替换为更大的、供应稳定的元件,或者预留额外的板面积。

在采访中,Kelly探讨了及时采购理念,他认为工业工程师应该“适当调整PCB尺寸”,以及采购工作还必须重点关注招聘及构建PCB设计师队伍。

Andy Shaughnessy:Kelly,你已经参与解决DFA(Design For Assembly)问题多年了。可以谈谈采购领域存在的挑战吗?

Kelly Dack:有的客户已有产品理念,完成了初步研究和开发,希望将产品投入生产。此时,我们评估产品,以确定其满足组装生产线的可行性。起初一切都进展顺利,直到出现问题——混乱、错综复杂的供应链导致无法采购到某些元器件,以至于整个项目减速或停止。如果仅是进度缓慢,我们可以修改设计,以便找到替代元器件来实现相同的功能。

Happy Holden:现在我们讨论的不是工艺能力,而是元件可获取性,但仍然属于可制造性设计范畴。

Dack:Happy,元件可获取性仍然属于制造环节,可制造性设计在其中发挥了作用。当发生元件突然采购不到的情况时,就需要修改设计,用其他元件进行替代,这时可能在外形装配和功能上与初始元件不完全相同,但产品仍然可以运行。如果替代元件能够成功地融入设计,会产生什么样的多米诺骨牌效应?

Holden:我们必须在设计上做出改变,以便提前了解信息,而不是简单的重新设计?

Dack:我们发现每家公司都在使用较小的元件,而较大的元件被剩余出来。因此,很可能所有的小元件已被销售一空,如果想找到具有等效功能的元件,必须愿意采购尺寸更大的元件。但如何将更大的元件放入PCB布局?

Shaughnessy:存在多米诺骨牌效应?

Dack:对。退一步来看。在20世纪90年代产品不断缩小的时代,当我们在研究尽可能减小电路板尺寸时,我创建了“实用组装密度”术语。其理念是确定合适的组装密度,一旦达到了这个密度,为了未来的设计或制造目的,只增加一点尺寸会出现什么问题?为什么我们不断设计以达到最小的密度?

Shaughnessy:你是说增加更多的PCB面积吗?

Dack:组装密度与给定PCB的面积、元器件,以及元器件所涉及的所有几何形状有关。

Barry Matties:PCB受限于产品外壳,存在限制。你们如何适应?

Dack:与工业工程师一起,在项目的前端就开始考虑实际组装密度。产品尺寸有最佳点,其曾经是“缩小它,让它尽可能小。产品越小,销量就越大”。但当它变得违反人体工程学时,情况就相反了。例如,智能手表的尺寸开始增加,并使用了更多更大的OLED屏幕,这给了可制造性更多的设计空间。

Matties:工业设计师现在是否更加认识到这一点,并将其考虑在内,因为他们了解元器件供应短缺?

Dack:我不确定。我认为他们尚未认识这一点。当机械工程部门将PCB外形尺寸转发给电气工程部门,并对给定的板面积进行可行性研究时,会发现PCB设计过于密集。我们通常会发现所选择的元件无法安装在PCB上,因此必须再次重复DFM研究。

Shaughnessy:有公司在设计过程中就采购了所有的元器件吗?我听说OEM指责特斯拉和英伟达囤积电容器,但做好准备不是很明智吗?

Dack:你这么说很有趣。我刚和我们的一位元器件工程师沟通过,他看到很多元件都被采购了。我问他“囤积”这个词是否合适,他说如果能找到元件,也会快速下单。

Matties:是的。我估计会有一些公司进行储备。

Dack:这是真正的动态问题。指定采购不到的元件将是“自杀性项目”。但更多问题在于,在概念可行性阶段的几个月前,客户已经用采购到的适用于样品的元件数量进行了样品生产;但当进入批量生产时,采购不到可完成批量生产的元件数量了。

Matties:Kelly,你认为什么时候这个问题可以开始解决?我们说的是未来一年、两年还是更长时间?

Dack:我所看到的数据显示,2023年看起来仍然非常糟糕。港口仍然堵塞。但是,即使僵局得到缓解,元件可大量供应,对许多项目来说也为时已晚。这些项目要么已被取消,要么其他技术将取代首选技术。我最近听到一个故事:人们终于收到了之前采购的元件,然后发现不再需要这些元件了。亚马逊告诉他们:“希望你们保留元件,不要把它们发回给我们。”

Shaughnessy:对。亚马逊甚至会退钱,但却不想要退回的元件。

Matties:这正在成为一种普遍做法。但这种元件仍会有很好的市场。

Dack:重点是提前了解信息,与采购渠道联系,意义重大。我们的元器件工程师和采购人员肯定是紧密联系在一起的,但所要用的某些元件仍采购不到,项目只能因此停止。

Matties:通货膨胀的状况怎么样?目前元件的定价动态是什么走向?

Dack:运输成本已经涨到了天价,但过时或采购不到会使元件变得一文不值。供应市场整体状况混乱。

Matties:所以,除了努力工作和大量采购,没有真正的解决方案。

Dack:我经常使用“很难获得”一词,试图从虚无中创造出一些东西。我知道人们都在努力工作,但“巧妇难为无米之炊”,这个行业某些问题没有答案。

Shaughnessy:当您与客户合作时,发生了什么变化?对您和客户来说一定很令人沮丧。

Dack:如果客户能重新设计并发送技术规范,那么我们将提供内部文档并管理产品的制造,可无缝连接。然而,行业也遇到了人员的“供应链”问题。我们也不能幸免,团队缺乏中高级设计师。谈到“很难获得”,其中包括缺乏经验丰富的PCB设计工程师。我们将雇佣具有潜力和愿望、但经验不足的候选人,然后培训和教授他们学习需要了解的信息。

Shaughnessy:你们在哪里找到具有潜力的设计师?

Dack:我们现在使用的术语是“PCB设计工程师”;这就是我们想要的人。我们将选择具有技术资质的候选人或电气工程师,希望他们更多地了解印制电路设计,以此转变为PCB设计工程师。

Holden:部分原因是由于有很多老一代设计师正在离开行业吗?

Dack:当然。Happy,我们谈论过老一代设计师离开行业可能引发的海啸。我第一次听到这个词是几年前,事实确实如此,我们正在失去经验丰富的设计师。如何替代他们?学校正在大量培养工程人员,他们很快就学会了印制电路设计软件和工具,但他们在夹缝中求生。很明显,他们没有接受DFM或DFX规则的培训。我们必须继续对他们进行再教育。

Holden:许多专家都了解他们可以晋升到不涉及PCB布局的高薪工作。但也有其他工作,比如你的工作,涉及管理和指导PCB设计工程团队。

Dack:每个人都知道,拥有印制电路设计中级经验的人能挣到6位数的薪水并不罕见。

Matties:你在给搜索团队增加更多的资源吗?

Dack:我不擅长比喻,但这就像在开采“很难获得”,更多的采矿工会帮助找到不存在的东西吗?听起来很消极,但很形象。然而,我们与通过I-Connect007找到的动态搜索团队有着良好的联系。顺便说一下,感谢在贵公司出版物中介绍他们的服务。

Matties:行业必须积极寻找新的设计师和电子元器件,对吗?

Dack:当然。如果有客户和股东参加会议,而你在会议上举手说“我无能为力”不是好事。我认为必须表明你正在努力采取措施解决问题,这是应具备的良好职业道德。

Shaughnessy:Kelly,我们最近讨论了采购策略,以及一些设计师如何为每个元器件提供2~3种不同的采购渠道。有人会觉得这种做法现在已经不重要了,你认为从现在开始这会成为标准方法吗?

Dack:是的,多种采购渠道是一种很好的方法。通常,采购元件时,要求不能只有单一采购渠道;如果确实只有单一采购渠道,则需要多位上级主管签名批准(此方法通常会避免)。

Holden:我们没有失去任何晶圆制造厂,也没有元器件制造商倒闭。据我所知,我们拥有与疫情前相同的元器件产能。为什么会出现短缺?汽车制造商面临元器件短缺,是因为他们取消了订单,然后其他领域的应用取代了原有需求,最终求大于供。

Dack:对。如果涉及的元件很难采购,即使通过很棒的元器件搜索引擎,也不能保证能够满足要求。Holden:现在,另一个问题是,不能在库元件上设置接触、测试和返工禁布区,这样当放置该元件时,就有空间进行返工或对其进行印制电路测试?

Dack:当然,但让我提供一些背景信息。例如,采购不到简单的片式电容器或二极管。二极管或片式元器件封装可能是0402,因此库元件创建为0402,具有相应的适当间距和外框。但问题是,所有人都采购同一种元件,这种元件销售一空,而唯一的选择是采购更大尺寸的元件,比如具备相同功能的1206封装元件。只是以前容纳0402的那部分空间不足以放下1206,如何将更大的部分空间合并到分配的区域中?这就是实际组装密度需要考虑的因素。如果为该元件分配了空间,并为其增加了一点空间,则可能会减少多米诺骨牌效应。

Holden:我想更多地了解实用组装密度。

Dack:设计师通常打电话给供应商或采购渠道,以决定能把产品设计得多小。出于某种原因,我们不想浪费任何物料。考虑了所有尺寸,这样就不会浪费物料,但当把物料减少到最低限度时,会给大多数利益相关方带来问题。虽然它可能满足工业设计利益相关方的要求,适合元器件封装要求,并且满足了所有前端参数,但必须处理返工、维修和重新设计的人员可能会受到影响。因此,不能低估包括“增加一点空间”的优势;增加一点额外的空间是有帮助的。

Holden:在开始之前,会考虑实际组装密度,插入元件,然后你说,“哦,我有个问题,因为它的尺寸比可用面积大”,于是当设计完成后还必须从头开始返工。预测工程就可以使我们免于陷入瓶颈。

Dack:适当的调整尺寸,听起来不错,但这样的工作,需要得到所有利益相关方的支持。每个利益相关方的目标条件是什么?使产品设计尺寸适当的折衷方式是什么?我们在IPC CID项目中教授学员,在项目开始时,应为所有项目利益相关方提供关键的参与机会,以便“三思而后行”。

Matties:这是必须要做的。你不想仅仅因为你可以,就把产品设计为最小,尤其是在目前供应紧张的状况下。

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