Come creare la migliore BOM per il vostro PCB

La distinta base, nota anche come BOM (Bill of Materials), riveste un’importanza primaria nella fase di progettazione e produzione di ogni dispositivo elettronico, a partire dal circuito stampato (PCB). In assenza di una BOM dettagliata e accuratamente compilata, il progetto potrebbe richiedere diverse e non necessarie revisioni, con potenziali problemi e ritardi durante la produzione. Anche se la BOM potrebbe non sembrare l’aspetto più importante nello sviluppo di un PCB, è sicuramente uno dei più critici.

Come è fatta una BOM

La distinta base (BOM) non è altro che una lista completa di materie prime, componenti elettronici, assemblati e semi-assemblati, minuteria e tutto quanto è necessario per eseguire la fabbricazione di un PCB. Una BOM deve essere necessariamente molto accurata, dettagliata e non lasciare adito a potenziali fraintendimento, in quanto contiene le informazioni utilizzate dal produttore per la fabbricazione del circuito stampato: contiene in sostanza i requisiti che il cliente sottopone al produttore.

La distinta base rappresenta un punto fermo nella progettazione del circuito stampato: gli addetti alla produzione possono configurare e programmare le macchine per la fabbricazione del PCB, mentre gli addetti agli acquisti possono sapere quali materiali e componenti occorre ordinare e in quali quantità. Esistono molti formati diversi di distinta base, compilati a mano dai progettisti, oppure creati automaticamente da strumenti software specializzati, solitamente integrati all’interno dell’infrastruttura informatica aziendale (ERP, SAP o altri software gestionali simili). Anche se la compilazione di una BOM richiede tempo, essa consente di rendere il processo di produzione più efficiente, evitando costosi errori soprattutto nei progetti di maggiore complessità. In Figura 1 è riprodotto un esempio di BOM per PCB, il cui contenuto verrà descritto in dettaglio nei prossimi paragrafi.

Figura 1: Un esempio di BOM.

Come visibile in Figura 1, una BOM è fondamentalmente una tabella e quindi uno strumento per la compilazione dei fogli di calcolo può essere sufficiente per progetti non particolarmente complessi. Quando la dimensione e complessità del progetto crescono, è tuttavia consigliabile ricorrere a strumenti specificatamente progettati per questo scopo.

Per iniziare la compilazione di una BOM, occorre che il progetto del PCB sia già stato completato, in particolare devono essere disponibili i file Gerber che rappresentano l’input per questo processo. La versione definitiva di una BOM viene tipicamente raggiunta dopo un certo numero di iterazioni che riflettono i vari miglioramenti, correzioni, o cambi di requisito apportati al progetto originale. Poiché più utenti possono essere autorizzati ad apportare modifiche alla BOM, occorre disporre di un sistema di tracciamento delle versioni che permetta di avere pieno controllo su ogni modifica e da chi è stata eseguito. Si tenga inoltre presente che, in molte organizzazioni, la BOM viene utilizzata dai membri di diversi dipartimenti, come progettazione elettronica, meccanica, acquisti e produzione.

Compilazione della BOM

Indipendentemente dal particolare strumento utilizzato, la creazione di una BOM si articola sulle seguenti fasi comuni:

• creazione della versione iniziale del documento, indicando nella parte superiore il nome del progetto e ogni altra informazione utile che ne consenta l’immediata identificazione;
• organizzazione del documento, in cui si individuano gli utenti che possono accedere al documento e i rispettivi diritti di accesso (lettura, modifica, creazione, cancellazione, ecc.). Occorre inoltre attivare il sistema di tracciamento delle modifiche e predisporre il repository fisico (provvisto di funzionalità di backup) che ospiterà il file;
• definizione delle colonne: ogni colonna del foglio del calcolo deve riportare in alto il nome che ne identifica la categoria, come ad esempio: nome della parte, quantità, produttore, codice, descrizione e altro ancora (si osservi la Figura 1);
• riempimento delle righe: per ogni elemento appartenente alla BOM occorre inserire e compilare una riga nel foglio di calcolo. Essendo queste informazioni cruciali per il successo del progetto, le informazioni inserite devono essere accurate e consistenti con i file Gerber del PCB;
• mantenere la BOM aggiornata: una volta creato, il file deve essere mantenuto aggiornato, tracciando ogni revisione prodotta.

Cosa deve contenere una BOM

Anche se le informazioni contenute nella BOM possono differire da progetto a progetto, esistono alcune informazioni di base che devono essere sempre presenti e associate a ogni colonna della tabella. Una possibile lista è la seguente:

• part number: è il codice, fornito dal produttore (MPN, acronimo di Manufacturer Part Number), che permette di identificare ogni singola parte. Essendo il part number un codice univoco utilizzato a livello internazionale, non esiste alcun rischio di confusione o malinteso tra chi compila la lista e chi la utilizza;
• nome del produttore: questo campo dettaglia meglio la singola parte e consente a chi utilizza la BOM di accedere direttamente al catalogo del produttore o del distributore, individuando subito e correttamente il componente. Per chi compila la BOM questa informazione è molto critica: occorre infatti verificare, in anticipo, che ogni parte sia disponibile e nella quantità richiesta, assicurandosi che essa possa essere reperita a un costo e in un tempo compatibile con il budget del progetto. In caso contrario, si corre il rischio di dover reperire una parte che sostituisca quella originale, operazione che comporta tempi e costi addizionali;
• descrizione: fornisce informazioni addizionali sulla parte, come colore, peso, dimensioni, unità di misura e caratteristiche elettriche (tensione, corrente, potenza o altro ancora), utili a dettagliare meglio e in modo univoco il singolo articolo;
• quantità: specifica, per ogni parte, il numero di unità richiesto dal progetto del PCB. Si noti come, nel caso di produzioni su vasta scala (superiori a qualche migliaio di unità), si possano in genere ottenere degli sconti dal produttore;
• riferimento: ciascuna parte del PCB deve avere un riferimento univoco (solitamente coincidente con la serigrafia posta sul PCB) che permette di individuare dove la parte sarà posizionata sul circuito stampato (ad esempio, R₁, R₂, R₃, ecc. per le resistenze). Il riferimento, composto tipicamente da una lettera e da un numero progressivo, coincide con le informazioni contenute nello schema elettrico;
• tipo di montaggio: per molti componenti elettronici occorre distinguere tra montaggio superficiale (SMD) oppure through hole (PTH);
• tipo di package: ove applicabile, occorre specificare il particolare package utilizzato dal componente (ad esempio, QFN16, 20-SSOP, ecc.);
• numero di layer: con il proliferare delle schede multistrato, diventa importante specificare a quale layer il componente appartiene;
• parte alternativa: se un componente può essere facilmente sostituito senza avere conseguenze sul progetto del PCB, è possibile indicare una parte alternativa da utilizzarsi nel caso in cui quella originale non fosse disponibile;
• livello della BOM: molto spesso la distinta base è organizzata su più livelli, ognuno dei quali identifica l’assemblaggio principale oppure un sotto-assemblaggio. L’indicazione del livello permette dunque di navigare con una certa facilità all’interno dei vari livelli della BOM. Una BOM a più livelli viene anche detta gerarchica, mentre una BOM con un solo livello è detta “piatta”. Uno smartphone, ad esempio, è composto da un SoC, display, memoria, sensori, fotocamera, interfaccia wireless, connettori, viti e minuteria, ecc. La BOM relativa alla fotocamera potrebbe essere ulteriormente esplosa nelle sue componenti, come lenti, processore, firmware, supporto per la fotocamera, ecc. In Figura 2 è visibile un esempio di BOM gerarchica;
• fase: questo campo indica in quale stadio del ciclo di vita del progetto viene utilizzata ogni specifica parte, ad esempio: “in produzione”, “durante lo sviluppo”, “non rilasciata”, “da approvare”, ecc. Questa informazione è particolarmente utile per i progetti ad elevato grado di innovazione (NPI), in quanto consente di tracciare facilmente gli avanzamenti e creare una pianificazione del progetto realistica.

Figura 2: Un esempio di BOM gerarchica.

Errori comuni e come evitarli

Qualora la vostra distinta base non rispetti gli standard qualitativi richiesti, potrebbero verificarsi dei problemi durante la produzione, come parti non corrispondenti, costi superiori a quanto pianificato oppure ritardi nel rilascio del prodotto. Uno degli errori più comuni è la possibilità che alcuni componenti non siano stati inseriti nella BOM, oppure siano stati collocati nel punto sbagliato. A volte, un componente mancante può essere semplicemente aggiunto durante la rilavorazione. Ciò non solo ritarderà la consegna, ma avrà anche un costo aggiuntivo. Se la vostra distinta base non specifica al produttore dove ogni parte andrà collocata sulla scheda, alcuni componenti potrebbero essere scambiati tra di loro. Se questo problema viene rilevato subito, il produttore può modificare il batch di produzione, oppure eseguirne uno nuovo. In caso contrario, il problema verrà rilevato solo durante il test del prototipo o del primo lotto di produzione. I principali tipi di errore possono essere così classificati:

• errore di inventario: se il numero di unità per ogni parte non è correttamente specificato, si hanno inevitabilmente dei ritardi sul progetto, con conseguente aumento dei costi. Le stesse conseguenze si hanno nel caso di componenti mancanti;
• errori di valutazione del prodotto: le parti specificate nella BOM devono soddisfare i requisiti di budget imposti per la produzione del prodotto; in caso contrario, il progetto potrebbe essere abbandonato perché ritenuto non profittevole;
• utilizzo di parti non conformi agli standard: molti dispositivi elettronici, come gli elettromedicali e gli indossabili, devono soddisfare vincoli stringenti relativi alla sicurezza. Un qualunque componente che non sia conforme agli standard richiesti (ad esempio una batteria agli ioni di litio di qualità non adeguata) può causare gravi conseguenze all’utilizzatore e nuocere alla reputazione del marchio;
• BOM non aggiornata o non tracciata: assicurarsi sempre, prima di andare in produzione, che tutte le informazioni contenute nella BOM siano corrette e che la versione inviata sia quella più recente. Anche il più piccolo errore può avere effetti disastrosi durante la fabbricazione del PCB.