So erstellen Sie die geeignetsten Stücklisten (BOM) für Ihre Leiterplatte

Die Stückliste (BOM - Bill of Materials) ist in der Entwurfs- und Produktionsphase jedes elektronischen Geräts von größter Bedeutung und beginnt bereits bei der Leiterplatte (PCB). Ohne eine ausführliche und sorgfältig zusammengestellte Stückliste ist das Projekt des Risikos einer Vielzahl unnötiger Überarbeitungen ausgesetzt, die zu möglichen Problemen und Verzögerungen während der Produktion führen können. Auch wenn die Stückliste nicht der wichtigste Aspekt bei der Leiterplattenentwicklung zu sein scheint, ist sie sicherlich einer der entscheidendsten Kriterien.

Was ist eigentliche eine Stückliste?

Die Stückliste ist im Grunde nichts anderes als eine vollständige Liste von Rohmaterialien, elektronischen Komponenten, montierten und halbmontierten, kleinen Bauteilen und allem, was für die Leiterplattenherstellung notwendig ist. Eine Stückliste muss notwendigerweise außerordentlich präzise und ausführlich sein und darf keinen Raum für mögliche Missverständnisse lassen, da sie die Informationen enthält, die für die Herstellung der Leiterplatte verwendet werden: sie enthält im Wesentlichen die Anforderungen, die der Kunde an den Hersteller stellt.

Die Stückliste ist eine Grundvoraussetzung für das Leiterplattendesign: Die Mitglieder des Produktionsteams können Maschinen für die Leiterplattenherstellung konfigurieren und programmieren, während die Einkäufer wissen, welche Materialien und Komponenten in welchen Mengen bestellt werden müssen. Es existieren viele verschiedene Stücklistenformate, die von den Ingenieuren manuell zusammengestellt oder automatisch von spezialisierten Software-Tools erstellt werden, die in der Regel in die IT-Infrastruktur des Unternehmens eingebettet sind (ERP, SAP oder andere ähnliche Verwaltungssoftware). Die Zusammenstellung einer Stückliste ist zwar zeitaufwändig, ermöglicht es aber, den Fertigungsprozess effizienter zu gestalten und kostspielige Fehler zu vermeiden, insbesondere bei komplexeren Projekten. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel einer Stückliste für Leiterplatten, deren Inhalt in den nächsten Absätzen ausführlich beschrieben wird.

Abbildung 1: Ein Beispiel für eine Stückliste.

Wie in Abbildung 1 dargestellt, handelt es sich bei einer Stückliste im Grunde um eine Tabelle, wodurch sich ein Tool zur Erstellung von Tabellenkalkulationen für nicht besonders komplexe Projekte als ausreichend erweisen kann. Mit zunehmender Größe und Komplexität des Projekts ist es jedoch ratsam, Tools zu verwenden, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden.

Vor der Erstellung einer Stückliste muss das Leiterplattendesign bereits abgeschlossen sein, insbesondere müssen die Gerber-Dateien, die den Input für diesen Prozess darstellen, verfügbar sein. Die endgültige Version einer Stückliste wird in der Regel nach einer bestimmten Anzahl von Iterationen erreicht, die verschiedene Verbesserungen, Korrekturen oder Anforderungsänderungen des ursprünglichen Designs widerspiegeln. Da mehrere Benutzer berechtigt sein können, Änderungen an der Stückliste vorzunehmen, ist ein System zur Versionskontrolle und -geschichte erforderlich, das die volle Kontrolle über jede Änderung und darüber, von wem sie vorgenommen wurde, ermöglicht. Bitte beachten Sie auch, dass die Stückliste in vielen Organisationen von Mitgliedern verschiedener Abteilungen, wie z. B. elektronische Konstruktion, Mechanik, Beschaffung und Fertigung, eingesetzt wird.

So wird eine Stückliste ausgefüllt

Unabhängig vom jeweils verwendeten Tool wird die Erstellung einer Stückliste in die folgenden gemeinsamen Schritte unterteilt:

• Erstellung der ersten Version des Dokuments, wobei oben der Projektname und alle anderen nützlichen Informationen angegeben werden, die eine sofortige Identifizierung ermöglichen;
• Organisation des Dokuments, die die Benutzer, die darauf zugreifen können, und ihre Zugriffsrechte (Lesen, Schreiben, Erstellen, Löschen usw.) identifiziert. Es ist auch notwendig, das System zur Versionskontrolle und -geschichte zu aktivieren und die physische Ablage (mit Backup-Funktionalität) einzurichten, die die Datei beherbergen wird;
• Definition der Spalten: Jede Spalte der Tabelle muss oben den Namen der Kategorie anzeigen, wie z.B.: Name des Bauteils, Menge, Hersteller, Code, Beschreibung und mehr (siehe Abbildung 1);
• Zeilenfüllung: für jedes Element, das zur Stückliste gehört, muss eine Zeile hinzugefügt und ordnungsgemäß ausgefüllt werden. Da diese Informationen für den Erfolg des Projekts ausschlaggebend sind, müssen die eingegebenen Informationen präzise und konsistent mit den Gerber-Dateien der Leiterplatte sein;
• Halten Sie die Stückliste aktuell: nach ihrer Erstellung muss die Datei auf dem neuesten Stand gehalten werden, wobei jede Revision nachverfolgt werden muss.

Diese Informationen muss eine Stückliste umfassen

Obwohl die in der Stückliste enthaltenen Informationen von Projekt zu Projekt abweichen können, gibt es einige grundlegende Informationen, die immer vorhanden und mit jeder Spalte der Tabelle verknüpft sein müssen. Nachfolgend ein Beispiel einer möglichen Stückliste:

• Teilenummer - ist der Code, auch bekannt als MPN (Herstellerteilenummer/Nummer eines Herstellers), der vom Hersteller zur Identifizierung jedes einzelnen Teils angegeben wird. Da es sich bei der Teilenummer um einen einzigartigen, international verwendeten Code handelt, besteht keine Gefahr von Verwechslungen oder Missverständnissen zwischen denjenigen, die die Liste erstellen, und denjenigen, die sie verwenden;
• Name des Herstellers: Dieses Feld enthält Angaben zum einzelnen Bauteil und ermöglicht es denjenigen, die die Stückliste verwenden, direkt auf den Katalog des Herstellers oder Händlers zuzugreifen und dieses sofort und korrekt zu identifizieren. Für diejenigen, die die Stückliste zusammenstellen, ist diese Information außerordentlich wichtig: es ist notwendig, im Voraus zu überprüfen, ob jedes Bauteil verfügbar und in der erforderlichen Menge vorhanden ist, um sicherzustellen, dass es zu einem Preis und in einer Zeit gefunden werden kann, die mit dem Projektbudget vereinbar sind. Andernfalls muss ein Ersatzteil gefunden werden, ein Vorgang, der zusätzliche Zeit und Kosten verursacht;
• Beschreibung: liefert zusätzliche Informationen über das Bauteil, wie Farbe, Gewicht, Größe, Maßeinheiten und elektrische Eigenschaften (Spannung, Strom, Leistung oder mehr), die nützlich sind, um das einzelne Bauteil besser und eindeutiger zu beschreiben;
• Menge: sie gibt für jedes Bauteil die Anzahl der Einheiten an, die für das Leiterplattendesign erforderlich sind. Es ist zu beachten, dass bei Großserienproduktionen (mehr als einige Tausend Einheiten) im Allgemeinen vom Hersteller Rabatte gewährt werden können;
• Referenz: jedes Bauteil der Leiterplatte muss über eine eindeutige Referenz verfügen (normalerweise passend zum Siebdruck der Leiterplatte), die es ermöglicht, die Position des Bauteils auf der gedruckten Schaltung festzulegen (z.B. R₁, R₂, R₃, usw. für Widerstände). Die Referenz, die typischerweise aus einem Buchstaben gefolgt von einer fortlaufenden Nummer besteht, stimmt auch mit den Informationen in den Schaltplänen überein;
• Bestückungsart: bei vielen elektronischen Bauteilen muss zwischen Oberflächenmontage (SMD) oder Durchsteckmontage (PTH) unterschieden werden;
• Verpackungstyp: falls zutreffend, ist das vom Bauteil verwendete spezielle Gehäuse anzugeben (z.B. QFN16 oder 20-SSOP);
• Anzahl der Schichten: mit der Verbreitung von Mehrschichtplatten wird es wichtig, anzugeben, zu welcher Schicht das Bauteil gehört;
• Alternatives Bauteil: wenn ein Bauteil einfach zu ersetzen ist, ohne dass sich dies auf das Leiterplattendesign auswirkt, ist es möglich, ein alternatives Bauteil anzugeben, das zu verwenden ist, wenn das Originalteil nicht mehr verfügbar ist;
• Stücklistenebene: oft ist die Stückliste auf mehreren Stufen organisiert, von denen jede eine bestimmte Baugruppe oder eine Unterbaugruppe identifiziert. Die Angabe der Stufe ermöglicht eine einfache Navigation durch die verschiedenen Stücklistenebenen. Eine mehrstufige Stückliste wird auch als hierarchisch bezeichnet, während eine einstufige Stückliste als flach bezeichnet wird. Ein Smartphone zum Beispiel besteht aus einem SoC, einem Display, einem Speicher, Sensoren, einer Kamera, einer drahtlosen Schnittstelle, Steckverbindern, Schrauben und Kleinteilen und vielem mehr. Jede dieser Unterbaugruppen könnte über eine eigene Stückliste verfügen. Die Kamera-Stückliste ließe sich weiter in ihre Bestandteile unterteilen, wie z.B. Linsen, Prozessor, Firmware, Kamerahalterung usw. Eine hierarchische Stückliste ist in Abbildung 2 dargestellt;
• Phase: Dieses Feld gibt z.B. an, in welcher Phase des Projektlebenszyklus jedes spezifische Bauteil verwendet wird, beispielsweise: „in Produktion“, „in der Entwicklungsphase“, „nicht freigegeben“, „zu genehmigen“, usw. Diese Information ist besonders nützlich für hochinnovative (NPI) Projekte, da sie es ermöglicht, den Fortschritt leicht zu verfolgen und einen realistischen Projektzeitplan zu erstellen.

Abbildung 2: Ein Beispiel für eine hierarchische Stückliste.

Häufige Fehler und wie man sie vermeidet

Wenn eine Stückliste nicht den erforderlichen Qualitätsstandards entspricht, können während der Produktion Probleme auftreten, z. B. nicht übereinstimmende Teile, höhere Kosten als geplant oder Verzögerungen bei der Produktfreigabe. Einer der häufigsten Fehler ist die Möglichkeit, dass einige Komponenten nicht in die Stückliste eingefügt wurden oder an der falschen Stelle platziert wurden. Manchmal kann eine fehlende Komponente einfach während der Nacharbeit hinzugefügt werden: dies verzögert nicht nur die Lieferung, sondern verursacht auch zusätzliche Kosten. Wenn eine Stückliste dem Hersteller nicht aufzeigt, wo jedes Bauteil auf der Platine platziert werden soll, können einige Komponenten vertauscht werden. Wenn dieses Problem sofort erkannt wird, kann der Hersteller die Produktionscharge ändern oder eine neue laufen lassen. Andernfalls wird das Problem erst beim Testen des Prototyps oder der ersten Produktionscharge erkannt. Die wichtigsten Fehlerarten lassen sich wie folgt klassifizieren:

• Inventurfehler: Wenn die Stückzahl für jedes Bauteil nicht korrekt angegeben wird, kommt es unweigerlich zu Verzögerungen im Projekt, was die Kosten in die Höhe treibt. Die gleichen Folgen treten bei fehlenden Komponenten auf;
• Produktbewertungsfehler: die in der Stückliste spezifizierten Bauteile müssen die für die Produktion vorgeschriebenen Budgetanforderungen erfüllen; andernfalls könnte das Projekt abgebrochen werden, da es als unrentabel erachtet wird;
• Einsatz nicht genormter Teile: viele elektronische Geräte, wie z.B. elektromedizinische Geräte und Verschleißteile, unterliegen strengen Sicherheitsauflagen. Alle Bauteile, die nicht den geforderten Normen entsprechen (z.B. eine Lithium-Ionen-Batterie von unzureichender Qualität), kann schwerwiegende Folgen für den Benutzer nach sich ziehen und den Ruf der Marke schädigen;
• Nicht aktualisierte oder nicht verfolgte Stückliste: Vergewissern Sie sich vor Produktionsbeginn stets, dass alle in der Stückliste enthaltenen Informationen korrekt sind und dass die an den Hersteller geschickte Version die aktuellste ist. Selbst der kleinste Fehler kann bei der Leiterplattenherstellung katastrophale Auswirkungen haben.