Programación de Dispositivos Subcontratada: Una Solución de Fabricación Simplificada

Para empezar, debo explicar qué es un microcontrolador. Básicamente es una computadora en un chip y se utiliza en aplicaciones integradas, por ejemplo: sistemas de control en automóviles; dispositivos médicos implantables; medidores inalámbricos; secadores de pelo, los microcontroladores se utilizan en todos ellos. Cuando hablamos de un microcontrolador, nos referimos a un microcontrolador programable. Lo que hacen es agregar un poco de memoria al lado del núcleo del microprocesador, y eso se convierte en un microprocesador, o serie de núcleos que pueden ser configurados por los ingenieros que diseñan los programas.

¿Cuáles son los métodos para programar microcontroladores?

La programación fuera de placa es programar el dispositivo antes de que se coloque en la placa. Así que si pudieras imaginar algo como una aplicación automotriz donde los estándares requeridos son muy, muy altos. La programación fuera de placa ha evolucionado a lo largo de muchos años de ser simplemente una tarea que necesitaba hacerse, a una tarea que necesitaba ser controlada según estándares de calidad como una parte por millón, y el equipo que se utiliza para proporcionar programación fuera de placa también ha evolucionado significativamente.

Ahora en EPS, hemos estado proporcionando servicios de programación de dispositivos fuera de placa durante los últimos 23 años, y yo personalmente he estado involucrado en el negocio de programación fuera de placa durante los últimos 35 años, así que he visto una enorme evolución en los estándares de calidad disponibles en cómo se manejan los componentes programables, desde microcontroladores hasta dispositivos de memoria y lógica.

Nosotros mismos hemos desarrollado nuestra propia capacidad dentro de EPS Global donde tenemos una importante instalación de investigación y desarrollo en la ciudad de Brno, República Checa, y hemos desarrollado nuestros propios manipuladores de componentes a lo largo de los años. Ahora no solo proporcionamos servicios de programación fuera de placa, sino que también habilitamos pruebas de coplanaridad 3D, pruebas AOI después de que los dispositivos han vuelto a la cinta, y varias otras funciones dentro del ciclo de programación, como asegurar el microcontrolador. Tenemos un producto que podemos respaldar y garantizar los estándares de calidad necesarios.

Sí, muy significativamente. Si pudieras imaginar un tren avanzando por la línea y hay un bloqueo en ICT que ralentiza todo el tren. ¿Cómo suelen superar esto los fabricantes si quieren programar los dispositivos en ICT? Generalmente ponen más probadores en la línea. Estos probadores cuestan $1,000,000 cada uno. Así que a menudo pienso en ello como un peaje. Vas conduciendo por la carretera y luego necesitas pagar un peaje. Entonces, la carretera se extiende en una docena de cabinas de peaje porque es un proceso muy lento. Esto es lo mismo que ICT.

Lo que tienden a hacer los fabricantes es tratar de hacer que ese proceso de ICT sea lo más eficiente posible. Si pudieras imaginar una línea SMT donde la tasa de producción de la línea fuera de 60 placas por hora. Están obteniendo 60 placas cada hora de la línea. Cuantas más complicaciones experimenten en ICT, menor será esta tasa de producción. Pueden tener la capacidad de pick and place para construir 60 placas por hora, pero la sobrecarga real de programación añade algo de tiempo a eso, lo que podría ralentizarlo al 50% o 25% de eso, y para contrarrestar eso ponen más probadores, o programan el dispositivo antes de que vaya a la placa.

La programación fuera de placa no solo elimina esa sobrecarga de tiempo, tiene varias otras ventajas. Una es que cuando programas un dispositivo fuera de placa se vuelve activo y arrancable. Significa que tan pronto como el dispositivo se coloca en la placa y la placa se enciende en ICT, puede arrancar inmediatamente, ya tiene el programa en él, y de nuevo, al pobre ingeniero de pruebas infortunado que tiene que gestionar el algoritmo de prueba, se le simplifica significativamente la vida ya que no tiene que probar dispositivos que aún no han sido programados.

Sí, son completamente automáticas. Si hablamos de un trabajo de programación, tenemos una rutina establecida. Cuando recibimos un pedido para un nuevo trabajo de nuestros clientes, nuestros clientes suelen darnos sus dispositivos en blanco. Con dispositivos en blanco, podrías tener 10 dispositivos en blanco diferentes, pero también hay una relación de uno a muchos entre el dispositivo en blanco y el dispositivo programado. El cliente puede tener 20 programas diferentes que quieren ejecutar en el mismo dispositivo en blanco, y además de eso tendrán ciclos de "actualizaciones" u órdenes de cambio de ingeniería a medida que el firmware se actualiza por varias razones a lo largo del ciclo de vida del producto, y todas esas actualizaciones en el firmware necesitan ser gestionadas a lo largo del ciclo de programación.

Tenemos un proceso de muestra inicial, y el proceso de muestra inicial se realiza cuando programamos el primer dispositivo de una nueva revisión de firmware. Esas pocas piezas de muestra se programan y se envían al cliente con documentación compleja que les permite probar la veracidad de esas piezas y que han sido programadas correctamente, que han sido manejadas correctamente, etc. Las prueban en sus líneas, y luego nos certifican que aprueban que esta pieza ha sido programada correctamente, y eso nos permite poner esa revisión de esa pieza en producción.

Todo nuestro proceso se basa en el número de pieza programada. En el antiguo lenguaje de bases de datos, el número de pieza programada es nuestro campo clave. Si un fabricante viene a nosotros con una orden de cambio de ingeniería y dice: "hemos tenido un cambio de firmware y necesitamos que uses esta versión ahora", diremos okay, ¿cuál es el nuevo número de pieza para eso? Quiero decir, es un proceso muy simple desde nuestro punto de vista. Ningún fabricante que conozca en el mundo tendría el mismo número de pieza programada para un firmware actualizado que para la versión anterior del software. Así que el número de pieza programada es nuestra Biblia, si quieres, es por el que nos guiamos y tenemos toda una jerarquía construida alrededor de eso.

En nuestra situación, cuando recibimos instrucciones de nuestros clientes para programar algunas piezas, se basa en la pieza programada. La primera vez que hacemos esto, y es parte del proceso de muestra inicial que mencioné antes, construimos una lista de materiales. La lista de materiales incluye todas las instrucciones que se requieren, incluyendo requisitos especiales. Creo que tenemos algo así como 120 campos en nuestra tabla de lista de materiales en nuestro sistema y todos esos necesitan ser llenados y el proceso de muestra inicial es impulsado por esa lista de materiales. Lo que hace nuestro sistema es, toma el dispositivo en blanco especificado, aplica el detalle en la lista de materiales a ese dispositivo, crea automáticamente una orden de trabajo con instrucciones, programamos según esa orden de trabajo, y obtenemos el resultado esperado del banco. Ahora hay todo tipo de controles y equilibrios allí, pero básicamente hay una nueva lista de materiales para cada actualización de firmware que hacemos.

Tenemos tantos controles y equilibrios integrados en nuestro manejo de estos dispositivos que cualquier problema que surja se detecta dentro del proceso, e incluso si sucede algo que causa una investigación retrospectiva, tenemos archivos de registro que se mantienen, el estándar es de 15 años. Podemos rastrear un código de lote hasta 15 años atrás, de hecho, podemos rastrearlo más tiempo, pero las reglas establecen que necesitamos rastrearlo durante 15 años, y eso incluye hasta el nivel del operador, quién realmente inició la ejecución de programación, en qué momento se hizo, cuánto tiempo estuvo el dispositivo fuera de la bolsa seca. Todos los detalles se registran automáticamente dentro de nuestro sistema. Hemos tenido situaciones en las que algunos de nuestros clientes nos han pedido rastrear donde hay problemas percibidos y hemos podido darles todos los detalles que necesitan. En ese sentido, si pudieras imaginar en un sistema de control automotriz, hay cajas negras que básicamente son las ECU que se utilizan en la industria automotriz. Digamos que tienen un problema con un automóvil y lo han aislado a una ECU específica, tienen que poder abrir esa ECU, mirar el dispositivo y volver y rastrear todos esos detalles. Es un sistema extremadamente complejo que se ha construido a lo largo de muchos años de rastreo y seguimiento.

Sí, varias veces al año por todos los clientes.

Las pruebas de coplanaridad 3D son un proceso mediante el cual el dispositivo se somete a una prueba utilizando cámaras complejas que probarán los conectores del dispositivo en 3 planos diferentes, el plano X, Y y Z. Lo que estamos haciendo es tratar de probar a nuestro cliente que no hemos degradado la pieza de ninguna manera, forma o forma, al llevar a cabo el proceso de programación. Construimos estos verificadores en cada máquina que fabricamos, y particularmente en la industria automotriz es un requisito absoluto que se debe comprobar el dispositivo en 3D después de haber sido programado. El dispositivo generalmente se presenta ya sea en bandeja o en cinta, lo recogemos automáticamente, lo programamos, lo devolvemos y en el camino de vuelta, básicamente se verifica en los tres planos.

AOI básicamente significa Inspección Óptica Automática. Es un proceso que se lleva a cabo después de que los dispositivos han sido colocados de vuelta en la cinta, después de que la cinta de cubierta ha sido sellada en la parte superior. La cámara AOI luego mira la orientación del dispositivo para asegurarse de que todos estén colocados de vuelta en la orientación correcta.

Podrías, pero el equipo de programación automática es muy caro y es similar a comprar máquinas SMT. Tiene una sobrecarga de capital muy pesada asociada. Una programadora automática probablemente comienza en $500,000 USD, y además de eso, los dispositivos programables pueden venir en muchos paquetes diferentes, pero 2 de los paquetes muy populares son BGA, que significa Ball Grid Array; y QFP que significa Quad Flat Pack.

Ball Grid Array es lo que suena, es un dispositivo que tiene todos los contactos debajo en pequeñas bolas de soldadura, y eso puede variar en cualquier lugar desde 64 hasta 300-400 contactos diferentes debajo del dispositivo programable, que son dispositivos muy complejos.

Los dispositivos QFP son dispositivos que tienen pines, pines muy delicados en los cuatro lados, y de nuevo, los dispositivos QFP pueden tener en cualquier lugar desde 24 pines hasta 300 pines. Dispositivos muy delicados que requieren un manejo automático realmente preciso, y son principalmente los dispositivos que necesitan ser verificados en la inspección 3D.

Subcontratar tu programación de CI a EPS elimina varios costos y riesgos - la inversión inicial en equipo de capital, operativamente necesitas emplear personal de ingeniería calificado para mantener el mantenimiento de las máquinas, optimizar tus procesos para cumplir con los estándares de calidad internacionales y pasar las auditorías de los clientes. Tenemos la experiencia, el equipo, los sistemas de gestión de calidad establecidos y la escala global para apoyar a los clientes donde sea que estén.

Sí. Creo que la función SMT es realmente una cuestión de reducir el número de riesgos asociados. Tienes riesgos de colocación; tienes riesgos de revisión de firmware; si estás haciendo programación fuera de placa, tienes tiempos de entrega asociados con la obtención de nuevos zócalos; los zócalos son caros, pueden costar $1,500 cada uno. Así que todo el tiempo, hay esta sobrecarga constante corriendo a través de la gestión de un sitio de programación fuera de placa dentro de las instalaciones de un fabricante.

Mientras que nosotros tenemos 23 centros de programación alrededor del mundo ubicados en 14 países diferentes, en su mayoría centros de programación EPS administrados independientemente, y en algunos casos donde tenemos relaciones con clientes muy grandes tendemos a construir un centro de programación en sus instalaciones. Por ejemplo, los fabricantes de automóviles de Nivel 1 muy grandes, tenemos centros de programación en planta en algunas de esas ubicaciones. Ahora, porque se nos pide programar todo tipo de dispositivos programables, hemos construido una colección de adaptadores de programación o zócalos que son comunes a varios clientes diferentes. Así que en esa situación, mientras que nuestra inversión en adaptadores es muy alta en cada ubicación, tiende a haber una gran similitud entre los dispositivos programables. En memoria, tendrás paquetes de tipo muy común, y los micros son lo mismo. Las economías de escala se aplican a nosotros en esa situación, lo cual es un valor que podemos transferir a nuestros clientes. Mientras que si tienes un fabricante en una ubicación específica que necesita comprar un conjunto de adaptadores, porque generalmente tienes múltiplos de 4, 8, 12 adaptadores asociados con estos manipuladores automáticos, y tienen que pagar un par de miles por cada uno de estos, comienza a ser muy caro e incluso la gestión del propio adaptador de hardware se convierte en un trabajo muy difícil. Mientras que nosotros tenemos rutinas estandarizadas en todo el mundo para gestionar todos esos procesos.

Negociamos un precio de programación por dispositivo con nuestros clientes, y ese es un precio medible. No se mueve tan a menudo como me gustaría. Pero casi nunca se vuelve más caro. En estos días de programación en volumen, tiende a convertirse en un producto básico. Se subcontrata a nosotros, y luego la gente simplemente lo olvida. Miran los volúmenes anuales de negocio y negocian con nosotros basándose en esos volúmenes anuales. Una vez que lo subcontratas y el proceso está establecido, hay muchos modelos de suministro:

1. Uno es que puedes enviarnos esas piezas de forma gratuita y nosotros las programamos y te las devolvemos;
   
   
2. la otra es que puedes consignar esas piezas de tu proveedor a nosotros, nosotros gestionaremos el uso de esas piezas desde nuestro inventario en base a consignación, podemos darte visibilidad completa de tu inventario en esa situación;
   
   
3. o bien podemos comprar las piezas bajo tus condiciones a tu proveedor. Nosotros gestionamos la transacción, cobramos un cargo financiero y cobramos un cargo de programación.

Todos esos modelos funcionan muy bien desde nuestro punto de vista. En general, las reglas alrededor de esas cosas no han cambiado en mucho tiempo.

Realmente para resumir, un cliente subcontrata su programación de dispositivos a nosotros basándose en el modelo de negocio que funcione para ellos y luego lo olvida porque están trabajando con alguien que han auditado y en quien confían. Las piezas les llegan empaquetadas correctamente y listas para ser colocadas, preprogramadas, en la placa en la línea de montaje. Su línea no tiene que ralentizarse en ICT porque las piezas no necesitan ser programadas en el punto en el que se están probando en el lecho de clavos. Lo que obtienen es una línea de flujo más libre, funcionando más eficientemente, obteniendo más productos al final, lo que les ahorrará tiempo y dinero.

Nuestra estrategia a largo plazo es continuar nuestra expansión geográfica y también continuar nuestra diversificación de actividades dentro de nuestros compromisos existentes. En muchas situaciones tenemos muy buenas relaciones con los 20 o 30 principales OEM, fabricantes por contrato, proveedores automotrices de Nivel 1, y tienen muchas, muchas ubicaciones en todo el mundo y lo que tendemos a hacer es desarrollar nuestra relación con esos clientes basándonos en relaciones únicas o duales o múltiples, y tratar de expandirlas a áreas geográficas adicionales. Esa ha sido una estrategia muy, muy exitosa para nosotros, y nos veríamos continuando con eso. Tenemos el lado del equipo resuelto en el sentido de que hemos desarrollado manipuladores y se vuelven más eficientes cada día.

También estamos actualmente muy ocupados apoyando a nuestros clientes con preformación de componentes, horneado, preparación de kits y en proporcionar cinta portadora personalizada, estas son oportunidades para diversificarnos en cada una de nuestras ubicaciones. No tenemos fabricación de cinta portadora en cada ubicación, pero ya hemos invertido fuertemente en capacidad de cinta portadora con énfasis en nuestra base de clientes, donde por ejemplo, pueden tener componentes que normalmente serían insertados a mano después del proceso SMT, y trabajamos con ellos para proporcionar Cinta y Carrete para ayudarles a automatizar su proceso SMT, ahorrándoles así más dinero, haciéndolos más eficientes. En algunos casos hemos puesto conectores muy grandes en cinta portadora para que puedan ser recogidos y colocados automáticamente en la placa durante el proceso. Esa es un área en desarrollo y muy interesante desde nuestro punto de vista.

Lo nuevo para nosotros es la Programación Segura, hemos desarrollado relaciones con varios especialistas en esta área, donde hemos integrado su hardware en nuestro hardware, y ahora podemos proporcionar niveles muy sofisticados de aseguramiento de microcontroladores en todas nuestras ubicaciones. Tenemos una serie de dos partes donde hablamos sobre los riesgos y luego el valor real para el fabricante de asegurar realmente sus dispositivos conectados; proteger su IP, su reputación de marca y sus usuarios en el campo. Puedes escuchar aquí: Asegurando Dispositivos IoT para evitar un Internet de Problemas - Parte 1 y ¿Cómo Garantizamos la Confianza y Privacidad en un Mundo Hiperconectado de Dispositivos? - Parte 2.