Spring naar:
Wat is Design for Manufacturing?
Wat is het doel van DFM?
De DFM-factoren
Hoe Design for Manufacturing zich vertaalt in PCB-layout
DFM-cheques van Millennium Circuits Limited

Ontwerp voor het vervaardigen van PCB's

In de productie- en bedrijfssectoren is een groot aantal machines afhankelijk van printplaten of PCB's. Evenzo maken de mogelijkheden van PCB's de apparaten die consumenten dagelijks gebruiken een realiteit.

Omdat er zoveel op het spel staat bij het ontwerp en de fabricage van PCB's, is het van cruciaal belang om de productie met maximale efficiëntie uit te voeren. Om dit te laten gebeuren, moeten echter alle partijen die betrokken zijn bij de ontwerpfase en het fabricageproces constant contact hebben om een ​​productidee tot zijn recht te laten komen. Hier komt het concept dat bekend staat als design for manufacturing en de volgorde van stappen om de hoek kijken.

Wat is ontwerp voor productie?

Ontwerp voor fabricage (DFM) is een proces waarmee fabrikanten het ontwerp van een product in een reeks categorieën kunnen onderzoeken om de afmetingen, materialen, toleranties en functionaliteit te optimaliseren door middel van de meest efficiënte productiemiddelen die mogelijk zijn. Met DFM onderzoeken gecertificeerde productaannemers elk nieuw productidee op verschillende gebieden om de beste afmetingen, materialen en productieprocessen voor de producten te vinden.

Fabrikanten die tegelijkertijd de overhead willen verminderen en de productkwaliteit willen verbeteren, gebruiken DFM. DFM maakt het ook mogelijk om op korte termijn alternatieve productiemethoden voor artikelen te vinden. Als een bedrijf bijvoorbeeld een product slechts in kleine hoeveelheden nodig heeft, kan het verspillend zijn om een ​​duur, hightech arsenaal aan vormapparatuur op te zetten om dat artikel in beperkte oplage te produceren.

Tegelijkertijd kan dat product unieke metingen vereisen die moeilijk te vervaardigen zouden zijn zonder een conventioneel industrieel arsenaal. DFM helpt fabrikanten alternatieve methoden te vinden waarmee geld kan worden bespaard, zoals warmtevormende methoden voor onderdelen waarvoor anders afzonderlijke vormholten nodig zouden zijn.

DFM helpt fabrikanten ook om bestaande ontwerpen te verbeteren. Als een bedrijf in het verleden een product in massa heeft geproduceerd en nu van plan is het weer in productie te nemen, kan het deze keer geld besparen door het oorspronkelijke ontwerp en de processen die zijn gebruikt om er een product van te maken, opnieuw te evalueren. Als ze vaststellen dat een van de eerdere stappen verspillend is, kunnen ze deze uit het proces verwijderen.

Wat is het doel van DFM?

Het doel van DFM is om de eens zo vaak voorkomende miscommunicatie tussen ontwerpers en fabrikanten te elimineren. In de afgelopen decennia kwamen beide partijen door onderlinge misverstanden vaak met elkaar in conflict. In een typisch scenario zou de ontwerper een product bedenken met een reeks metingen en een lijst met materialen. De ontwerper zou vervolgens de blauwdruk en schetsen naar de fabrikant sturen, wiens taak het was om het ontwerp in productie te nemen. Als ze problemen in het ontwerp aantroffen, zou de ontwerper het aan de fabrikant overlaten om deze problemen op te lossen.

Vanuit het oogpunt van de ontwerper waren de stappen die plaatsvonden na de ontwerpfase, inclusief aanpassingen, de verantwoordelijkheid van de fabrikant. Het probleem is dat de fabrikant meestal de fijne kneepjes van het ontwerpproces niet zou begrijpen, maar zou weten wanneer bepaalde metingen of materialen onpraktisch of onmogelijk waren. In dergelijke gevallen liepen producties soms vertraging op vanwege last-minute ontwerprevisies die vaak kostbaar zouden zijn voor de betrokken partijen. Soms haastten fabrikanten de ontwerpen toch naar productie, ondanks de gebreken en het risico op productdefecten en ontevredenheid van de klant.

Bij DFM-engineering werken specialisten uit alle fasen van het ontwerp-, ontwikkelings- en productieproces bij elke stap samen. Samen vormen ze een gecombineerd team waarin technici van elke afdeling elkaars input en feedback in realtime horen terwijl producten worden ontwikkeld, getest en teruggestuurd voor revisies. DFM bespaart geld en tijd door bedrijven te helpen ontwerpfouten vrijwel onmiddellijk op te sporen en deze te corrigeren lang voordat het productieteam met de productie begint.

De product- en ontwikkelingsteams die DFM in dienst hebben, betrekken ook input van partijen buiten het fabricageproces, zoals inkopers, verkopers en advocaten. Nadat het ontwerp van een product is voltooid, hebben bedrijven slechts een fractie van het totale productiebudget uitgegeven, maar het ontwerp bepaalt de meeste kosten van het product. Als zodanig hebben fabrikanten te veel op het spel als ze zich committeren aan een product.

Met DFM kunnen bedrijven fouten elimineren die kunnen leiden tot kostbare productieonderbrekingen en verspilde runs, dankzij de medewerking van ingenieurs van elke afdeling die bij het proces betrokken is. DFM helpt fabrikanten ook scenario's te vermijden waarin defecte producten worden vrijgegeven aan het publiek, wat resulteert in abrupte defecten, klachten van klanten, meerdere rechtszaken en andere PR-fiasco's die de naam van een merk in de ogen van consumenten kunnen schaden.

De DFM-factoren

De stappen van DFM omvatten de volgende volgorde om het proces, het ontwerp, het materiaal, de omgeving en de conformiteit van een bepaald product te bepalen.

1. Productieproces

Het eerste deel van DFM is het bepalen van de juiste soorten fabricageprocessen die voor het product in kwestie moeten worden gebruikt. Wanneer u een product in een bepaalde hoeveelheid moet produceren, moet het proces de omvang van de productie en het aantal geplande persingen voor de run weerspiegelen.

Om het beste productieproces voor een bepaald product te bepalen, moet u rekening houden met factoren zoals de grootte van het product en de materialen die nodig zijn voor de productie ervan. Overweeg ook de stappen die het oppervlak van het product vereist en of er secundaire stappen moeten worden uitgevoerd na de fundamentele montagestadia.

2. Productontwerp

Het volgende deel van DFM is om het ontwerp van het product te onderzoeken en te bepalen of de specificaties passen bij het eindproduct, of dat u aanvullende wijzigingen moet aanbrengen voordat u met de productie begint. Het doel van deze stap is om mogelijke ontwerpproblemen met de vorige run te corrigeren en uw productie deze keer soepeler en efficiënter te laten verlopen.

Als u een bestaand ontwerp aanpast, zorg er dan voor dat de aanpassingen in overeenstemming zijn met de fundamentele ontwerpprincipes. Zorg ervoor dat u al dergelijke beslissingen op dit gebied met uw contractfabrikant bespreekt, aangezien dit u zal helpen ervoor te zorgen dat uw aanstaande productieruns volgens de fabricageprincipes voor het betreffende product verlopen.

3. Productmateriaal

Een ander cruciaal aspect van DFM is om te bepalen welke materialen nodig zijn voor het product in kwestie. Afhankelijk van de vorm, de grootte en het beoogde gebruik van het product, moet u rekening houden met verschillende factoren, zoals de sterkte, textuur en thermische eigenschappen die nodig zijn voor het materiaal of product.

Tijdens deze stap moet u overleggen met een contractfabrikant om ervoor te zorgen dat de gekozen materialen voldoen aan de vereisten voor de betreffende productie. Als u een bepaald materiaal in gedachten heeft, moet u weten of dat materiaal bestand is tegen hitte en elektriciteit kan geleiden, aangezien deze factoren het product kunnen maken of breken.

4. Eventuele omgeving

Voordat u uw keuzes voor het proces, ontwerp en materiaal van het product definitief maakt, moet u de omgevingen onderzoeken waarin consumenten het zullen gebruiken. Als je eenmaal hebt bepaald welke effecten deze omgeving kan hebben op het materiaal en de vorm van het product, moet je bepalen of de drie eerdere DFM-keuzes zullen volstaan.

Voorbeelden van ontwerp voor productie zijn onder meer nadenken over hoe en waar consumenten uw product zullen gebruiken. Als je een product ontwikkelt om het hele jaar door buiten te gebruiken, moeten de materialen bestand zijn tegen alle omgevingstemperaturen en weersomstandigheden. Als gebruikers het product op andere objecten monteren, moet het ontwerp geschikt zijn voor verschillende opstellingen.

5. Testen/naleving

De laatste fase van DFM is om te bepalen of het ontwerp en de materialen van het product in kwestie zullen voldoen aan de veiligheids- en kwaliteitsnormen van de verschillende entiteiten die hierover inspraak hebben. Een externe ISO-gecertificeerde testfaciliteit kan dit vaststellen. Een neutrale productieanalist moet toezicht houden op de tests.

Verschillende entiteiten kunnen normen hebben die van invloed zijn op uw vermogen om verder te gaan met een ontwerp in zijn huidige staat. Regelgevende regels op staats-, federaal of internationaal niveau kunnen uw product bijvoorbeeld onveilig achten in de bestaande configuratie. Het product voldoet mogelijk niet aan de code van de beoogde branche. Het ontwerp van het product voldoet mogelijk zelfs niet aan de veiligheidsnormen van uw bedrijf.

Veelgemaakte ontwerpfouten

Tijdens het ontwerp en de productie van PCB's kan het gebruik van DFM de volgende fouten voorkomen.

1. Randvrijheid

Een van de belangrijkste fouten die een fabrikant kan maken met een PCB-ontwerp, is om niet voldoende randvrijheid toe te staan. Dit probleem kan problematisch zijn voor koper langs de rand van een PCB, omdat koper kan corroderen als het geen beschermende coating heeft. Als u een PCB ontwerpt zonder deze vergoeding in gedachten, kan de coating tijdens de laatste snede worden verwijderd.

Gelukkig kun je problemen met de randtoeslag gemakkelijk oplossen als je de nodige speling toevoegt aan het ontwerp van het bord. Voor de buitenste lagen van een PCB zou de coating slechts een extra 0,010” van het ontwerp nodig hebben. Voor de binnenste lagen zou de coating slechts een extra 0,015" aan het ontwerp nodig moeten hebben.

2. Zuurvallen maken

Zuurvangers kunnen een terugkerend probleem zijn bij PCB-ontwerpen die geen rekening houden met dit probleem. Om deze mogelijkheid te vermijden, ontwerp nooit schuine lijnen onder scherpe hoeken. Een hoek van 45 graden heeft bijvoorbeeld veel meer de voorkeur dan een hoek van 90 graden. Dit laatste zou de PCB kwetsbaar kunnen maken voor zuurvangers, terwijl het eerste over het algemeen niet vatbaar is voor dit probleem. Controleer altijd alle sporenhoeken nadat u klaar bent met het frezen om er zeker van te zijn dat er geen samengevoegde sporen zuurvallen hebben veroorzaakt.

3. Ingewikkelde bordindeling

Als je in een situatie komt waarin je bord complex wordt, moet je het ontwerp heroverwegen in een meer solvabel plan waarbij je alle benodigde componenten aan dezelfde kant kunt organiseren. Een fout die sommige PCB-ontwerpers soms maken, is om een ​​paar van de elementen aan de andere kant van het bord te plaatsen om ruimte vrij te maken aan de primaire kant.

Wanneer u componenten aan beide zijden van een PCB plaatst, verhoogt dit de kosten van het fabricageproces. Bovendien voegt de toevoeging van componenten aan de andere kant van een PCB tal van complicaties toe voor de fabrikant.

4. Geen soldeermasker tussen pads

Bij PCB-ontwerp is het soldeermasker een van de meest cruciale elementen van elke printplaat, omdat dit contact tussen koper en andere metalen voorkomt. Zonder de aanwezigheid van een soldeermasker tussen de pads, zou er contact kunnen ontstaan ​​tussen negatieve metalen, waardoor onverwachte kortsluitingen ontstaan.

Om ervoor te zorgen dat elke printplaat voldoende soldeermasker heeft, moet u dit opnemen in de ontwerpregels voor al uw PCB-producties. Op die manier zouden er nooit problemen mogen zijn met het aanbrengen van soldeermasker bij het omzetten van de instellingen van een grote PCB naar een kleinere printplaat.

5. Via's in Pads plaatsen

Als er weinig ruimte is op uw PCB, komt u misschien in de verleiding om via's toe te voegen om ruimte vrij te maken. Dit zou echter de montagemogelijkheden van de PCB kunnen verzwakken door soldeer weg te trekken van het bord, waardoor het soldeerproces ondoeltreffend wordt. Hoewel de vias-optie in bepaalde omstandigheden nuttig kan zijn, moet u deze alleen gebruiken als dat nodig is. Hetzelfde geldt voor micro-, blinde en begraven via's.

Hoe Design for Manufacturing zich vertaalt in PCB-layout

Bij PCB-engineering helpen de principes van DFM fabrikanten om alle ontwerpspecificaties in een functionele lay-out te houden, ongeacht de grootte van de PCB in kwestie. Bij het opnemen van de componenten van één bord in een kleinere PCB, kan het moeilijk zijn om de onderdelen op hun plaats te passen en problemen zoals zuurvangers en problemen met randspeling te vermijden. DFM helpt deze problemen te voorkomen voordat het bord in productie gaat.

Met DFM-engineering inspecteren gecertificeerde fabrikanten het ontwerp van een printplaat om er zeker van te zijn dat de metingen voldoende zijn voor de beoogde doeleinden van de PCB. Ze onderzoeken ook het ontwerp van het bord om ervoor te zorgen dat het zal functioneren in de beoogde omgevingen. Als het bord bijvoorbeeld wordt gebruikt in machines die enorme hitte genereren, moet het PCB-ontwerp componenten en beschermende elementen bevatten die bestand zijn tegen deze omstandigheden.

Het DFM-proces zorgt er ook voor dat een PCB-ontwerp geen goedkeuring krijgt voor productie als het een reeks standaardtests niet doorstaat. Als een PCB bijvoorbeeld gemakkelijk faalt onder een reeks waarschijnlijke werkomstandigheden, moet de ontwerper het bord opnieuw bewerken met extra componenten totdat het de taken van de bijbehorende apparaten aankan.

Bij de productie van PCB's gaan de principes van DFM hand in hand met ontwerp voor fabricage, waarin de problemen van fabricage worden behandeld en hoe dit van toepassing is op een PCB.

DFM-cheques van Millennium Circuits Limited

Als het gaat om ontwerpinspecties en nalevingstests, moet u de input van een objectieve, gekwalificeerde derde partij inwinnen. Bij Millennium Circuits Limited voeren we DFM-analyses uit op PCB-ontwerpen en prototypes om defecten en andere problemen te identificeren. Neem vandaag nog contact op met MCL om te zien hoe we u kunnen helpen uw PCB's te verbeteren voordat u ze in productie neemt.