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

Design for Manufacturing PCB's

Door de productie- en bedrijfssectoren heen vertrouwen een groot aantal machines op geprint printplaten, of PCB's. De mogelijkheden van PCB's maken de apparaten die consumenten dagelijks gebruiken een realiteit.

Met zoveel op de kaart in het ontwerp en de productie van PCB's, is het cruciaal om productie met maximale efficiëntie te implementeren. Voor dit te laten gebeuren, moeten echter alle betrokken partijen in de ontwerpfase en het productieproces in constant contact zijn om een productidee tot vrucht te brengen. Hier komt het concept bekend als design for manufacturing en zijn reeks stappen in beeld.

Wat is Design for Manufacturing?

Design for manufacturing (DFM) is een proces dat fabrikanten in staat stelt om het ontwerp van een product in een reeks categorieën te onderzoeken om de afmetingen, materialen, toleranties en functionaliteit te optimaliseren door de meest efficiënte productiemiddelen mogelijk. Met DFM onderzoeken gecertificeerde productcontractanten elk nieuwe productidee in een reeks gebieden om de beste maten, materialen en productieprocessen voor de producten in kwestie te vinden.

Fabrikanten die tegelijkertijd overhead willen verminderen en productkwaliteit willen verbeteren, setzen DFM in. DFM maakt het ook mogelijk om alternatieve productiemethoden te vinden voor items in de korte termijn. Als een bedrijf bijvoorbeeld een product alleen in kleine hoeveelheden nodig heeft, kan het verspillend zijn om een dure, high-tech arsenal van vormgevingsapparaten op te zetten om die beperkte run te produceren.

Tegelijkertijd kan dat product unieke metingen vereisen die moeilijk te produceren zouden zijn zonder een conventioneel industriële arsenal. DFM helpt fabrikanten alternatieve methoden te vinden die geld kunnen besparen, zoals warmtevormingsmethoden voor stukken die anders afzonderlijke vormgaten zouden vereisen.

DFM helpt fabrikanten ook om pre-bestaande ontwerpen te verbeteren. Als een bedrijf een product in het verleden massaproduceerde en nu van plan is om het weer in productie te nemen, kan het deze keer geld besparen door het oorspronkelijke ontwerp en de processen die gebruikt werden om het tot een product te maken, te herwaarderen. Als ze bepalen dat een van de eerdere stappen verspillend zijn, kunnen ze ze uit het proces elimineren.

Wat is het doel van DFM?

Het doel van DFM is om de eenmalig veelvoorkomende miscommunicatie tussen ontwerpers en fabrikanten te elimineren. In eerdere decennia zouden de twee partijen vaak in conflict komen door wederzijdse misverstanden. In een typisch scenario zou de ontwerper een product conceptueel opvatten met een set metingen en een lijst met materialen. De ontwerper zou dan de blauwdruk en schetsen naar de fabrikant sturen, wiens taak was om het ontwerp in productie te brengen. Als ze problemen in het ontwerp vonden, zou de ontwerper het aan de fabrikant laten om deze issues te rectificeren.

Vanuit het perspectief van de ontwerper, waren de stappen die na de ontwerpfase plaatsvonden, inclusief modificaties, de verantwoordelijkheid van de fabrikant. Het probleem is dat de fabrikant meestal de ingewikkeldheden van het ontwerpproces niet begreep, maar wel wist wanneer bepaalde metingen of materialen onpraktisch of onmogelijk waren. In gevallen als deze, kregen producties soms vertraging voor last-minute ontwerphervormingen die vaak duur waren voor de betrokken partijen. Soms haastten fabrikanten de ontwerpen naar productie toe, ondanks de gebreken en het risico op productdefecten en klantontevredenheid.

Met DFM-ingenieurswerk werken specialisten uit alle fasen in het ontwerp-, ontwikkel- en productieproces samen langs elke stap van de weg. Samen vormen ze een gecombineerd team waar ingenieurs van elke afdeling de input en feedback van de ander in realtime horen als producten worden ontwikkeld, getest en teruggestuurd voor revisies. DFM bespaart geld en tijd door bedrijven te helpen ontwerpdefecten bijna onmiddellijk op te sporen en te rectificeren lang voordat het productieteam met productie begint.

De product- en ontwikkelingsteams die DFM toepassen, omvatten ook input van partijen buiten het productieproces, zoals inkopers, leveranciers en juristen. Na het finaliseren van een productontwerp, zullen bedrijven slechts een fractie van het totale productiebudget hebben uitgegeven, doch het ontwerp zal het grootste deel van de productkosten bepalen. Als zodanig hebben fabrikanten te veel op het spel wanneer ze zich committen tot een product.

Met DFM kunnen bedrijven fouten elimineren die kunnen leiden tot dure stillegingen in productie en verspillende runs, dankzij de coöperatieve scrutinisering van ingenieurs van elke afdeling die een hand in het proces heeft. DFM helpt fabrikanten ook scenario's te vermijden waar defecte producten aan het publiek worden vrijgegeven, wat resulteert in abrupte defecten, klachten, meerdere rechtszaken en andere PR-schandalen die de naam van een merk in de ogen van consumenten kunnen schaden.

De DFM-factoren

De stappen van DFM omvatten de volgende reeks om het proces, ontwerp, materiaal, omgeving en naleving van een gegeven product te bepalen.

1. Productieproces

Het eerste deel van DFM is om de juiste typen productieprocessen te bepalen voor het product in kwestie. Wanneer u een product in een bepaalde hoeveelheid moet produceren, moet het proces de omvang van de productie en het aantal pressingen voor de run weerspiegelen.

Om het beste productieproces voor een gegeven product te bepalen, moet u factoren overwegen als de grootte van het product en de materialen die nodig zijn voor de productie. Overweeg ook de stappen die het oppervlak van het product vereist, en of er secundaire stappen nodig zijn naast de fundamentele assemblagefasen.

2. Productontwerp

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

Als u een bestaand ontwerp herziet, zorg er dan voor dat de wijzigingen in lijn zijn met fundamentele ontwerpprincipes. Zorg ervoor dat u alle dergelijke beslissingen in dit gebied bespreekt met uw contractfabrikant, omdat dit u helpt ervoor te zorgen dat uw komende productie verloopt volgens de productieprincipes voor het product in kwestie.

3. Productmateriaal

Een ander kritisch aspect van DFM is om te bepalen welke materialen nodig zijn voor het product in kwestie. Afhankelijk van de vorm, grootte en beoogde gebruik van het product, moet u een verscheidenheid aan factoren in rekening brengen, zoals de sterkte, textuur en thermische eigenschappen die vereist zijn voor het materiaal of product.

Tijdens deze stap moet u overleg plegen met een contractfabrikant om ervoor te zorgen dat de gekozen materialen aan de eisen voor de productie voldoen. Als u een bepaald materiaal in gedachten heeft, moet u weten of dat materiaal hitte zal weerstaan en elektriciteit zal 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 finaliseert, moet u de omgevingen onderzoeken waarin consumenten het zullen gebruiken. Eenmaal u de soorten effecten bepaalt die deze omgeving op het materiaal en de vorm van het product kan hebben, moet u dan bepalen of de drie voorgaande DFM-keuzes volstaan.

Design for manufacturing voorbeelden omvatten het overwegen van hoe en waar consumenten uw product zullen gebruiken. Als u een product ontwikkelt voor gebruik buitenshuis gedurende het hele jaar, zullen de materialen in staat moeten zijn om het volledige bereik van omgevingstemperaturen en weersomstandigheden te weerstaan. Als gebruikers het product op andere objecten zullen monteren, moet het ontwerp een verscheidenheid aan opstellingen accommoderen.

5. Testen/Naleving

De finale fase van DFM is om te bepalen of het ontwerp en de materialen voor het product in kwestie zullen voldoen aan de veiligheids- en kwaliteitsstandaarden van de diverse entiteiten die een zeg hebben in de kwestie. Een derde-partij ISO-gecertificeerd testfaciliteit kan dit bepalen. Een neutrale productieanalist moet het testen toezien.

Verschillende entiteiten kunnen standaarden hebben die uw vermogen beïnvloeden om vooruit te gaan met een ontwerp in de huidige staat. Regulatorische regels op staat, federaal of internationaal niveau kunnen uw product onveilig achten in de bestaande configuratie. Het product kan misschien niet aan de code van de beoogde industrie voldoen. Het ontwerp van het product kan zelfs niet aan de veiligheidsstandaarden van uw bedrijf voldoen.

Veelvoorkomende ontwerpfouten

Tijdens het ontwerp en de productie van PCB's, kan het toepassen van DFM de volgende fouten elimineren.

1. Randvrijheid

Een van de meest significante fouten die een fabrikant kan maken met een PCB-ontwerp is om onvoldoende randvrijheid toe te staan. Dit issue kan problematisch zijn voor koper langs de rand van een PCB, aangezien koper kan corroderen als het beschermende coating mist. Als u een PCB ontwerpt zonder deze toelage in gedachten, kan de coating tijdens de eindesnede verwijderd worden.

Gelukkig kunt u randvrijheidsproblemen eenvoudig rectificeren als u de nodige vrijheid in het ontwerp van het bord toevoegt. Voor de outer layers van een PCB, moet de coating slechts een additionele 0,010" aan het ontwerp vereisen. Voor de inner layers moet de coating slechts een additionele 0,015" aan het ontwerp necessiteren.

2. Zuurvallen creëren

Zuurvallen kunnen een terugkerend issue zijn op PCB-ontwerpen die rekening niet houden met dit issue. Om deze mogelijkheid te voorkomen, ontwerp nooit hoekige sporen op scherpe hoeken. Een hoek van 45 graden is veel meer preferabel dan een hoek van 90 graden. De laatste kan de PCB kwetsbaar maken voor zuurvallen, terwijl de eerste over het algemeen niet geneigd zal zijn tot dit issue. Controleer altijd alle spoorhoeken na het afronden van de routing om te verzekeren dat geen samengevoegde sporen zuurvallen hebben gecreëerd.

3. Gecompliceerde bordindeling

Als u aan een situatie komt waar uw bord complex wordt, moet u het ontwerp heroverwegen in een meer oplosbaar plan waar u alle benodigde componenten op dezelfde kant kunt organiseren. Een fout die sommige PCB-ontwerpers soms maken is om een paar van de elementen op de flipside van het bord te plaatsen om ruimte op de primaire kant vrij te maken.

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

4. Geen soldeermasker tussen pads

In PCB-ontwerp is soldeermasker een van de meest cruciale elementen van elk printplaatje, aangezien dit contact tussen koper en andere metalen voorkomt. Zonder de aanwezigheid van soldeermasker tussen de pads, kan contact ontstaan tussen negatieve metalen, wat onverwachte kortsluitingen veroorzaakt.

Om te verzekeren dat elk printplaatje voldoende soldeermasker heeft, neem dit op in de ontwerperegels voor al uw PCB-producties. Op die manier zou er nooit problemen moeten zijn met de toepassing van soldeermasker bij het converteren van de instellingen van een groot PCB naar een kleiner printplaatje.

5. Via's in pads plaatsen

Als ruimte op uw PCB krap is, bent u misschien geneigd om via's toe te voegen om ruimte vrij te maken. Dit kan echter de montagecapaciteiten van de PCB verzwakken door soldeer van het bord weg te trekken, waardoor het soldeerproces ineffectief wordt. Hoewel de via-optie in bepaalde omstandigheden nuttig kan zijn, gebruik het alleen wanneer nodig. Hetzelfde geldt voor micro, blind en buried via's.

Hoe Design for Manufacturing vertaalt in PCB-layout

In PCB-ingenieurswerk helpen de principes van DFM fabrikanten om alle ontwerpspecificaties in een functionele layout te houden, ongeacht de grootte van het PCB in kwestie. Bij het incorporeren van de componenten van één bord in een kleiner PCB, kan het moeilijk zijn om de onderdelen op hun plaats te krijgen en issues als zuurvallen en randvrijheidsproblemen te vermijden. DFM helpt deze problemen te vermijden voordat het bord in productie gaat.

Met DFM-ingenieurswerk inspecteren gecertificeerde fabrikanten het ontwerp van een printplaatje om ervoor te zorzen dat de metingen voldoende zijn voor de beoogde doeleinden van de PCB. Ze onderzoeken ook het bordontwerp om te verzekeren dat het zal functioneren in de beoogde omgevingen. Als het bord bijvoorbeeld gebruikt zal worden in machines die enorme hitte genereren, moet het PCB-ontwerp componenten en beschermende elementen incorporeren die deze condities kunnen weerstaan.

Het DFM-proces zorgt er ook voor dat een PCB-ontwerp geen goedkeuring voor productie ontvangt als het faalt om een reeks standaardtests te doorstaan. Als een PCB gemakkelijk faalt onder een set waarschijnlijke werkomstandigheden, moet de ontwerper het bord herschrijven met additionele componenten totdat het de taken van de bijbehorende apparaten kan aan.

In PCB-productie gaan de principes van DFM hand in hand met design for fabrication, wat de kwesties van fabricage en hoe het van toepassing is op een PCB dekt.

DFM-checks van Millennium Circuits Limited

Wanneer het aankomt op ontwerpinspecties en nalevingstesten, moet u de input zoeken van een objectieve, gekwalificeerde derde partij. Bij Millennium Circuits Limited voeren we DFM-analyse uit op PCB-ontwerpen en prototypes om defecten en andere problemen te identificeren. Neem vandaag contact op met MCL om te leren hoe we u kunnen helpen uw PCB's te verbeteren voordat u ze in productie brengt.