PCB Design für die Fertigung Richtlinien

Die Vermeidung eines Aufpreises für kundenspezifische Leiterplatten ist ein wichtiges Anliegen, und das ist auch verständlich. Die Gesamtkosten für die Herstellung von Leiterplatten setzen sich aus verschiedenen Faktoren zusammen. Abgesehen von Fixkosten wie Logistik, Arbeit und Ausrüstung werden Schwankungen vor allem durch Faktoren wie Leiterplattenabmessungen, Materialauswahl und Prozesstechnologie verursacht. Diese Variablen hängen von den Entscheidungen ab, die die Ingenieure in der Designphase treffen.

Um die nahtlose Herstellbarkeit des Leiterplattendesigns zu gewährleisten, die Produktionskosten zu minimieren, die Produktionseffizienz zu steigern und die ultimative Produktqualität aufrechtzuerhalten, wurde das Konzept der Design für Herstellbarkeit hat sich zu einer entscheidenden Kraft im Bereich der Leiterplatten entwickelt. In diesem umfassenden Diskurs von FS Technology werden wir uns eingehend mit diesem Thema befassen und Sie dabei unterstützen, die Rentabilität Ihrer Projekte zu steigern. Beginnen wir mit dieser Erkundung.

Was ist Design for Manufacturing und wofür wird es eingesetzt?

Design for Manufacturing, ein Akronym für DFM, ist ein Ansatz zur Rationalisierung des Herstellungsprozesses von Leiterplatten. Sein Hauptziel ist die Optimierung von Abmessungen, Materialien, Toleranzen und Funktionalität durch den Einsatz der effizientesten verfügbaren Fertigungsmethoden. Dieser Prozess sollte bereits in den frühen Phasen der Konzeption beginnen, noch bevor die Skizze erstellt wird. Es ist wichtig, dass das Leiterplattendesign für die Fertigung mit der Entstehung des Gerätekonzepts übereinstimmt, wobei das Hauptaugenmerk darauf liegt, zu verstehen, wie der Kunde das Gerät verwenden wird. Wenn Sie viel Zeit, Engagement und Mühe in die Entwicklung eines robusten DFM-Prozesses investieren, werden Sie in späteren Phasen des Leiterplattendesigns erhebliche Vorteile daraus ziehen.

Optimierung der Komponentenkosten

Als Eckpfeiler einer jeden Leiterplatte sind die Kosten für die Komponenten von großer Bedeutung. Durch die Partnerschaft mit FS Technology, einem PCBA-Unternehmen mit einem autonomen Ingenieurteam, das die DMFA (Design for Manufacturing and Assembly) erleichtert die Identifizierung optimaler Komponentenalternativen, vereinfacht Design und Fertigung und reduziert gleichzeitig die Komponentenbeschaffung Ausgaben.

Design-Upgrade

Es kann sich als sehr effektiv erweisen, Kontakte zu Herstellern zu knüpfen, einschließlich Herstellern von Leiterplatten und Gehäuselieferanten, oder den Rat von Industriedesignern einzuholen. Ständige Fragen wie "Kann das verbessert werden?" und Diskussionen darüber, wie Ihre Elektronik- oder Leiterplattendesigner ähnliche Probleme in früheren Designs angegangen sind, können wertvolle Erkenntnisse liefern. Wenn Sie den DFM-Prozess einleiten, sollten Sie sich bemühen, potenzielle Herausforderungen zu antizipieren, eine Designsequenz festzulegen, potenzielle Hindernisse an jedem Knotenpunkt zu umreißen und dann ähnliche Produkte zu untersuchen. Analysieren Sie, wie ähnliche Probleme in diesen Fällen gelöst wurden, und bemühen Sie sich, analoge Lösungen zu implementieren.

Förderung der Zusammenarbeit

Beim Design von Leiterplatten im Hinblick auf die Herstellbarkeit werden die Verantwortlichkeiten für Hersteller und Kunden festgelegt. Auf diese Weise können Hersteller designbezogene Probleme ansprechen und lösen, eine fehlerhafte Leiterplattenproduktion aufgrund von Faktoren wie Lieferfristen verhindern und Konflikte zwischen Herstellern und Kunden reduzieren. Um eine optimale Funktionalität zu erreichen, ist es entscheidend, alle Beteiligten in den Design for Manufacturability-Prozess einzubeziehen. Dazu gehören Elektronikingenieure, PCB-Designer, Industriedesigner, PCBA-Hersteller, Formenbauer und Materiallieferanten. DFM check PCB erfordert einen 'funktionsübergreifenden' Ansatz, d.h. ein umfassendes Verständnis des Designprozesses auf verschiedenen Ebenen: Komponenten, Funktionsblöcke, Systeme und Montage. Dieser Ansatz stellt sicher, dass das Design ohne unnötige Kosten erstellt wird. Die abteilungsübergreifende Zusammenarbeit, bei der verschiedene Segmente zusammengebracht werden, um die PCB-Produktion gemeinsam zu besprechen, garantiert die rechtzeitige Erkennung und Behebung von Fehlern, bevor größere Probleme entstehen.

Kosteneffizient

Die Einführung eines frühen PCB DFM-Regel reduziert die Kosten für gewünschte Änderungen in der Entwurfsphase erheblich. Wenn sich das Design im Laufe des Produktentwicklungszyklus weiterentwickelt, werden Änderungen aufgrund ihrer zunehmenden Komplexität immer teurer und schwieriger. DFM hilft den Ingenieuren, Materialien zu identifizieren, die ein Gleichgewicht zwischen optimaler Leistung und Kosteneffizienz herstellen, und so unnötige Kosten zu vermeiden. Eine der wichtigsten Funktionen von DFM ist die Integration von Designs, die die Nutzung von Rohstoffen maximieren und gleichzeitig die ästhetischen Feinheiten des Produkts verbessern. Vor allem aber trägt DFM zur Optimierung des Herstellungsprozesses bei, indem es die Neubewertung früherer Projekte und die Eliminierung unnötiger Schritte in der Produktionspipeline ermöglicht.

Restaurierung Design

Bei der Entwicklung eines neuen Produkts ist es einfacher, die Beteiligten von Anfang an in den Produktentwicklungsprozess einzubeziehen. Aber auch wenn Sie eine weitere Iteration eines bereits auf dem Markt befindlichen Produkts in Erwägung ziehen, ist eine umfassende Checkliste für das PCB-Design für die Fertigung unerlässlich. Bedauerlicherweise treten bei der Wiederholung eines früheren Entwurfs häufig Designfehler auf. Prüfen und hinterfragen Sie während des DFM-Prozesses jede Facette Ihres Designs.

PCB Design für die Fertigung Checkliste

Verwendungszyklus

Eine gründliche Analyse der Art und Weise, wie die Benutzer mit dem Produkt interagieren werden, ist entscheidend. Dazu gehört eine sorgfältige Planung der PCB Montageprozess um effiziente Montageschritte und eine optimale Werkzeugnutzung zu gewährleisten. Die Entscheidung über das geeignete Lötverfahren (z.B. Oberflächenmontagetechnik oder Durchstecklöten), die Bestimmung der optimale Ausrichtung der Komponenten, die Verfeinerung des Routings und die Sicherstellung von Montagegeschwindigkeit und -qualität sind allesamt wichtige Überlegungen. Der Einsatz von automatisierten Anlagen kann die Montagegeschwindigkeit erhöhen, und eine strategische Layout-Optimierung kann Montagefehler reduzieren.

Wenn Sie Prototypen bauen, müssen Sie keine Materialien verwenden, die den Anforderungen der Luft- und Raumfahrt entsprechen, oder sich für eine Fertigung mit hohen Umweltzertifizierungen entscheiden. Ebenso sind komplexe Platinenformen nicht notwendig, wenn Sie kleine Mengen produzieren. Es sei denn, das Design verlangt dies ausdrücklich, da dies die Herstellung von Werkzeugen und Matrizen für die Fertigung von Teilen in kleinen Stückzahlen erfordert, was die Kosten für PCB-Prototyping.

Es ist wichtig, Faktoren wie die Menge der herzustellenden Teile, die Auswahl der Materialien, die erforderlichen Oberflächen, die Toleranzen und die Notwendigkeit von Sekundärprozessen zu berücksichtigen.

Gestaltung

The design phase forms the backbone of the product ideation process, requiring consideration of all necessary conditions. This stage encompasses electronic circuit design, PCB-Layout, connector placement, and collaboration with industrial designers to strategically position indicators, control buttons, connectors, and cables associated with the printed circuit board. Components should not be oversized in either dimensions or electronic capability. Proper component selection should adhere to electronic design standards by choosing components capable of withstanding at least twice the capacity they will be used for.

Die Gleise sollten für die zu erwartende Stromlast angemessen dimensioniert sein. Signalwege sollten kompakt sein, um unnötigen Platzverbrauch zu vermeiden. Es sollten genaue Maßtoleranzen festgelegt werden.

For boards intended for automated assembly by pick-and-place machines, fiducials should be added to expedite the manufacturing process. Consult with your manufacturer to determine if tooling holes are necessary. It’s essential to collaborate with your contract manufacturer to ensure your design aligns with sound manufacturing principles for PCBA fabrication.

Materialien

Hier legen Sie fest, ob das Material besondere Bedingungen erfordert. Dazu gehören Überlegungen zu schwererem Kupfer (üblicherweise 1 oz oder 2 oz), zur Materialstärke des Leiterplattensubstrats (z.B. Aluminium oder FR4-Material), und die Gesamtdicke der Leiterplatte, die je nach Anwendung zwischen 0,4 mm und 2 mm variiert. Beispielsweise können RF-Designs dünnere Leiterplatten erforderlich machen. FS Technology empfiehlt dringend die Nutzung von Ressourcen wie dem Leitfaden für die PCB-Kupferstärke und zugehörige Dokumente während der Entwicklungsphase. Die PCB DFM-Richtlinien untersuchen verschiedene materielle Aspekte:

Wie stark sollte das Material sein?

Sollte die Lötmaske eine bestimmte Farbe haben? Der Siebdruck muss im Allgemeinen einen Kontrast zur Maske bilden.

Wie hitzebeständig muss es sein?

Wird die Platine einen erheblichen Strom führen? Wird es eine hohe Spannung geben? Die Dicke der Leiterbahnen sollte bei Stromberechnungen berücksichtigt werden, der Abstand der Lücken bei Spannungsberechnungen.

Wie schwer entflammbar sollte das Material sein?

Welche Dicke ist erforderlich? Welches Substratmaterial ist am besten geeignet? Ist FR4 geeignet, oder ist eine bessere Wärmeableitung erforderlich, möglicherweise mit Aluminium?

Once again, ensure you discuss the material with your PCB-Hersteller, exploring their compatible inventory materials, which can help secure lower material costs.

Umwelt

Das Design Ihres Produkts muss der Umgebung Rechnung tragen, der es ausgesetzt sein wird. Wird das Board in einer rauen Umgebung mit Vibrationen, hohen Temperaturen, Sonneneinstrahlung, hoher Luftfeuchtigkeit oder entflammbaren Atmosphären eingesetzt? Dabei müssen mögliche Probleme wie Staub, Feuchtigkeit und Korrosion berücksichtigt werden. Außerdem ist es wichtig zu beurteilen, ob die Schaltung Funktionen wie Hochfrequenzbetrieb oder Miniaturisierung erfordert.

Die Umweltzertifizierungen des Herstellers, einschließlich ROHS-Zertifizierung und die Zertifizierung der Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen, sollten gründlich geprüft werden. Branchen mit besonderen Eigenschaften sollten auch die Qualifikationen der Hersteller überprüfen, wie z.B. ISO13485 (medizinisch) oder IATF16949 (Automobil) Zertifizierungen. Qualifikationsbescheinigung Download

Konformität/Prüfung und Kalibrierung:

Defining the battery of tests or analyses that the printed circuit board will undergo before assembly is crucial. This is especially important for larger boards with numerous components or high manufacturing costs, as these tests ensure that no electronic flaws are overlooked. These tests can align with laboratory PCB tests aimed at securing certifications like the ones mentioned earlier.

Mit Ausnahme einiger Prototypen, die in geringen Mengen hergestellt werden, müssen alle Produkte Sicherheits- und Qualitätsstandards erfüllen. Diese Standards können sein IPC PCB-Normen, regionale Standards oder interne Standards, die für das Unternehmen oder für Sie als Kunden gelten.

Benötigen Sie eine ISO-Zertifizierung? Wer wird UL-, ETL- und andere Prüfungen durchführen? Wer wird diese Tests durchführen und wo werden sie stattfinden?

Designfehler für DFM-Prüfungen

Randspalte

PCB-Randabstand gemäß DFM-Richtlinien

Bezieht sich auf die Nähe zum Rand der Leiterplatte, d.h. auf den Bereich, der an den äußeren Rand angrenzt. Ein umsichtiges Design erfordert die Zuweisung eines reservierten Bereichs innerhalb dieses Raums. Bedauerlicherweise unterschätzen Designer diese Überlegung häufig, was zu potenziellen Problemen mit Schutzbeschichtungen beim Schneiden der Leiterplatte führt. Dieses Versäumnis kann dazu führen, dass diese Beschichtungen entfernt werden, wodurch die Kupferschicht aufgrund des unzureichenden Schutzes anfällig für Korrosion wird. Dieses Dilemma kann jedoch behoben werden, indem der erforderliche Randabstand in das Design integriert wird.

Um die oben genannten Bedenken zu entkräften, wird empfohlen, zusätzliche Abmessungen für die Schutzbeschichtung sowohl auf den äußeren als auch auf den inneren Lagen der Leiterplatte vorzusehen. Für die äußeren Lagen wird eine zusätzliche Beschichtungsfläche von 0,010 Zoll empfohlen, während für die inneren Lagen ein größerer Spielraum von 0,015 Zoll für die Beschichtungsfläche vorgeschlagen wird. Durch die Berücksichtigung dieser spezifischen Randabstände wird sichergestellt, dass das Leiterplattendesign widerstandsfähig gegen potenzielle Probleme bei der Entfernung der Beschichtung bleibt, die Integrität der Kupferschicht gewahrt bleibt und das Korrosionsrisiko minimiert wird.

Säurefalle

pcb dfm Checkliste Säurefalle

Um das Problem der Säurefallen auf Leiterplatten zu lösen, ist es wichtig, das Layout der Verdrahtung und die Ursache für die Bildung von Säurefallen zu verstehen. Auf Leiterplatten entstehen Leiterbahnen durch einen Ätzprozess. Während dieses Prozesses können sich saure Lösungen oder Ätzmittel an den Ecken der Leiterbahnen ansammeln und den reibungslosen Fluss beim Eintauchen behindern. Dies kann zu Bereichen führen, in denen die Flüssigkeit stagniert, was als "Säurefallen" bezeichnet wird. Eine unzureichende Reinigung der Säurereste oder der Lösung in diesen Fallen kann nach dem Waschen zu Problemen führen, wie z.B. Überätzung, was zu offenen Schaltkreisen oder anderen Schäden führt. Da die modernen Fertigungstechniken immer weiter fortschreiten und die Anforderungen an dünnere Leiterbahnen zunehmen, sind die Auswirkungen von Säurefallenproblemen noch deutlicher geworden. Um dieses Problem zu entschärfen und die Wirksamkeit der Technologie zu gewährleisten, sollten Sie die folgenden Designmaßnahmen in Betracht ziehen:

  • Vermeiden Sie spitze Winkel bei Spurenecken und streben Sie Winkel von mindestens 90 Grad an, da scharfe Winkel oft für die Bildung von Säurefallen verantwortlich sind.
  • Wenn Leiterbahnen gebogen oder mit anderen Bereichen verbunden werden müssen, sollten Sie Fasen oder Abschrägungen einbauen, um Säurefallen zu vermeiden.
  • Nutzen Sie DFM-Tools, um potenzielle Probleme mit Säurefallen zu identifizieren und Empfehlungen zur Verbesserung Ihres Designs zu erhalten.

Fehlen einer Lötmaske oder eines Overlays

Bei der Entwicklung von Schaltkreisen kommt eine entscheidende Schicht ins Spiel: die Lötmaske oder das Overlay. Ihre Rolle bei der Verhinderung unerwünschter Kontakte zwischen Pads und anderen metallischen Komponenten kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Das Fehlen dieser Schutzschicht stellt ein erhebliches Risiko dar, da es zu einem versehentlichen Kontakt zwischen Pads kommen kann und die Gefahr eines Kurzschlusses auf der Leiterplatte besteht. Um solche Komplikationen zu vermeiden, ist die Integration der Schutzschicht in die Designprotokolle und die Einbindung in den Produktionsablauf von größter Bedeutung. Dieser strategische Ansatz stellt sicher, dass die Schutzschicht unabhängig davon, ob es sich um umfangreiche oder kompakte Leiterplatten handelt, stabil eingebaut wird und somit potenzielle Rückschläge und Verluste vermieden werden.

Optimieren der Via-Platzierung

In Szenarien, in denen räumliche Beschränkungen eine Rolle spielen, besteht eine strategische Lösung in der sinnvollen Hinzufügung von Durchkontaktierungen, um wertvollen Raum freizugeben. Durchkontaktierungen dienen dazu, Verbindungen oder Wege über verschiedene Schichten der Leiterplatte herzustellen. Allerdings ist ein Wort der Vorsicht angebracht, denn dieser Ansatz könnte unbeabsichtigt dazu führen, dass das Lot von der Leiterplatte weggezogen wird, wodurch die Bestückbarkeit der Leiterplatte gefährdet und die Wirksamkeit des Lötens untergraben wird. Das Reich der PCB-Durchkontaktierungen bietet eine Reihe von Optionen, die eine bewusste Einschätzung der Notwendigkeit und eine kluge Auswahl des am besten geeigneten Typs erfordern. Die unsachgemäße Auswahl und der übermäßige Einsatz von Durchkontaktierungen kann sich als kontraproduktiv erweisen und die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit der Leiterplatte beeinträchtigen.

The spectrum of vias encompasses varied options, including microvias, blind vias, and buried vias. The integration of these vias merits careful consideration, factoring in the unique exigencies of your design. While these advanced via types hold utility in specific contexts, a discerning evaluation of their applicability is indispensable to align vias with the design’s requisites effectively.

Faktoren, die das Design für die Fertigung beeinflussen

The objective of PCBA DFM is to reduce manufacturing costs without compromising performance. In addition to the points mentioned above, there are other factors that can impact design and assembly.

  • Reduzieren Sie Teile: Dies ist eine einfache Möglichkeit, die Herstellungskosten für PCBAs zu senken. Die Verwendung von weniger Materialien reduziert den Bedarf an technischen Eingriffen, verkürzt die Produktionsprozesse, senkt den Arbeitsaufwand und reduziert möglicherweise sogar die Versandkosten.
  • Standardisieren Sie Elemente: Kundenspezifische Teile kosten Zeit und Geld. Es ist besser, die Abmessungen und Formen von Leiterplatten zu standardisieren, die für verschiedene Geräte verwendet werden können, oder Leiterplatten zu entwerfen, die je nach den installierten Komponenten mehrere Funktionen erfüllen können.
  • Implementieren Sie modulare Baugruppen: Der Aufbau auf kommerziellen Modulen und nicht kundenspezifischen Designs ermöglicht reibungslosere und kostengünstigere Produktänderungen.
  • Einfach zu verbinden: Minimieren Sie den Bedarf an zahlreichen PCB-Anschlüsse, was die Kosten erhöhen kann. Entscheiden Sie sich bei Bedarf für handelsübliche Verbinder. Verwenden Sie nach Möglichkeit Standard-Verbindungsstücke, verwenden Sie selbstschneidende Schrauben für eine schnellere Platzierung und vermeiden Sie übermäßig lange oder dicke Schrauben, geteilte Unterlegscheiben, Gewindelöcher, Spezialköpfe und solche, für die spezielle Werkzeuge benötigt werden.
  • Anschluss-Alternativen: Während die oben genannten Punkte Optimierungslösungen für Konnektoren bieten, sollten Sie Alternativen in Betracht ziehen, wie z.B. Hartflex-Leiterplatte. Obwohl sie in der Herstellung teurer sind, bieten sie bessere Funktionen und senken die Gesamtkosten des Projekts.

Wir würden uns freuen, von Ihnen zu hören