PCB DFM-Richtlinien - Design for Manufacturing

DFM kommt von dem Akronym des Wortes "Design für die Fertigung" und kann auch ersetzt werden durch DFMA (Design for Manufacturing and Assembly) bedeutet, ein Design zu entwerfen, das die Prozesse in der Herstellungsphase eines Geräts erleichtert.

Der Hauptzweck von PCB DFM besteht darin, die Herstellung von Produkten auf die bestmögliche Weise und zu den niedrigsten Kosten zu ermöglichen, was eine Reihe von Überlegungen einschließt, wie zum Beispiel:

Suche nach einer vereinfachten PCB-Montagedie leicht und einfach zu entwerfen und herzustellen ist;
Treffen Sie eine Auswahl geeigneter Materialien, die die Aufgabe gut erfüllen, aber nicht die teuersten sind;
Verwenden Sie Formen und Designs, die die Verwendung von Rohstoffen optimieren und das Produkt so veredeln, dass es seine ästhetischen Details beibehält.

Fünf Stufen des DFM bei PCB

Es gibt fünf DFM-Prozesse die Sie bei der Arbeit an einem PCB- oder PCBA-Projekt im Auge behalten sollten, sind diese Phasen:

Zyklus der Nutzung: Dies ist die Art und Weise, wie die Menschen das Produkt verwenden werden und umfasst auch die PCB Montageprozesswelche Schritte erforderlich sind, welche Werkzeuge benötigt werden und wie die Montage so schnell und einfach wie möglich durchgeführt werden kann.
Gestaltung: Dazu gehören der Entwurf der elektronischen Schaltung, der Entwurf der Leiterplatte, die Platzierung der Anschlüsse, die Eignung der Position der Anschlüsse und die Rücksprache mit dem Industriedesigner, um zu wissen, wo die Anzeigen, Steuertasten, Anschlüsse und Kabel, die zur und von der Leiterplatte führen, platziert werden sollen.
Material: Hier legen Sie fest, ob das Material besondere Bedingungen erfordert, wie z.B. schwereres Kupfer (üblicherweise 1 oz oder 2 oz) oder Dicken für das Leiterplattensubstrat (z.B. FR4 oder Aluminium) oder dessen Dicke, denn es gibt Leiterplatten mit Dicken von 0,4 mm bis 2 mm (das sind nicht die einzigen), je nach Anwendung, z.B. erfordern einige HF-Designs Leiterplatten mit kleineren Dicken.
Umwelt: Die Umweltanforderungen können roHS-Zertifizierungen beinhalten, bleifreie PCB-Bestückung Zertifizierungen, Zertifizierungen zur Begrenzung der elektromagnetischen Emission und der elektromagnetischen Störfestigkeit, wie z.B. FCC, sowie andere spezielle Zertifizierungen, die für die Verwendung des Geräts je nach Einsatzumgebung gelten.
Konformität/Prüfung und Kalibrierung: Auch die Tests oder Analysen, denen die Leiterplatte vor dem Zusammenbau unterzogen wird, müssen festgelegt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn die Leiterplatte groß ist, viele Komponenten enthält oder in der Herstellung so teuer ist, dass die Tests sicherstellen, dass keine fehlerhaften Elemente aus elektronischer Sicht übersehen werden. Diese Tests können auch mit Labortests verbunden sein PCB-Tests die darauf abzielen, eine der bereits beschriebenen Zertifizierungen zu erlangen.

Der Prozess sollte in den frühen Phasen des Entwurfs stattfinden, noch lange bevor die Erstellung von Skizzen beginnt, kann man sagen, dass PCB-Design für die Fertigung sollten gemeinsam mit der Idee des zu entwerfenden Geräts beginnen und vor allem verstehen, wie es vom Kunden verwendet werden soll.

Um zu funktionieren und effektiv zu sein, muss es alle am Design for Manufacturability-Prozess beteiligten Parteien einbeziehen: Elektronikingenieure, PCB-Designer, Industriedesigner, PCB-Hersteller, Formenbauer und Materiallieferanten. Das DFM muss "funktionsübergreifend" sein, d.h. es ist wichtig, einen umfassenden und klaren Überblick über den Designprozess auf allen Ebenen zu haben: Komponenten, Funktionsblöcke, Systeme und Montage, um sicherzustellen, dass das Design so konzipiert ist, dass es keine unnötigen Kosten verursacht.

Eine frühzeitige PCB DFM-Regel reduziert die Kosten für gewünschte Änderungen während des Designprozesses. Je weiter das Design im Laufe des Produktentwicklungszyklus fortschreitet, desto kostspieliger werden Änderungen und desto schwieriger ist es, sie zu implementieren (diese Schwierigkeit macht solche Änderungen kostspielig). Ein gut geplantes und ausgeführtes DFM ermöglicht es, Designänderungen schnell und an der am wenigsten kostspieligen Stelle durchzuführen.

Wenn Sie ein neues Produkt entwickeln, ist es einfacher, die an der Produktentwicklung beteiligten Interessengruppen bereits zu einem frühen Zeitpunkt in den Entwurfsprozess einzubeziehen. Aber auch wenn Sie eine zweite Version für ein bereits auf dem Markt befindliches Produkt entwickeln möchten, ist eine Vollständige Checkliste PCB-Design für die Fertigung ist notwendig. Allzu oft werden Fehler in einem Entwurf bei der Replikation eines früheren Entwurfs erneut gemacht. Hinterfragen und kritisieren Sie jeden Aspekt Ihres Entwurfs während dieses DFM-Prozesses.

Wenn Sie mit einem DFM-Prozess beginnen, versuchen Sie herauszufinden, welche Probleme auf Sie zukommen könnten, erstellen Sie eine Designsequenz, listen Sie die Probleme auf, die in jeder Phase auftreten könnten, und suchen Sie dann nach ähnlichen Produkten, analysieren Sie, wie Sie diese Probleme gelöst haben, und versuchen Sie, diese Lösung selbst umzusetzen.

Es kann hilfreich sein, mit Ihrem Elektronikentwickler oder Ihrem Leiterplattenentwickler zu sprechen und zu fragen, wie sie ähnliche Probleme bei früheren Designs gelöst haben.

Sie können sich auch an den Hersteller wenden, sowohl an den Leiterplattenhersteller als auch an den Gehäuselieferanten, oder sich an Ihren Industriedesigner wenden.

Fragen Sie sich immer, ob es einen Weg gibt, es besser zu machen.

Es ist besser, wenn Sie viel Zeit, Hingabe und Opfer in die Entwicklung eines guten DFM-Prozesses investieren, denn das wird sich beim späteren Leiterplattendesign auszahlen. PCB-Herstellungsprozess.

PCB DFM Checkliste

Zyklus von ues "Prozess"

Wenn Sie Prototypen bauen, brauchen Sie keine Materialien der Kategorie Luft- und Raumfahrt zu tragen oder PCB-Fertigung mit hohen Umweltzertifizierungen. Sie sollten auch nicht die Herstellung sehr komplexer Platinenformen verlangen, wenn Sie nur kleine Stückzahlen herstellen wollen. Es sei denn, das Design erfordert dies, denn es bedeutet den Bau von Werkzeugen und Formen für die Herstellung von Teilen in kleinen Mengen und erhöht die Kosten für PCB-Prototyping.

Sie muss die Menge der herzustellenden Teile, das zu verwendende Material, die Oberflächenbeschaffenheit, die geforderten Toleranzen und die Notwendigkeit von Sekundärprozessen berücksichtigen.

Gestaltung

Das Design ist das Rückgrat des Produktentwicklungsprozesses. Hier müssen Sie alle Bedingungen berücksichtigen, die erfüllt werden müssen. PCBA-Komponenten sollten nicht überdimensioniert sein, weder in den Abmessungen noch in der elektronischen Leistungsfähigkeit. Bei der Auswahl der Komponenten sollten Sie sich jedoch an den Standards für das elektronische Design orientieren, indem Sie Komponenten auswählen, die mindestens das Doppelte der Kapazität aushalten, für die sie eingesetzt werden.

Die Gleise sollten für die Stromstärke, die sie führen müssen, ausreichend groß sein. Signalgleise sollten so klein sein, dass sie keinen unnötigen Platz beanspruchen. Es sollten Maßtoleranzen festgelegt werden.

Platten, die eine automatische Montage durch Bestückungsautomaten erfordern, sollten mit einem Treuhänder versehen werden, um den Herstellungsprozess zu beschleunigen.

Sie sollten auch mit Ihrem Hersteller besprechen, ob Löcher für Werkzeuge erforderlich sind. Besprechen Sie das Design unbedingt mit Ihrem Vertragshersteller, der sicherstellen kann, dass Ihr Design den Grundsätzen der guten Herstellungspraxis entspricht. PCBA Fabrikation.

Materialien

Es ist wichtig, dass Sie das richtige Material für Ihr gedruckten Leiterplatte. DFM verlangt von Ihnen, dass Sie einige Aspekte des zu verwendenden Materials überprüfen, wie z.B:

Mechanische Eigenschaften: Wie stark soll das Material sein?

Farbe: Soll die Schweißmaske eine bestimmte Farbe haben? Der Siebdruck sollte im Allgemeinen mit der Maske kontrastieren.

Thermische Eigenschaften: Wie hitzebeständig sollte es sein?

Elektrische Eigenschaften: Leitet das Board große Mengen an Strom? Wird es große Mengen an Spannung geben? Bei Stromberechnungen muss die Dicke der Leiterbahnen berücksichtigt werden, bei Spannungsberechnungen der Abstand zwischen den Leiterbahnen.

Entflammbarkeit: Wie schwer entflammbar sollte das Material sein?

Wie hoch ist die erforderliche Dicke? Welche Art von Trägermaterial soll verwendet werden? Ist es besser, FR4 zu verwenden oder muss es Wärme ableiten? Dann ist es besser, Aluminium zu verwenden.

Auch hier sollten Sie mit Ihrem Leiterplattenhersteller besprechen, welche kompatiblen Materialien er auf Lager hat, so dass Sie sich ein günstigeres Material sichern können.

Environment

Ihr Produkt muss so konzipiert sein, dass es der Umgebung, der es ausgesetzt wird, standhält.

Wird das Board in einer feindlichen Umgebung eingesetzt? Vibrationen? Wird es hohen Temperaturen ausgesetzt sein? Wird es der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein? Kann es in Umgebungen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt arbeiten? Ist es für den Einsatz in entflammbaren Umgebungen vorgesehen?

Prüfung der Einhaltung der Vorschriften

Abgesehen von einigen Prototypen, die in geringen Mengen hergestellt werden, müssen alle Produkte Sicherheits- und Qualitätsstandards erfüllen. Manchmal sind diese IPC PCB-NormenManchmal handelt es sich um regionale Standards, und manchmal sind es interne Standards, die für das Unternehmen oder für Sie als Kunden gelten.

Benötigen Sie eine ISO-Zertifizierung?, wer wird die UL-Prüfung, ETL usw. durchführen? Wer wird diese Tests durchführen und wo werden sie durchgeführt?

Faktoren, die das Design für die Fertigung beeinflussen

Das Ziel von PCBA DFM ist es, die Herstellungskosten zu senken, ohne die Leistung zu verringern. Zusätzlich zu den oben genannten Punkten gibt es noch andere Elemente, die sich auf das Design und die Montage auswirken können.

Reduzieren Sie die Gesamtzahl der zu verwendenden Teile

Dies ist der einfachste Weg, die Kosten für die Herstellung von PCBAs zu senken, denn wir benötigen weniger Material, der Einsatz von Ingenieuren ist geringer, die Produktionsprozesse sind kürzer, die Zahl der Arbeitskräfte ist geringer und sogar das Gewicht könnte die Versandkosten senken.

Vereinheitlichen Sie die Verwendung der Formen der Teile und Materialien

Die Herstellung kundenspezifischer Teile erfordert Zeit und Geld. Es ist besser, die Abmessungen und Formen von Leiterplatten zu standardisieren, die Sie in verschiedenen Geräten verwenden können, oder Entwürfe zu erstellen, die je nach den darauf installierten Komponenten verschiedene Funktionen erfüllen können, eine einzige Leiterplatte, die mehrere Funktionen erfüllen kann.

Verwenden Sie modulare Baugruppen

Wenn Sie Ihre Produktion auf handelsübliche Module und nicht kundenspezifische Designs stützen, können Sie das Produkt problemlos und zu geringeren Kosten modifizieren.

Design für den einfachen Anschluss Ihrer PCBs

Es ist immer besser, wenn Sie ein Design entwerfen können, bei dem Sie nicht eine große Anzahl von PCB-Anschlüsse da diese den Preis erhöhen. Wenn dies jedoch der Fall ist, sollten Sie handelsübliche Stecker verwenden.

Beschränken Sie Menge und Größe auf ein Minimum;
Verwenden Sie so oft wie möglich Standardstecker;
Verwenden Sie selbstschneidende Schrauben für eine schnellere und bessere Platzierung;
Vermeiden Sie zu lange oder zu dicke Schrauben, geteilte Unterlegscheiben, Gewindelöcher, Spezialköpfe und Köpfe, die Spezialwerkzeuge erfordern.

Obwohl es sich bei den oben genannten Punkten um Optimierungslösungen für Steckverbinder handelt, sind sie dennoch nicht zu empfehlen. Derzeit ersetzen mehr und mehr Elektronikhersteller Steckverbinder durch Starrflex-Leiterplatten. Obwohl es teurer ist als starre PCBs und flexible Leiterplatten in Bezug auf die Herstellungskosten, es bietet bessere Funktionen und reduziert die Gesamtkosten des Projekts.

Minimieren Sie die Neuausrichtung von Teilen während der Montage.

Die Leiterplatten sollten so gestaltet sein, dass während der Montage nur ein Minimum an manuellen Eingriffen erforderlich ist.

Verringern Sie die Anzahl der erforderlichen Schritte in Ihrem Herstellungsprozess

Je mehr Schritte Ihr Produktentwicklungsprozess umfasst, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehler auftritt. Solange die Prozesse einfach gehalten werden, treten weniger Fehler auf. Nehmen Sie nur die Prozesse auf, die für die Herstellung Ihres Produkts unerlässlich sind.

Definieren Sie akzeptabel

Konzentrieren Sie sich zunächst darauf, dass Ihr Board die Funktionen erfüllt, die es erfüllen soll, und machen Sie sich dann Gedanken über die Oberflächenqualität.

FS Technology hofft, dass diese Tipps über Design für die Fertigung kann Ihnen helfen, eine qualitativ hochwertige Leiterplatte zu erhalten, um die Kosten für die Endmontage zu senken.