Lignes directrices pour la conception des circuits imprimés en vue de la fabrication

Avoiding a premium for custom PCB is a primary concern, and understandably so. The overall manufacturing cost of PCBs encompasses various factors. Apart from fixed expenses like logistics, labor, and equipment, fluctuations are primarily driven by factors such as board dimensions, material selection, and process technology. These variables hinge upon the decisions made by engineers during the design phase.

To ensure seamless manufacturability of the circuit board design, minimize production expenses, enhance manufacturing efficiency, and uphold the ultimate product quality, the concept of Conception pour la fabrication emerged as a pivotal force in the PCB domain. In this comprehensive discourse presented by FS Technology, we will delve profoundly into this subject, equipping you to augment project profitability. Let’s commence this exploration.

What is Design for Manufacturing and What is it for?

Design for Manufacturing, an acronym for DFM, is an approach used to streamline the manufacturing process of circuit boards. Its main goal is to optimize dimensions, materials, tolerances, and functionality by employing the most efficient manufacturing methods available. This process should start in the early stages of conception, even before sketching begins. It’s important for PCB design for manufacturing to align with the device concept’s inception, with a primary focus on understanding how the customer will use it. Investing significant time, dedication, and effort into developing a robust DFM process will yield substantial benefits in later phases of PCB design.

Optimizing Component Costs

As the cornerstone of any circuit board, component costs are of significant concern. By partnering with FS Technology, a Entreprise de PCBA with an autonomous engineering team, leveraging DMFA (Design for Manufacturing and Assembly) facilitates the identification of optimal component alternatives, simplifying design and manufacturing while curbing approvisionnement en composants expenses.

Design Upgrade

Connecting with manufacturers, including printed circuit board manufacturers and casing suppliers, or seeking advice from industrial designers can prove highly effective. Continuously asking questions like ‘Can this be improved?’ and discussing how your electronic or PCB designers have addressed similar issues in previous designs can offer valuable insights. When initiating the DFM process, make an effort to anticipate potential challenges, establish a design sequence, outline potential obstacles at each juncture, and then explore similar products. Analyze how similar issues were resolved in these cases and strive to implement analogous solutions.

Fostering Collaboration

PCB design for manufacturability involves defining responsibilities for both manufacturers and customers. This allows manufacturers to address and resolve design-related issues, preventing flawed board production due to factors like delivery schedules and reducing conflicts between manufacturers and customers. To achieve optimal functionality, it’s crucial to engage all stakeholders in the design for manufacturability process. This includes electronic engineers, PCB designers, industrial designers, PCBA manufacturers, mold makers, and material suppliers. DFM check PCB requires a ‘cross-functional’ approach, which means having a comprehensive understanding of the design process at different levels: components, functional blocks, systems, and assembly. This approach ensures that the design is created without incurring unnecessary costs. Collaboration across departments, bringing together different segments to collectively discuss PCB production, guarantees timely identification and resolution of defects before major issues arise.

Cost-Efficient

Implementing an early PCB DFM rule significantly reduces expenses associated with requested alterations during the design phase. As the design evolves throughout the product development cycle, making changes becomes progressively more expensive and challenging due to their increasing complexity. DFM helps engineers identify materials that strike a balance between optimal performance and cost-effectiveness, thus avoiding unnecessary costs. One of DFM’s key features is integrating designs that maximize the utilization of raw materials while enhancing the product’s aesthetic intricacies. Importantly, DFM contributes to optimizing the manufacturing process, allowing for the re-evaluation of previous projects and the elimination of unnecessary steps in the production pipeline.

Restoration Design

Enlisting the collaboration of stakeholders in the product development process at the outset is simpler when developing a new product. Nevertheless, even when contemplating a subsequent iteration of an existing market product, a comprehensive PCB design for manufacturing checklist remains indispensable. Regrettably, design errors often recur during replication of a previous design. Scrutinize and question every facet of your design during the DFM process.

PCB Design For Manufacturing Checklist​

Usage Cycle

Thoroughly analyzing how users will interact with the product is crucial. This involves meticulous planning of the Processus d'assemblage des PCB to ensure efficient assembly steps and optimal tool utilization. Deciding on the appropriate soldering method (such as surface mount technology or through-hole soldering), determining the optimal component placement orientation, refining routing, and ensuring both assembly speed and quality are all essential considerations. Incorporating automated equipment can enhance assembly speed, and strategic layout optimization can reduce assembly errors.

When building prototypes, there’s no need to use materials with aerospace-level requirements or opt for fabrication with high environmental certifications. Similarly, complex board shapes aren’t necessary if you’re producing small quantities. Unless the design explicitly demands it, as it involves creating tools and dies for manufacturing low-volume parts, which increases the cost of Prototypage de PCB.

It’s important to consider factors like the quantity of parts to be manufactured, the choice of materials, required finishes, tolerances, and the need for secondary processes.

Conception

The design phase forms the backbone of the product ideation process, requiring consideration of all necessary conditions. This stage encompasses electronic circuit design, Disposition du circuit imprimé, 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.

Tracks should be appropriately sized to handle the expected current load. Signal tracks should be compact to avoid unnecessary space consumption. Precise dimensional tolerances should be defined.

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.

Matériaux

Here you define if the material requires special conditions, this could include considerations for heavier weight copper (commonly 1oz or 2oz), PCB substrate material thickness (e.g., aluminum or Matériau FR4), and overall board thickness, which varies from 0.4 mm to 2 mm depending on the application. For instance, RF designs might necessitate thinner PCBs. FS Technology strongly recommends referring to resources like the PCB copper thickness guide and related documents during the developmental phase. The PCB DFM guidelines examine various material aspects:

How strong should the material be?

Should the masque de soudure have a specific color? The silkscreen generally needs to contrast with the mask.

How heat-resistant does it need to be?

Will the board carry significant current? Will there be high voltage? Track thickness should be considered for current calculations, and gap spacing for voltage calculations.

How flame-resistant should the material be?

What thickness is required? What substrate material is best? Is FR4 suitable, or is better heat dissipation needed, possibly using aluminum?

Once again, ensure you discuss the material with your Fabricant de circuits imprimés, exploring their compatible inventory materials, which can help secure lower material costs.

Environment

Your product’s design must account for the environment it will be exposed to. Will the board be used in a harsh environment with vibrations, high temperatures, sun exposure, high humidity, or flammable atmospheres? This involves addressing potential issues like dust, humidity, and corrosion. Additionally, it’s crucial to assess whether the circuit requires features like high-frequency operation or miniaturization.

The manufacturer’s environmental certifications, including ROHS certification and electromagnetic interference resistance certification, should be thoroughly evaluated. Industries with specific attributes should also verify manufacturer qualifications, such as ISO13485 (médical) ou IATF16949 (automobile). Qualification Certification Download

Conformité/essais et étalonnage :

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.

À l'exception de certains prototypes produits en faible quantité, tous les produits doivent répondre à des normes de sécurité et de qualité. Ces normes peuvent être Normes IPC PCBIl s'agit de normes de qualité, de normes régionales ou de normes internes propres à l'entreprise ou à vous en tant que client.

Avez-vous besoin d'une certification ISO ? Qui se chargera des essais UL, ETL et autres ? Qui effectuera ces tests et où auront-ils lieu ?

Défauts de conception pour les contrôles DFM

Écart entre les bords

Dégagement des bords du circuit imprimé conformément aux directives DFM

Concerne la proximité du périmètre de la carte de circuits imprimés, englobant la région adjacente à son bord extérieur. Une conception prudente exige l'allocation d'une partie réservée dans cet espace. Malheureusement, les concepteurs sous-estiment souvent cette considération, ce qui entraîne des problèmes potentiels liés aux revêtements de protection pendant le processus de découpe des circuits imprimés. Cette négligence peut entraîner l'élimination de ces revêtements, ce qui rend la couche de cuivre vulnérable à la corrosion en raison d'une protection inadéquate. Néanmoins, il est possible de remédier à cette situation en incorporant le jeu de bord requis dans la conception.

Pour atténuer les problèmes susmentionnés, il est recommandé d'incorporer des dimensions supplémentaires pour le revêtement protecteur sur les couches externes et internes du circuit imprimé. Pour les couches externes, il est conseillé de prévoir une surface de revêtement supplémentaire de 0,010 pouce, tandis que pour les couches internes, il est suggéré de prévoir une surface de revêtement plus importante de 0,015 pouce. L'intégration de ces considérations spécifiques relatives à l'espacement des bords garantit que la conception du circuit imprimé reste résistante aux problèmes potentiels d'enlèvement du revêtement, sauvegardant l'intégrité de la couche de cuivre et minimisant le risque de corrosion.

Piège à acide

liste de contrôle pcb dfm piège à acide

Pour résoudre le problème des pièges à acide sur les circuits imprimés, il est important de comprendre la disposition du câblage et la cause sous-jacente de la formation de pièges à acide. Les circuits imprimés développent des traces par le biais d'un processus de gravure. Au cours de ce processus, des solutions acides ou des produits de gravure peuvent s'accumuler dans les coins des traces, empêchant un écoulement régulier pendant l'immersion. Il peut en résulter des zones où le liquide stagne, créant ce que l'on appelle des "pièges à acide". Un nettoyage inadéquat de l'acide résiduel ou de la solution dans ces pièges peut entraîner des problèmes après le lavage, tels qu'une gravure excessive, conduisant à des circuits ouverts ou à d'autres dommages. Avec l'évolution des techniques de fabrication modernes et l'augmentation de la demande de traces plus fines, l'impact des problèmes liés aux pièges à acide est devenu plus prononcé. Pour atténuer ce problème et garantir l'efficacité de la technologie, il convient d'envisager les mesures de conception suivantes :

  • Évitez les angles aigus dans les coins de traçage et optez pour des angles d'au moins 90 degrés, car les angles aigus sont souvent à l'origine de la formation de pièges à acide.
  • Lorsque les traces doivent être pliées ou reliées à d'autres zones, il convient d'envisager la mise en place de chanfreins ou de biseaux afin d'éviter les pièges à acide.
  • Utilisez les outils DFM pour identifier les problèmes potentiels liés aux pièges à acide et recevez des recommandations pour améliorer votre conception.

Absence de masque de soudure ou de recouvrement

Dans le processus de conception des circuits, une couche cruciale entre en jeu : le masque de soudure ou overlay. On ne saurait trop insister sur le rôle qu'il joue dans la prévention des contacts indésirables entre les plots et les autres composants métalliques. L'omission de cette couche protectrice présente un risque important, car elle peut entraîner un contact involontaire entre les pastilles et provoquer des incidents de court-circuit sur les circuits imprimés. Pour éviter de telles complications, il est primordial d'intégrer la couche protectrice dans les protocoles de conception et de l'intégrer dans le flux de production. Cette approche stratégique garantit que, qu'il s'agisse de circuits expansifs ou compacts, l'incorporation de la couche de protection reste inébranlable, ce qui atténue les revers et les pertes potentiels.

Optimisation du placement des via

Dans les scénarios où des contraintes spatiales entrent en jeu, une solution stratégique consiste à ajouter judicieusement des vias pour libérer un espace précieux. Les vias servent de conduits pour établir des connexions ou des chemins à travers les différentes couches du circuit imprimé. Il convient toutefois d'être prudent, car cette approche peut entraîner un éloignement involontaire de la soudure de la carte, ce qui compromet la facilité de montage du circuit imprimé et l'efficacité de la soudure. Le domaine de la Vias du circuit imprimé offre un large éventail d'options, ce qui nécessite une évaluation délibérée de la nécessité et un choix astucieux du type le plus approprié. Une mauvaise sélection et un déploiement excessif de vias peuvent s'avérer contre-productifs, érodant les performances et la fiabilité globales de la carte.

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.

Facteurs affectant la conception pour la fabrication

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.

  • Réduire les pièces : Il s'agit d'un moyen simple de réduire les coûts de fabrication des PCBA. L'utilisation de moins de matériaux réduit le besoin d'intervention de l'ingénieur, raccourcit les processus de production, diminue les besoins en main-d'œuvre et peut même réduire les coûts d'expédition.
  • Normaliser les éléments : Les pièces personnalisées prennent du temps et de l'argent. Il est préférable de normaliser les dimensions et les formes des cartes de circuits imprimés qui peuvent être utilisées sur différents appareils, ou de concevoir des cartes qui peuvent remplir plusieurs fonctions en fonction des composants installés.
  • Mettre en œuvre des assemblages modulaires : L'utilisation de modules commerciaux et de conceptions non personnalisées permet de modifier les produits plus facilement et de manière plus rentable.
  • Facile à connecter : Minimiser la nécessité d'un grand nombre de Connecteurs PCBce qui peut augmenter les coûts. Si nécessaire, optez pour des connecteurs commerciaux. Utilisez des connecteurs standard dans la mesure du possible, utilisez des vis autotaraudeuses pour une mise en place plus rapide et évitez les vis trop longues ou trop épaisses, les rondelles fendues, les trous filetés, les têtes spéciales et celles qui nécessitent des outils spécifiques.
  • Connecteurs alternatifs : Bien que les points ci-dessus offrent des solutions d'optimisation pour les connecteurs, il est recommandé de considérer des alternatives telles que PCB flexible rigide. Bien qu'ils soient plus coûteux à fabriquer, ils offrent des caractéristiques améliorées et réduisent les coûts globaux du projet.

Nous serions ravis de vous entendre