Дизайн для производства печатных плат

Перейти к:
Что такое дизайн для производства?
Какова цель DFM?
Факторы DFM
Как дизайн для производства превращается в компоновку печатной платы
Проверки DFM от Millennium Circuits Limited

Дизайн для производства печатных плат

В производственном и коммерческом секторах огромное количество машин использует печатные платы или печатные платы. Точно так же возможности печатных плат делают устройства, которые потребители используют ежедневно, реальностью.

Поскольку при разработке и производстве печатных плат так много поставлено на карту, крайне важно обеспечить максимальную эффективность производства. Однако для того, чтобы это произошло, все стороны, участвующие в стадии проектирования и производственного процесса, должны находиться в постоянном контакте, чтобы воплотить идею продукта в жизнь. Именно здесь вступает в игру концепция, известная как проектирование для производства, и ее последовательность шагов.

Что такое дизайн для производства?

Проектирование для производства (DFM) — это процесс, который позволяет производителям исследовать конструкцию продукта по ряду категорий, чтобы оптимизировать его размеры, материалы, допуски и функциональность с помощью наиболее эффективных из возможных производственных средств. С помощью DFM сертифицированные подрядчики тщательно изучают каждую идею нового продукта в ряде областей, чтобы найти наилучшие размеры, материалы и производственные процессы для имеющихся продуктов.

Производители, которые хотят одновременно сократить накладные расходы и улучшить качество продукции, используют DFM. DFM также позволяет находить альтернативные методы производства изделий в короткие сроки. Например, если компании нужен продукт только в небольших количествах, было бы расточительно устанавливать дорогостоящий высокотехнологичный арсенал формовочных устройств для производства этого продукта ограниченным тиражом.

В то же время для этого продукта могут потребоваться уникальные измерения, которые было бы трудно произвести без обычного промышленного арсенала. DFM помогает производителям находить альтернативные методы, которые могут сэкономить деньги, такие как методы термоформования для деталей, для которых в противном случае потребовались бы отдельные формовочные полости.

DFM также помогает производителям улучшать уже существующие конструкции. Если компания в прошлом производила продукт массово и теперь планирует запустить его обратно в производство, на этот раз она может сэкономить деньги, пересмотрев первоначальный дизайн и процессы, использованные для его превращения в продукт. Если они решат, что какие-либо из предыдущих шагов являются расточительными, они могут исключить их из процесса.

Какова цель DFM?

Цель DFM — устранить некогда распространенное недопонимание между дизайнерами и производителями. В прошлые десятилетия две стороны часто вступали в конфликт из-за взаимного непонимания. В типичном сценарии дизайнер задумал бы продукт с набором размеров и списком материалов. Затем дизайнер отправлял план и эскизы производителю, задачей которого было запустить дизайн в производство. Если они обнаружат какие-либо проблемы в конструкции, дизайнер предоставит производителю возможность исправить эти проблемы.

С точки зрения проектировщика, ответственность за действия, происходившие после этапа проектирования, включая модификации, ложилась на производителя. Проблема в том, что производитель обычно не разбирался в тонкостях процесса проектирования, но знал, когда определенные размеры или материалы были либо непрактичными, либо невозможными. В подобных случаях производство иногда задерживалось из-за внесения изменений в дизайн в последнюю минуту, что часто обходилось дорого для вовлеченных сторон. Иногда производители все равно запускали проекты в производство, несмотря на недостатки, риск брака продукта и неудовлетворенность клиентов.

С DFM Engineering специалисты всех этапов проектирования, разработки и производства работают вместе на каждом этапе пути. Вместе они образуют объединенную команду, в которой инженеры из каждого отдела слышат мнения и отзывы друг друга в режиме реального времени по мере разработки, тестирования и отправки продуктов на доработку. DFM экономит деньги и время, помогая компаниям почти сразу выявлять недостатки конструкции и исправлять их задолго до того, как производственная группа приступит к производству.

Команды разработчиков и разработчиков, использующие DFM, также включают в себя информацию от сторон, не связанных с производственным процессом, таких как покупатели, поставщики и юристы. После окончательной разработки дизайна продукта компании потратят лишь часть общего производственного бюджета, но дизайн будет определять большую часть затрат на продукт. Таким образом, производители слишком много рискуют, когда берут на себя обязательства по выпуску продукта.

С помощью DFM компании могут устранять ошибки, которые могут привести к дорогостоящим простоям производства и потерям тиражей, благодаря совместному контролю инженеров из каждого отдела, участвующего в процессе. DFM также помогает производителям избежать сценариев, при которых дефектные продукты выпускаются для широкой публики, что приводит к внезапным дефектам, жалобам клиентов, многочисленным судебным искам и другим фиаско PR, которые могут нанести ущерб репутации бренда в глазах потребителей.

Факторы DFM

Шаги DFM включают следующую последовательность для определения процесса, дизайна, материала, окружающей среды и соответствия данного продукта.

1. Производственный процесс

Первая часть DFM заключается в определении правильных типов производственных процессов для рассматриваемого продукта. Когда вам нужно произвести продукт в определенном количестве, процесс должен отражать объем производства и количество штампов, запланированных на тираж.

Чтобы определить наилучший производственный процесс для данного продукта, вы должны учитывать такие факторы, как размер продукта и материалы, необходимые для его производства. Учитывайте также этапы, которые необходимо выполнить на поверхности продукта, и потребуются ли какие-либо второстепенные этапы помимо основных этапов сборки.

2. Дизайн продукта

Следующей частью DFM является изучение дизайна продукта и определение того, будут ли спецификации соответствовать готовому продукту, или вам нужно внести какие-либо дополнительные изменения, прежде чем вы начнете производство. Цель этого шага — исправить возможные проблемы с дизайном предыдущего запуска и сделать производство более плавным и эффективным на этот раз.

Если вы пересматриваете существующий дизайн, убедитесь, что изменения соответствуют фундаментальным принципам дизайна. Обязательно обсудите все подобные решения в этой области с вашим контрактным производителем, так как это поможет вам гарантировать, что ваше предстоящее производство будет работать в соответствии с принципами производства данного продукта.

3. Материал продукта

Еще одним важным аспектом DFM является определение того, какие материалы необходимы для рассматриваемого продукта. В зависимости от формы, размера и предполагаемого использования продукта необходимо учитывать различные факторы, такие как прочность, текстура и тепловые свойства, необходимые для материала или продукта.

На этом этапе вам нужно будет проконсультироваться с контрактным производителем, чтобы убедиться, что выбранные материалы соответствуют требованиям для производства. Если вы имеете в виду определенный материал, вам необходимо знать, будет ли этот материал выдерживать нагрев и проводить электричество, поскольку эти факторы могут привести к поломке продукта.

4. Возможная среда

Прежде чем окончательно определиться с процессом, дизайном и материалом продукта, вам необходимо изучить условия, в которых потребители будут его использовать. Как только вы определите, какое влияние эта среда может оказать на материал и форму продукта, вы должны определить, будет ли достаточно трех предыдущих вариантов DFM.

Примеры дизайна для производства включают рассмотрение того, как и где потребители будут использовать ваш продукт. Если вы разрабатываете продукт для использования на открытом воздухе в течение всего года, материалы должны быть в состоянии выдерживать весь диапазон температур окружающей среды и погодных условий. Если пользователи будут устанавливать продукт на другие объекты, конструкция должна учитывать различные настройки.

5. Тестирование/Соответствие

Заключительный этап DFM заключается в определении того, будут ли конструкция и материалы для рассматриваемого продукта соответствовать стандартам безопасности и качества различных организаций, которые имеют право голоса в этом вопросе. Это может определить сторонний испытательный центр, сертифицированный по стандарту ISO. Нейтральный производственный аналитик должен наблюдать за тестированием.

Различные организации могут иметь стандарты, которые повлияют на вашу способность продвигать дизайн в его текущем состоянии. Например, нормативные правила на государственном, федеральном или международном уровнях могут считать ваш продукт небезопасным в его существующей конфигурации. Продукт может не соответствовать кодексу предполагаемой отрасли. Дизайн продукта может даже не соответствовать стандартам безопасности вашей компании.

Распространенные ошибки дизайна

При проектировании и производстве печатных плат использование DFM может устранить следующие ошибки.

1. Зазор по краям

Одна из самых серьезных ошибок, которую производитель может допустить при проектировании печатной платы, заключается в том, что он не допускает достаточного зазора по краям. Эта проблема может быть проблематичной для меди вдоль края печатной платы, так как медь может подвергаться коррозии, если на ней отсутствует защитное покрытие. Если вы проектируете печатную плату без учета этого допуска, покрытие может быть удалено во время окончательной резки.

К счастью, вы можете легко исправить проблемы с допуском на края, если добавите необходимый зазор в конструкцию платы. Для внешних слоев печатной платы покрытие должно составлять всего 0,010 дюйма от конструкции. Для внутренних слоев покрытие должно требовать дополнительных 0,015 дюйма к конструкции.

2. Создание кислотных ловушек

Кислотные ловушки могут быть повторяющейся проблемой в конструкциях печатных плат, которые не учитывают эту проблему. Чтобы избежать этой возможности, никогда не проектируйте угловые дорожки под острыми углами. Например, угол 45 градусов гораздо предпочтительнее, чем угол 90 градусов. Последнее может сделать печатную плату уязвимой для кислотных ловушек, тогда как первое, как правило, не подвержено этой проблеме. Всегда дважды проверяйте все углы трасс после завершения трассировки, чтобы убедиться, что ни одна из соединенных трасс не создала кислотных ловушек.

3. Сложный макет платы

Если вы столкнетесь с ситуацией, когда ваша плата станет сложной, вам следует переосмыслить дизайн и создать более рациональный план, в котором вы можете организовать все необходимые компоненты на одной стороне. Ошибка некоторых проектировщиков печатных плат заключается в том, что они размещают несколько элементов на обратной стороне платы, чтобы освободить место на основной стороне.

Когда вы размещаете компоненты с обеих сторон печатной платы, это увеличивает стоимость производственного процесса. Кроме того, добавление компонентов на другую сторону печатной платы создает множество сложностей для производителя.

4. Нет паяльной маски между контактными площадками

При проектировании печатных плат паяльная маска является одним из наиболее важных элементов любой печатной платы, поскольку она предотвращает контакт между медью и другими металлами. Без паяльной маски между контактными площадками между отрицательными металлами может образоваться контакт, что приведет к неожиданному короткому замыканию.

Чтобы убедиться, что каждая печатная плата имеет достаточную паяльную маску, включите это в правила проектирования для всех ваших печатных плат. Таким образом, не должно возникнуть проблем с нанесением паяльной маски при преобразовании настроек большой печатной платы в печатную плату меньшего размера.

5. Размещение переходных отверстий в контактных площадках

Если на вашей печатной плате мало места, у вас может возникнуть соблазн добавить переходные отверстия, чтобы освободить место. Однако это может ослабить монтажные возможности печатной платы из-за отвода припоя от платы, что сделает процесс пайки неэффективным. Несмотря на то, что опция vias может быть полезна в определенных обстоятельствах, используйте ее только при необходимости. То же самое верно для микро, глухих и скрытых переходных отверстий.

Как проектирование для производства преобразуется в компоновку печатной платы

При проектировании печатных плат принципы DFM помогают производителям сохранять все проектные спецификации в функциональной компоновке, независимо от размера рассматриваемой печатной платы. При включении компонентов одной платы в печатную плату меньшего размера может быть сложно установить детали на место и избежать таких проблем, как кислотные ловушки и проблемы с зазором по краям. DFM помогает избежать этих проблем до запуска платы в производство.

С DFM Engineering сертифицированные производители проверяют конструкцию печатной платы, чтобы убедиться, что ее размеры достаточны для предполагаемых целей печатной платы. Они также изучают конструкцию платы, чтобы убедиться, что она будет работать в предполагаемых условиях. Например, если плата будет использоваться в оборудовании, выделяющем огромное количество тепла, в конструкцию печатной платы должны быть включены компоненты и защитные элементы, способные противостоять этим условиям.

Процесс DFM также гарантирует, что дизайн печатной платы не будет одобрен для производства, если он не пройдет серию тестов по стандартам. Например, если печатная плата легко выходит из строя в ряде вероятных условий работы, разработчику потребуется доработать плату дополнительными компонентами, пока она не сможет справиться с задачами соответствующих устройств.

В производстве печатных плат принципы DFM идут рука об руку с проектированием для изготовления, которое охватывает вопросы изготовления и то, как это применимо к печатной плате.

Проверки DFM от Millennium Circuits Limited

Когда дело доходит до проверок конструкции и испытаний на соответствие, вы должны обратиться за помощью к объективной, квалифицированной третьей стороне. В Millennium Circuits Limited мы проводим DFM-анализ конструкций и прототипов печатных плат для выявления дефектов и других проблем. Свяжитесь с MCL сегодня, чтобы узнать, как мы можем помочь вам улучшить ваши печатные платы перед их запуском в производство.