Otimizando Design de PCB para Fabricação: Estratégias-chave e Melhores Práticas

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O que é Design para Fabricação?
Qual o Propósito do DFM?
Os Fatores do DFM
Como Design para Fabricação se Traduz em Layout de PCB
Verificações DFM da Millennium Circuits Limited

Design para Fabricação de PCBs

 

Ao longo dos setores de fabricação e negócios, um vasto número de máquinas depende de placas de circuito impresso, ou PCBs. Da mesma forma, as capacidades de PCBs tornam os dispositivos que consumidores usam diariamente uma realidade.

Com tanto em jogo no design e fabricação de PCBs, é crucial implementar produção com eficiência máxima. Para que isso aconteça, no entanto, todas as partes envolvidas na etapa de design e processo de fabricação devem estar em contato constante para ver uma ideia de produto até sua frutificação. Aqui é onde o conceito conhecido como design para fabricação e sua sequência de etapas entram em jogo.

O que é Design para Fabricação?

Design para fabricação (DFM) é um processo que permite aos fabricantes examinar o design de um produto em uma série de categorias para otimizar suas dimensões, materiais, tolerâncias e funcionalidade através dos meios de fabricação mais eficientes possíveis. Com DFM, contratantes de produtos certificados examinam cada nova ideia de produto em uma gama de áreas para encontrar as melhores medidas, materiais e processos de fabricação para os produtos em questão.

Fabricantes que desejam simultaneamente reduzir overhead e melhorar qualidade do produto empregam DFM. DFM também torna possível encontrar métodos de fabricação alternativos para itens no curto prazo. Por exemplo, se uma empresa só precisa de um produto em pequenas quantidades, poderia ser desperdício configurar algum arsenal caro e de alta tecnologia de dispositivos de conformação para produzir esse item de produção limitada.

Ao mesmo tempo, aquele produto pode requerer medidas únicas que seriam difíceis de fabricar sem um arsenal industrial convencional. DFM ajuda fabricantes a encontrar métodos alternativos que podem economizar dinheiro, como métodos de conformação por calor para peças que de outra forma requereriam cavidades de moldagem separadas.

DFM também ajuda fabricantes a melhorar designs pré-existentes. Se uma empresa produziu em massa um produto no passado e agora planeja colocá-lo de volta em produção, pode economizar dinheiro desta vez reavaliando o design original e os processos usados para torná-lo um produto. Se determinarem que quaisquer das etapas anteriores envolvidas são desperdiciosas, podem eliminá-las do processo.

Qual o Propósito do DFM?

O propósito do DFM é eliminar a má comunicação uma vez comum entre designers e fabricantes. Em décadas passadas, as duas partes frequentemente entravam em conflito devido a mal-entendidos mútuos. Em um cenário típico, o designer conceberia um produto com um conjunto de medidas e uma lista de materiais. O designer então enviaria o blueprint e esboços ao fabricante, cuja tarefa era colocar o design em produção. Se encontrassem quaisquer problemas no design, o designer deixaria para o fabricante retificar estas questões.

Do ponto de vista do designer, as etapas que ocorriam após a etapa de design, incluindo modificações, eram responsabilidade do fabricante. O problema é que o fabricante geralmente não entenderia as complexidades do processo de design, mas saberia quando certas medidas ou materiais eram impraticáveis ou impossíveis. Em casos como estes, produções às vezes atrasavam para reformulações de design de última hora que frequentemente seriam custosas para as partes envolvidas. Às vezes, fabricantes apressavam os designs para produção de qualquer maneira, apesar das falhas e do risco de defeitos de produto e insatisfação do cliente.

Com engenharia DFM, especialistas de todas as etapas nos processos de design, desenvolvimento e produção trabalham juntos ao longo de cada passo do caminho. Juntos, eles formam uma equipe combinada onde engenheiros de cada departamento ouvem a entrada e feedback do outro em tempo real à medida que produtos são desenvolvidos, testados e enviados de volta para revisões. DFM economiza dinheiro e tempo ajudando empresas a pegar falhas de design quase imediatamente e retificá-las muito antes que a equipe de fabricação comece a produção.

As equipes de produto e desenvolvimento que empregam DFM também incluem entrada de partes fora do processo de fabricação, como compradores, vendedores e advogados. Após finalizar o design de um produto, empresas terão gasto apenas uma fração do orçamento geral de fabricação, ainda assim o design determinará a maioria dos custos do produto. Como tal, fabricantes têm muito em jogo quando se comprometem com um produto.

Com DFM, empresas podem eliminar erros que poderiam levar a paradas custosas em produção e corridas desperdiçadas, graças ao escrutínio cooperativo de engenheiros de cada departamento que tem mão no processo. DFM também ajuda fabricantes a evitar cenários onde produtos defeituosos são liberados ao público, resultando em defeitos abruptos, reclamações de clientes, múltiplos processos judiciais e outros fiascos de RP que poderiam danificar o nome de uma marca aos olhos dos consumidores.

Os Fatores do DFM

As etapas do DFM incluem a seguinte sequência para determinar o processo, design, material, ambiente e conformidade de um dado produto.

1. Processo de Fabricação

A primeira parte do DFM é determinar os tipos certos de processos de fabricação a usar para o produto em questão. Quando você precisa produzir um produto em uma certa quantidade, o processo deve refletir o escopo da produção e o número de prensagens planejadas para a corrida.

Para determinar o melhor processo de fabricação para um dado produto, você deve considerar fatores como o tamanho do produto e os materiais necessários para sua produção. Considere, também, as etapas que a superfície do produto requer, e se quaisquer etapas secundárias precisarão ocorrer além das etapas fundamentais de montagem.

2. Design do Produto

A próxima parte do DFM é examinar o design do produto e determinar se as especificações atenderão o produto finalizado, ou se você precisa fazer quaisquer mudanças adicionais antes de começar a produção. O propósito desta etapa é retificar possíveis problemas de design com a corrida anterior e fazer sua produção correr mais suavemente e eficientemente desta vez.

Se você revisar um design existente, certifique-se de que as modificações estão em consonância com princípios fundamentais de design. Certifique-se de discutir todas essas decisões nesta área com seu fabricante contratado, pois fazer isso ajudará você a garantir que suas próximas corridas de produção ocorram de acordo com os princípios de fabricação para o produto em questão.

3. Material do Produto

Outro aspecto crítico do DFM é determinar quais materiais são necessários para o produto em questão. Dependendo da forma, tamanho e uso pretendido do produto, você precisará levar em conta uma variedade de fatores, como a resistência, textura e propriedades térmicas requeridas para o material ou produto.

Durante esta etapa, você precisará consultar um fabricante contratado para garantir que os materiais escolhidos atendam aos requisitos para a produção em questão. Se você tem um certo material em mente, precisará saber se aquele material suportará calor e conduzirá eletricidade, pois estes fatores podem fazer ou quebrar o produto.

4. Ambiente Eventual

Antes de finalizar suas escolhas para o processo, design e material do produto, você precisará examinar os ambientes nos quais os consumidores o usarão. Uma vez que você determine os tipos de efeitos este ambiente poderia ter no material e na forma do produto, você deve então determinar se as três escolhas anteriores de DFM serão suficientes.

Exemplos de design para fabricação incluem considerar como e onde os consumidores usarão seu produto. Se você desenvolver um produto para uso externo durante todo o ano, os materiais precisarão ser capazes de suportar a gama completa de temperaturas ambientais e condições climáticas. Se usuários montarão o produto em outros objetos, o design precisará acomodar uma variedade de configurações.

5. Testes/Conformidade

A etapa final do DFM é determinar se o design e materiais para o produto em questão atenderão às normas de segurança e qualidade das várias entidades que têm voz no assunto. Uma instalação de testes terceirizada certificada ISO pode determinar isso. Um analista de fabricação neutro deve supervisionar os testes.

Várias entidades poderiam ter normas que impactarão sua capacidade de prosseguir com um design em seu estado atual. Por exemplo, regras regulatórias nos níveis estadual, federal ou internacional podem considerar seu produto inseguro em sua configuração existente. O produto pode não atender ao código de sua indústria pretendida. O design do produto pode até falhar em atender às normas de segurança de sua empresa.

Erros Comuns de Design

Durante o design e produção de PCBs, empregar DFM pode eliminar os seguintes erros.

1. Folga de Borda

Um dos erros mais significativos que um fabricante pode cometer com um design de PCB é não permitir folga de borda suficiente. Este problema pode ser problemático para cobre ao longo da borda de um PCB, pois o cobre pode corroer se carece de revestimento protetor. Se você projetar um PCB sem esta permissão em mente, o revestimento pode ser removido durante o corte final.

Felizmente, você pode facilmente retificar problemas de permissão de borda se adicionar a folga necessária no design da placa. Para as camadas externas de um PCB, o revestimento deve requerer apenas 0,010" adicionais ao design. Para as camadas internas, o revestimento deve necessitar apenas 0,015" adicionais ao design.

2. Criando Armadilhas de Ácido

Armadilhas de ácido podem ser um problema recorrente em designs de PCB que falham em levar este problema em conta. Para evitar esta possibilidade, nunca projete trilhas angulares em ângulos agudos. Por exemplo, um ângulo de 45 graus é muito mais preferível que um ângulo de 90 graus. O último poderia tornar o PCB vulnerável a armadilhas de ácido, enquanto o primeiro geralmente não será propenso a este problema. Sempre verifique todos os ângulos de trilha após terminar o roteamento para garantir que trilhas unidas não criaram armadilhas de ácido.

3. Layout de Placa Complicado

Se você chegar a uma situação onde sua placa se torna complexa, você deve repensar o design em um plano mais solucionável onde você pode organizar todos os componentes necessários no mesmo lado. Um erro que alguns designers de PCB às vezes cometem é colocar alguns dos elementos no lado oposto da placa para liberar espaço no lado primário.

Quando você coloca componentes em ambos os lados de um PCB, aumenta o custo do processo de fabricação. Além disso, a adição de componentes no outro lado de um PCB adiciona numerosas complicações para o fabricante.

4. Sem Máscara de Solda Entre Pads

Em design de PCB, máscara de solda é um dos elementos mais cruciais de qualquer placa de circuito, pois isso previne contato entre cobre e outros metais. Sem a presença de máscara de solda entre os pads, contato poderia se formar entre metais negativos, causando curtos-circuitos inesperados.

Para garantir que cada placa de circuito tenha máscara de solda suficiente, inclua isso nas regras de design para todas as suas produções de PCB. Dessa forma, nunca deve haver problemas com a aplicação de máscara de solda ao converter as configurações de um PCB grande para uma placa de circuito menor.

5. Colocando Vias em Pads

Se o espaço está apertado no seu PCB, você pode ser tentado a adicionar vias para liberar espaço. No entanto, isso pode enfraquecer as capacidades de montagem do PCB ao atrair solda para longe da placa, tornando assim o processo de soldagem ineficaz. Embora a opção de vias possa ser útil em certas circunstâncias, use-a apenas quando necessário. O mesmo vale para vias micro, cegas e enterradas.

Como Design para Fabricação se Traduz em Layout de PCB

Na engenharia de PCB, os princípios de DFM ajudam fabricantes a manter todas as especificações de design em um layout funcional, independentemente do tamanho do PCB em questão. Ao incorporar os componentes de uma placa em um PCB menor, pode ser difícil encaixar as peças no lugar e evitar problemas como armadilhas de ácido e problemas com folga de borda. DFM ajuda a evitar estes problemas antes que a placa entre em produção.

Com engenharia DFM, fabricantes certificados inspecionam o design de uma placa de circuito para garantir que suas medidas são suficientes para os propósitos pretendidos do PCB. Eles também examinam o design da placa para garantir que funcionará em seus ambientes pretendidos. Por exemplo, se a placa verá uso em maquinário que gera tremendo calor, o design do PCB precisará incorporar componentes e elementos protetivos que possam suportar estas condições.

O processo DFM também garante que um design de PCB não receberá aprovação para produção se falhar em passar uma série de testes de normas. Por exemplo, se um PCB falha facilmente sob um conjunto de condições de trabalho prováveis, o designer precisará retrabalhar a placa com componentes adicionais até que possa lidar com as tarefas de seus dispositivos correspondentes.

Na produção de PCB, os princípios de DFM andam de mãos dadas com design para fabricação, que cobre as questões de fabricação e como se aplicam a um PCB.

Verificações DFM da Millennium Circuits Limited

Quando se trata de inspeções de design e testes de conformidade, você deve buscar a entrada de um terceiro objetivo e qualificado. Na Millennium Circuits Limited, realizamos análise DFM em designs e protótipos de PCB para identificar defeitos e outros problemas. Contate a MCL hoje para saber como podemos ajudá-lo a melhorar seus PCBs antes de colocá-los em produção.