Projeto para fabricação de PCBs

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O que é design para fabricação?
Qual é o objetivo do DFM?
Os Fatores DFM
Como o design para fabricação se traduz em layout de PCB
Verificações DFM da Millennium Circuits Limited

Projeto para fabricação de PCBs

Em todos os setores de manufatura e negócios, um grande número de máquinas depende de placas de circuito impresso, ou PCBs. Da mesma forma, os recursos dos PCBs tornam realidade os dispositivos que os consumidores usam diariamente.

Com tanto em jogo no projeto e fabricação de PCBs, é crucial implementar a produção com a máxima eficiência. Para que isso aconteça, no entanto, todas as partes envolvidas na fase de projeto e processo de fabricação devem estar em contato constante para ver uma ideia de produto ser concretizada. É aqui que entra em jogo o conceito conhecido como design para fabricação e sua sequência de etapas.

O que é design para fabricação?

Design for manufacturing (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 por meio dos meios de fabricação mais eficientes possíveis. Com o DFM, empreiteiros de produtos certificados examinam cada nova ideia de produto em uma variedade de áreas para encontrar as melhores medidas, materiais e processos de fabricação para os produtos disponíveis.

Os fabricantes que desejam simultaneamente reduzir as despesas gerais e melhorar a qualidade do produto empregam o DFM. O DFM também possibilita encontrar métodos alternativos de fabricação para itens no curto prazo. Por exemplo, se uma empresa só precisa de um produto em pequenas quantidades, pode ser um desperdício montar um arsenal caro e de alta tecnologia de dispositivos de conformação para produzir esse item de tiragem limitada.

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

O DFM também ajuda os fabricantes a melhorar projetos pré-existentes. Se uma empresa produziu um produto em massa 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 transformá-lo em um produto. Se eles determinarem que qualquer uma das etapas anteriores envolvidas é um desperdício, eles podem eliminá-los do processo.

Qual ​​é o objetivo do DFM?

O objetivo do DFM é eliminar a falta de comunicação comum entre designers e fabricantes. Nas últimas décadas, as duas partes muitas vezes 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 enviava a planta e os esboços para o fabricante, cuja tarefa era colocar o projeto em produção. Se eles encontrassem algum problema no projeto, o designer deixaria para o fabricante corrigir esses problemas.

Do ponto de vista do projetista, as etapas que ocorreram após a etapa de projeto, incluindo as modificações, eram de responsabilidade do fabricante. O problema é que o fabricante geralmente não entende as complexidades do processo de projeto, mas sabe quando certas medidas ou materiais são impraticáveis ​​ou impossíveis. Em casos como esses, as produções às vezes eram atrasadas para revisões de projeto de última hora que muitas vezes seriam caras para as partes envolvidas. Às vezes, os fabricantes apressavam os projetos para a produção de qualquer maneira, apesar das falhas e do risco de defeitos do produto e insatisfação do cliente.

Com a engenharia DFM, especialistas de todas as etapas dos processos de projeto, desenvolvimento e produção trabalham juntos em todas as etapas do processo. Juntos, eles formam uma equipe combinada onde os engenheiros de cada departamento ouvem a opinião e o feedback do outro em tempo real à medida que os produtos são desenvolvidos, testados e enviados para revisões. O DFM economiza dinheiro e tempo ajudando as empresas a detectar falhas de projeto quase imediatamente e corrigi-las muito antes de a equipe de fabricação iniciar a produção.



As equipes de produto e desenvolvimento que empregam o DFM também incluem informações de terceiros fora do processo de fabricação, como compradores, fornecedores e advogados. Depois de finalizar o design de um produto, as empresas gastarão apenas uma fração do orçamento geral de fabricação, mas o design determinará a maior parte dos custos do produto. Como tal, os fabricantes têm muito em jogo quando se comprometem com um produto.

Com o DFM, as empresas podem eliminar erros que podem levar a paradas dispendiosas na produção e desperdícios, graças ao escrutínio cooperativo dos engenheiros de cada departamento que participa do processo. O DFM também ajuda os fabricantes a evitar cenários em que produtos defeituosos são lançados ao público, resultando em defeitos abruptos, reclamações de clientes, vários processos judiciais e outros fiascos de relações públicas que podem prejudicar o nome de uma marca aos olhos dos consumidores.

Os Fatores DFM

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

1. Processo de fabricação

A primeira parte do DFM é determinar os tipos corretos de processos de fabricação a serem usados ​​para o produto em questão. Quando você precisa produzir um produto em uma determinada quantidade, o processo deve refletir o escopo da produção e o número de prensagens planejadas para a execução.

Para determinar o melhor processo de fabricação de um determinado 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 exige e se alguma etapa secundária precisará ocorrer além das etapas fundamentais de montagem.

2. Projeto de Produto

A próxima parte do DFM é examinar o design do produto e determinar se as especificações se adequam ao produto acabado ou se você precisa fazer alterações adicionais antes de iniciar a produção. O objetivo desta etapa é corrigir possíveis problemas de design com a execução anterior e tornar sua produção mais suave e eficiente desta vez.

Se você revisar um projeto existente, certifique-se de que as modificações estejam de acordo com os princípios fundamentais do projeto. Certifique-se de discutir todas essas decisões nesta área com seu fabricante contratado, pois isso o ajudará a garantir que sua produção futura seja executada de acordo com os princípios de fabricação do 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 consideração vários fatores, como resistência, textura e propriedades térmicas necessárias para o material ou produto.

Durante esta etapa, você precisará consultar um fabricante contratado para garantir que os materiais escolhidos atendam aos requisitos da produção em questão. Se você tiver um determinado material em mente, precisará saber se esse material resistirá ao calor e conduzirá eletricidade, pois esses 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 em que os consumidores o utilizarão. Depois de determinar os tipos de efeitos que esse ambiente pode ter no material e na forma do produto, você deve determinar se as três opções anteriores do DFM serão suficientes.

Os exemplos de design para fabricação incluem considerar como e onde os consumidores usarão seu produto. Se você desenvolver um produto para uso ao ar livre durante todo o ano, os materiais precisarão resistir a toda a gama de temperaturas ambientes e condições climáticas. Se os usuários forem montar o produto em outros objetos, o design precisará acomodar uma variedade de configurações.

5. Teste/conformidade

A fase final do DFM consiste em determinar se o design e os materiais do produto em causa cumprem as normas de segurança e qualidade das várias entidades que têm uma palavra a dizer na matéria. Uma instalação de teste certificada ISO de terceiros pode determinar isso. Um analista de fabricação neutro deve supervisionar os testes.

Várias entidades podem ter padrões que afetarão sua capacidade de avançar com um projeto em seu estado atual. Por exemplo, as 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 deixar de atender aos padrões de segurança da sua empresa.

Erros comuns de projeto

Durante o projeto e produção de PCBs, o uso do DFM pode eliminar os seguintes erros.

1. Folga de Borda

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

Felizmente, você pode corrigir facilmente os problemas de tolerância de borda se adicionar a folga necessária ao design da placa. Para as camadas externas de um PCB, o revestimento deve exigir apenas 0,010” adicionais ao projeto. Para as camadas internas, o revestimento deve necessitar apenas de 0,015” adicionais ao projeto.

2. Criando armadilhas de ácido

As armadilhas de ácido podem ser um problema recorrente em projetos de PCB que não levam esse problema em consideração. Para evitar essa possibilidade, nunca projete traços angulares em ângulos agudos. Por exemplo, um ângulo de 45 graus é muito mais preferível do que um ângulo de 90 graus. O último pode tornar o PCB vulnerável a armadilhas de ácido, enquanto o primeiro geralmente não será propenso a esse problema. Sempre verifique novamente todos os ângulos dos traços depois de terminar o roteamento para garantir que nenhum traço unido tenha criado armadilhas de ácido.

3. Layout de placa complicado

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

Quando você coloca componentes em ambos os lados de uma PCB, aumenta o custo do processo de fabricação. Além disso, a adição de componentes do outro lado de uma PCB adiciona inúmeras complicações para o fabricante.

4. Sem máscara de solda entre os pads

No projeto de PCB, a máscara de solda é um dos elementos mais importantes de qualquer placa de circuito, pois evita o contato entre o cobre e outros metais. Sem a presença de máscara de solda entre as almofadas, o contato pode 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 da máscara de solda ao converter as configurações de uma placa de circuito impresso grande para uma placa de circuito menor.

5. Colocando Vias em Pads

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

Como o design para fabricação se traduz em layout de PCB

Na engenharia de PCB, os princípios do DFM ajudam os fabricantes a manter todas as especificações de projeto 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 nas bordas. O DFM ajuda a evitar esses problemas antes que a placa entre em produção.

Com a engenharia DFM, fabricantes certificados inspecionam o projeto de uma placa de circuito para garantir que suas medições sejam suficientes para os propósitos pretendidos da PCB. Eles também examinam o design da placa para garantir que ela funcione nos ambientes pretendidos. Por exemplo, se a placa for usada em máquinas que geram um calor tremendo, o design da PCB precisará incorporar componentes e elementos de proteção que possam suportar essas condições.

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

Na produção de PCB, os princípios do DFM andam de mãos dadas com o design para fabricação, que abrange as questões de fabricação e como ele se aplica a um PCB.

Verificações DFM da Millennium Circuits Limited

Quando se trata de inspeções de projeto e testes de conformidade, você deve buscar a opinião de um terceiro qualificado e objetivo. Na Millennium Circuits Limited, executamos análises DFM em projetos e protótipos de PCB para identificar defeitos e outros problemas. Entre em contato com a MCL hoje para saber como podemos ajudá-lo a melhorar seus PCBs antes de colocá-los em produção.