Diseño para la fabricación de PCB

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¿Qué es el diseño para la fabricación?
¿Cuál es el propósito de DFM?
Los factores DFM
Cómo se traduce el diseño para la fabricación en el diseño de PCB
Comprobaciones DFM de Millennium Circuits Limited

Diseño para la fabricación de PCB

A lo largo de los sectores de fabricación y negocios, una gran cantidad de máquinas se basan en placas de circuito impreso o PCB. Asimismo, las capacidades de los PCB hacen realidad los dispositivos que los consumidores usan a diario.

Con tanto en juego en el diseño y la fabricación de PCB, es crucial implementar la producción con la máxima eficiencia. Sin embargo, para que esto suceda, todas las partes involucradas en la etapa de diseño y el proceso de fabricación deben estar en contacto constante para que la idea de un producto se haga realidad. Aquí es donde entra en juego el concepto conocido como diseño para la fabricación y su secuencia de pasos.

¿Qué es el diseño para la fabricación?

El diseño para la fabricación (DFM) es un proceso que permite a los fabricantes examinar el diseño de un producto en una serie de categorías para optimizar sus dimensiones, materiales, tolerancias y funcionalidad a través de los medios de fabricación más eficientes posibles. Con DFM, los contratistas de productos certificados examinan cada nueva idea de producto en una variedad de áreas para encontrar las mejores medidas, materiales y procesos de fabricación para los productos en cuestión.

Los fabricantes que desean reducir los gastos generales y mejorar la calidad del producto al mismo tiempo emplean DFM. DFM también hace posible encontrar métodos de fabricación alternativos para artículos a corto plazo. Por ejemplo, si una empresa solo necesita un producto en pequeñas cantidades, podría ser un desperdicio establecer un arsenal costoso y de alta tecnología de dispositivos de formación para producir ese artículo de tirada limitada.

Al mismo tiempo, ese producto podría requerir medidas únicas que serían difíciles de fabricar sin un arsenal industrial convencional. DFM ayuda a los fabricantes a encontrar métodos alternativos que pueden ahorrar dinero, como métodos de moldeado por calor para piezas que, de otro modo, requerirían cavidades de moldeo separadas.

DFM también ayuda a los fabricantes a mejorar los diseños preexistentes. Si una empresa ha producido en masa un producto en el pasado y ahora planea volver a ponerlo en producción, puede ahorrar dinero esta vez al reevaluar el diseño original y los procesos utilizados para convertirlo en un producto. Si determinan que cualquiera de los pasos anteriores involucrados es un desperdicio, pueden eliminarlos del proceso.

¿Cuál es el propósito de DFM?

El propósito de DFM es eliminar la falta de comunicación que alguna vez fue común entre diseñadores y fabricantes. En décadas pasadas, las dos partes a menudo entraban en conflicto debido a malentendidos mutuos. En un escenario típico, el diseñador concebiría un producto con un conjunto de medidas y una lista de materiales. Luego, el diseñador enviaba el plano y los bocetos al fabricante, cuya tarea era poner el diseño en producción. Si encontraban algún problema en el diseño, el diseñador dejaría que el fabricante corrigiera estos problemas.

Desde el punto de vista del diseñador, los pasos posteriores a la etapa de diseño, incluidas las modificaciones, eran responsabilidad del fabricante. El problema es que el fabricante generalmente no entendería las complejidades del proceso de diseño, pero sabría cuándo ciertas medidas o materiales son poco prácticos o imposibles. En casos como estos, las producciones a veces se retrasaban por revisiones de diseño de última hora que a menudo serían costosas para las partes involucradas. A veces, los fabricantes apresuraban los diseños a la producción de todos modos, a pesar de las fallas y el riesgo de defectos del producto y la insatisfacción del cliente.

Con la ingeniería de DFM, los especialistas de todas las etapas de los procesos de diseño, desarrollo y producción trabajan juntos en cada paso del camino. Juntos, forman un equipo combinado en el que los ingenieros de cada departamento escuchan las opiniones y los comentarios de los demás en tiempo real a medida que se desarrollan, prueban y envían los productos para su revisión. DFM ahorra dinero y tiempo al ayudar a las empresas a detectar fallas de diseño casi de inmediato y rectificarlas mucho antes de que el equipo de fabricación comience la producción.

Los equipos de productos y desarrollo que emplean DFM también incluyen aportes de partes ajenas al proceso de fabricación, como compradores, proveedores y abogados. Después de finalizar el diseño de un producto, las empresas solo habrán gastado una fracción del presupuesto general de fabricación, pero el diseño determinará la mayor parte de los costos del producto. Como tal, los fabricantes tienen mucho en juego cuando se comprometen con un producto.

Con DFM, las empresas pueden eliminar los errores que podrían provocar costosas paradas en la producción y tiradas desperdiciadas, gracias al escrutinio cooperativo de los ingenieros de cada departamento que interviene en el proceso. DFM también ayuda a los fabricantes a evitar escenarios en los que los productos defectuosos se lanzan al público, lo que resulta en defectos abruptos, quejas de los clientes, múltiples demandas y otros fiascos de relaciones públicas que podrían dañar el nombre de una marca a los ojos de los consumidores.

Los factores DFM

Los pasos de DFM incluyen la siguiente secuencia para determinar el proceso, el diseño, el material, el entorno y el cumplimiento de un producto determinado.

1. Proceso de Fabricación

La primera parte de DFM es determinar los tipos correctos de procesos de fabricación que se utilizarán para el producto en cuestión. Cuando necesite producir un producto en una cierta cantidad, el proceso debe reflejar el alcance de la producción y la cantidad de prensados ​​planificados para la ejecución.

Para determinar el mejor proceso de fabricación para un producto determinado, debe considerar factores como el tamaño del producto y los materiales necesarios para su producción. Considere, también, los pasos que requiere la superficie del producto y si será necesario realizar pasos secundarios más allá de las etapas fundamentales de ensamblaje.

2. Diseño de producto

La siguiente parte de DFM es examinar el diseño del producto y determinar si las especificaciones se adaptarán al producto terminado o si necesita realizar cambios adicionales antes de comenzar con la producción. El propósito de este paso es rectificar posibles problemas de diseño con la ejecución anterior y hacer que su producción sea más fluida y eficiente esta vez.

Si revisa un diseño existente, asegúrese de que las modificaciones estén de acuerdo con los principios fundamentales del diseño. Asegúrese de analizar todas las decisiones de este tipo en esta área con su fabricante contratado, ya que hacerlo le ayudará a garantizar que su próxima producción se ejecute de acuerdo con los principios de fabricación del producto en cuestión.

3. Material del producto

Otro aspecto crítico de DFM es determinar qué materiales son necesarios para el producto en cuestión. Según la forma, el tamaño y el uso previsto del producto, deberá tener en cuenta una variedad de factores, como la resistencia, la textura y las propiedades térmicas requeridas para el material o producto.

Durante este paso, deberá consultar con un fabricante contratado para asegurarse de que los materiales elegidos cumplan con los requisitos para la producción en cuestión. Si tiene en mente un determinado material, necesitará saber si ese material resistirá el calor y conducirá la electricidad, ya que estos factores podrían hacer o deshacer el producto.

4. Entorno eventual

Antes de finalizar sus elecciones para el proceso, el diseño y el material del producto, deberá examinar los entornos en los que los consumidores lo utilizarán. Una vez que determine los tipos de efectos que este entorno podría tener en el material y la forma del producto, debe determinar si las tres opciones anteriores de DFM serán suficientes.

Los ejemplos de diseño para la fabricación incluyen considerar cómo y dónde los consumidores usarán su producto. Si desarrolla un producto para usar al aire libre durante todo el año, los materiales deberán poder soportar toda la gama de temperaturas ambientales y condiciones climáticas. Si los usuarios van a montar el producto sobre otros objetos, el diseño deberá adaptarse a una variedad de configuraciones.

5. Pruebas/Cumplimiento

La etapa final de DFM es determinar si el diseño y los materiales del producto en cuestión cumplirán con los estándares de seguridad y calidad de las diversas entidades que tienen voz en el tema. Una instalación de prueba de terceros con certificación ISO puede determinar esto. Un analista de fabricación neutral debe supervisar las pruebas.

Varias entidades podrían tener estándares que afectarán su capacidad para seguir adelante con un diseño en su estado actual. Por ejemplo, las normas reglamentarias a nivel estatal, federal o internacional pueden considerar que su producto no es seguro en su configuración actual. Es posible que el producto no cumpla con el código de su industria prevista. El diseño del producto podría incluso no cumplir con los estándares de seguridad de su empresa.

Errores comunes de diseño

Durante el diseño y la producción de PCB, el uso de DFM puede eliminar los siguientes errores.

1. Separación de bordes

Uno de los errores más importantes que un fabricante puede cometer con un diseño de PCB es no permitir suficiente espacio libre en los bordes. Este problema puede ser problemático para el cobre a lo largo del borde de una PCB, ya que el cobre puede corroerse si no tiene una capa protectora. Si diseña una placa de circuito impreso sin tener en cuenta este margen, es posible que el revestimiento se elimine durante el corte final.

Afortunadamente, puede rectificar fácilmente los problemas de margen de borde si agrega el espacio libre necesario en el diseño de la tabla. Para las capas exteriores de una PCB, el recubrimiento solo debe requerir 0,010” adicionales al diseño. Para las capas internas, el revestimiento solo debería necesitar 0,015" adicionales al diseño.

2. Crear trampas de ácido

Las trampas de ácido podrían ser un problema recurrente en los diseños de PCB que no toman en cuenta este problema. Para evitar esta posibilidad, nunca diseñe trazas en ángulo en ángulos agudos. Por ejemplo, un ángulo de 45 grados es mucho más preferible que un ángulo de 90 grados. Este último podría hacer que el PCB sea vulnerable a las trampas de ácido, mientras que el primero generalmente no será propenso a este problema. Siempre verifique dos veces todos los ángulos de trazo después de terminar el enrutamiento para asegurarse de que ningún trazo unido haya creado trampas de ácido.

3. Diseño de tablero complicado

Si llegas a una situación en la que tu tablero se vuelve complejo, debes replantear el diseño en un plan más solvente donde puedas organizar todos los componentes necesarios en un mismo lado. Un error que a veces cometen algunos diseñadores de PCB es colocar algunos de los elementos en el otro lado de la placa para liberar espacio en el lado principal.

Cuando coloca componentes en ambos lados de una PCB, aumenta el costo del proceso de fabricación. Además, la adición de componentes en el otro lado de una PCB agrega numerosas complicaciones para el fabricante.

4. Sin máscara de soldadura entre pads

En el diseño de PCB, la máscara de soldadura es uno de los elementos más cruciales de cualquier placa de circuito, ya que evita el contacto entre el cobre y otros metales. Sin la presencia de una máscara de soldadura entre las almohadillas, podría formarse contacto entre los metales negativos, provocando cortocircuitos inesperados.

Para asegurarse de que cada placa de circuito tenga suficiente máscara de soldadura, inclúyala en las reglas de diseño para todas sus producciones de PCB. De esa forma, nunca debería haber ningún problema con la aplicación de la máscara de soldadura al convertir la configuración de una placa de circuito impreso grande en una placa de circuito más pequeña.

5. Colocación de vías en pads

Si el espacio es reducido en su PCB, es posible que tenga la tentación de agregar vías para liberar espacio. Sin embargo, esto podría debilitar las capacidades de montaje de la placa de circuito impreso al retirar la soldadura de la placa, lo que hace que el proceso de soldadura sea ineficaz. Aunque la opción de vías puede ser útil en ciertas circunstancias, utilícela solo cuando sea necesario. Lo mismo ocurre con las microvías, ciegas y enterradas.

Cómo se traduce el diseño para la fabricación en el diseño de PCB

En la ingeniería de PCB, los principios de DFM ayudan a los fabricantes a mantener todas las especificaciones de diseño en un diseño funcional, independientemente del tamaño de la PCB en cuestión. Al incorporar los componentes de una placa en una placa de circuito impreso más pequeña, puede ser difícil colocar las piezas en su lugar y evitar problemas como trampas de ácido y problemas con la separación de los bordes. DFM ayuda a evitar estos problemas antes de que la placa entre en producción.

Con la ingeniería DFM, los fabricantes certificados inspeccionan el diseño de una placa de circuito para garantizar que sus medidas sean suficientes para los fines previstos de la PCB. También examinan el diseño de la placa para asegurarse de que funcionará en los entornos previstos. Por ejemplo, si la placa se usará en maquinaria que genera un calor tremendo, el diseño de PCB deberá incorporar componentes y elementos protectores que puedan soportar estas condiciones.

El proceso DFM también garantiza que un diseño de PCB no recibirá la aprobación para la producción si no pasa una serie de pruebas estándar. Por ejemplo, si una PCB falla fácilmente bajo un conjunto de condiciones de trabajo probables, el diseñador deberá volver a trabajar la placa con componentes adicionales hasta que pueda manejar las tareas de sus dispositivos correspondientes.

En la producción de PCB, los principios de DFM van de la mano con el diseño para la fabricación, que cubre los problemas de fabricación y cómo se aplica a una PCB.

Comprobaciones DFM de Millennium Circuits Limited

Cuando se trata de inspecciones de diseño y pruebas de cumplimiento, debe buscar el aporte de un tercero objetivo y calificado. En Millennium Circuits Limited, realizamos análisis DFM en diseños y prototipos de PCB para identificar defectos y otros problemas. Comuníquese con MCL hoy para saber cómo podemos ayudarlo a mejorar sus PCB antes de ponerlos en producción.