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Blog Ansys

November 9, 2020

Conception pour la fabrication (DfM) Meilleures pratiques

Les problèmes de fabrication sont l'une des principales raisons des retours de garantie et des pertes de parts de marché dans l'industrie électronique. Des problèmes tels que les défaillances de la chaîne d'approvisionnement et les difficultés de production des assemblages de circuits imprimés (PCBA) liées à la conception peuvent entraîner des dommages irréparables à la réputation d'une marque. Il est donc essentiel que les entreprises disposent d'un protocole de conception pour la fabricabilité (DfM) pour atténuer ces problèmes.

DfM veille à limiter les erreurs de fabrication grâce à une série de bonnes pratiques visant à réduire les défauts et à examiner la qualité et la fiabilité des chaînes d'approvisionnement - et, surtout, à faire en sorte que ce processus soit mis en œuvre dès le début de la conception.

Regardez le webinaire DfM sur l'électronique pour en savoir plus.
 

Qu'est-ce que la conception pour la fabrication ?

La conception pour la fabricabilité (DfM) est le processus qui consiste à s'assurer qu'une conception peut être fabriquée de manière cohérente par la chaîne d'approvisionnement désignée avec un nombre minimum de défauts. Si l'on néglige la conception pour la fabrication jusqu'à une étape tardive du processus de conception, les problèmes de fabricabilité sont presque toujours détectés trop tard, ce qui entraîne de multiples itérations de conception et une augmentation des dépenses.

La règle générale est de mettre en œuvre la gestion des déchets de manière précoce et proactive. Cela peut s'avérer payant, car dépenser de l'argent en amont pour détecter les problèmes en aval peut permettre de réaliser des économies substantielles en aval.

La GPD est généralement négligée dans le processus de conception pour les raisons suivantes :

Coûts dus à la fiabilité et à la fabrication
les problèmes peuvent augmenter de plusieurs ordres de grandeur
plus ils sont abordés tardivement dans le processus de conception

  • Mauvaise connaissance de la chaîne d'approvisionnement.
  • Le fabricant d'équipement d'origine (OEM) ne demande aucun retour d'information sur le DfM, ou dispose d'une liste de contrôle trop simpliste.
  • Les activités de DfM chez les équipementiers ne sont pas normalisées ni distribuées.
     

Conception pour la manufacturabilité : Examiner les meilleures pratiques

1. Tirer parti des règles de conception standard de l'industrie

Tirer parti, dans la mesure du possible, des normes industrielles existantes (IPC, JEDEC, ASTM, ISO) est un bon point de départ pour un examen de la gestion du cycle de vie. Ces normes ont fait leurs preuves dans de nombreux cas. Elles donnent un aperçu des pratiques de conception standard et des tests de fiabilité pour les PCB et PCBA.

Voici quelques exemples de normes et de méthodes d'essai IPC que vous pouvez utiliser :

  • IPC-2221- Norme générique sur la conception des cartes imprimées
  • IPC-A-600 Acceptabilité des cartes imprimées
  • IPC-A-610 Acceptabilité des assemblages électroniques
  • IPC J-STD-001D - Exigences relatives aux assemblages électriques soudés & Assemblages électroniques
  • Mise en œuvre du processus de conception et d'assemblage des BGA selon la norme IPC-7095
  • J-STD-020D.01: Norme commune IPC/JEDEC pour la classification de la sensibilité à l'humidité/au ruissellement des dispositifs de montage en surface à semi-conducteurs non hermétiques.
  • IPC-TM-650: Manuel des méthodes d'essai
    • Section 1.0 : Méthodes d'analyse des rapports et des mesures
    • Section 2.1 : Méthodes d'essai visuel
    • Section 2.2 : Méthodes d'essai dimensionnel
    • Section 2.3 : Méthodes d'essai chimique
    • Section 2.4 : Méthodes d'essai mécanique
    • Section 2.5 : Méthodes d'essai électrique
    • Section 2.6 : Méthodes d'essais environnementaux

Gardez à l'esprit que les normes peuvent être rétrospectives et qu'il est important de prendre en compte les questions supplémentaires spécifiques à votre conception. Communiquez avec vos fournisseurs tout au long de ce processus. La collaboration est essentielle - des représentants de vos équipes de conception, de fabrication, de qualité, de fiabilité et d'achat doivent être impliqués dans le processus de DfM.
 

2. Effectuer un examen formel de la conception

L'étape suivante de la mise en œuvre de la GPD dans votre flux de travail consiste à initier une revue formelle de la conception. Cet examen peut être effectué par une équipe interne ou externe, mais l'équipe de conception chargée de l'examen doit être isolée du fabricant.

Une revue de conception permet d'évaluer un produit, un système ou une application et de s'assurer que chaque composant est conforme aux normes industrielles. Il s'agit d'une étape cruciale car elle permet de s'assurer que vous construisez un produit efficace et que vous développez une conception réussie avant le prototypage. Cela permet de conserver les ressources de l'entreprise, de réduire les coûts et, surtout, d'accélérer la mise sur le marché.
 

3. Utiliser les logiciels de simulation et de conception

La simulation peut être exploitée dans certains cas pour mieux comprendre les sources de défaillance liées à la fabricabilité après refusion. L'un des processus qui peut être évalué par simulation est le test en circuit (ICT), qui est utilisé pendant la fabrication des PCBA pour inspecter les défauts. Dans certains cas, l'ICT peut provoquer une flexion excessive de la carte et entraîner des défaillances de composants.

Un outil tel que Ansys Sherlock peut effectuer une analyse de test en circuit pour évaluer les composants susceptibles d'être soumis à des contraintes excessives, puis comparer rapidement les modifications apportées à la conception du circuit imprimé ou aux tests ICT, telles que l'ajustement de l'emplacement des points de test, la réduction des charges et des déplacements des points de test, ou l'ajout ou le déplacement de supports de carte, afin de déterminer quels composants de la carte sont les plus menacés pendant l'ICT.

Démarrez votre essai gratuit de Sherlock.

L'analyse d'Ansys Sherlock détermine que 4 résistances sur un PCB
risquent de subir une surcharge critique pendant l'insertion du connecteur

Un autre domaine dans lequel la simulation peut s'avérer utile dans le processus de DfM est celui de la technologie de flexion rigide, utilisée pour concevoir de nombreux appareils électroniques grand public, tels que les smartphones et les ordinateurs portables, qui présentent des facteurs de forme courbes ou petits. Cette technologie comporte souvent plus d'étapes de fabrication et il peut être difficile d'introduire des changements de conception. La simulation peut être utilisée dans ce cas pour déterminer les risques de défaillance potentiels et optimiser les conceptions pour le produit souhaité.

La modélisation des traces a été récemment introduite comme une nouvelle fonctionnalité dans Sherlock et peut être particulièrement utile pour simuler la technologie flex rigide. Cette technologie vous permet de modéliser les traces de cuivre individuelles visibles dans les différentes couches de votre circuit imprimé. Avec la modélisation de traces, vous construisez d'abord la géométrie, puis vous attribuez des matériaux et un maillage. Cette fonction est similaire au mappage de traces disponible dans Ansys Mechanical. Ces deux fonctions sont de bons candidats pour capturer les petits détails de votre PCB pour la simulation.

Inscrivez-vous au webinaire "Trace Modeling 101" pour en savoir plus.
 

4. Effectuer un audit des matériaux et des processus

Enfin, comme dernière étape du processus de DfM, il est important d'effectuer des audits de vos fabricants de PCB, de leurs fabricants sous contrat (CM) et de leurs fournisseurs - y compris un audit sur place pour examiner leurs matériaux et leur processus, en particulier avant de passer à une production importante.

Un service tel que l'évaluation des fournisseurs peut évaluer les composants et les technologies des fournisseurs pour s'assurer qu'ils répondent aux normes industrielles et confirmer que votre produit ne présentera pas de problèmes de fiabilité dus à des erreurs de fabrication.

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