Best practice per la progettazione della produzione (DfM)

I problemi di produzione sono uno dei motivi principali per cui vediamo resi in garanzia e perdita di quote di mercato nel settore dell'elettronica. Problemi come i guasti alla catena di approvvigionamento e le sfide di produzione dell'assemblaggio di circuiti stampati (PCBA) legate alla progettazione possono portare a danni irreparabili alla reputazione di un marchio. È quindi fondamentale che le aziende dispongano di un protocollo di progettazione per la producibilità (DfM) per mitigare questi problemi.

Il DfM garantisce che gli errori di produzione siano ridotti attraverso una serie di best practice volte a ridurre i difetti e rivedere la qualità e l'affidabilità delle catene di approvvigionamento e, soprattutto, garantire che questo processo sia implementato nelle prime fasi di progettazione.

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Cos'è il design per la producibilità?

Design for manufacturability (DfM) è il processo per garantire che un progetto possa essere prodotto in modo coerente dalla catena di fornitura designata con un numero minimo di difetti. Trascurare il DfM fino alla fine nel processo di progettazione porta quasi sempre a cogliere i problemi di producibilità troppo tardi, il che porta a più iterazioni di progettazione e a un aumento delle spese.

• Scarsa conoscenza della catena di fornitura.
• Il produttore di apparecchiature originali (OEM) non richiede alcun feedback su DfM o ha una lista di controllo troppo semplicistica.
• Le attività di DfM presso gli OEM non sono standardizzate o distribuite.
  
  

Progettazione per la producibilità: revisione delle best practice

1. Utilizzo delle regole di progettazione standard del settore

Sfruttare gli standard di settore esistenti (IPC, JEDEC, ASTM, ISO) quando possibile è un buon punto di partenza per una revisione del DfM. Questi standard sono collaudati in molti casi. Forniscono informazioni sulle pratiche di progettazione standard e sui test di affidabilità per PCB e PCBA.

Esempi di standard IPC e metodi di test che è possibile utilizzare includono:

• IPC-2221- Standard generico sulla progettazione di schede stampate
• IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards
• IPC-A-610 Acceptability of Electronic Assemblies
• IPC J-STD-001D - Requirements for Soldered Electrical & Electronic Assemblies
• Implementazione del processo di progettazione e assemblaggio IPC-7095 per BGA
• J-STD-020D.01: Standard IPC/JEDEC per la classificazione della sensibilità all'umidità/riflusso per dispositivi a montaggio superficiale a stato solido non ermetici
• IPC-TM-650: Manuale dei metodi di prova
  • Sezione 1.0: Metodi di reporting e analisi delle misurazioni
  • Sezione 2.1: Metodi di test visivi
  • Sezione 2.2: Metodi di prova dimensionale
  • Sezione 2.3: Metodi di prova chimica
  • Sezione 2.4: Metodi di prova meccanici
  • Sezione 2.5: Metodi di prova elettrici
  • Sezione 2.6: Metodi di prova ambientale
  
  

Tieni presente che gli standard possono essere rivolti al passato ed è importante considerare ulteriori problemi specifici per il tuo progetto. Comunica con i tuoi fornitori durante questo processo. La collaborazione è fondamentale: dovresti avere rappresentanti dei tuoi team di progettazione, produzione, qualità, affidabilità e acquisti coinvolti nel processo DfM.
 

2. Condurre una revisione formale del progetto

Il prossimo passo nell'implementazione di DfM nel tuo flusso di lavoro è l'avvio di una revisione formale del progetto. Questo può essere eseguito da un team interno o esterno, ma il team di progettazione che esegue la revisione deve essere isolato dal produttore.

Una revisione del progetto valuta un prodotto, un sistema o un'applicazione e garantisce che ogni componente rispetti gli standard del settore. Questo è un passaggio fondamentale perché garantisce la creazione di un prodotto efficace e lo sviluppo di un progetto di successo prima della prototipazione. Ciò consente di risparmiare risorse aziendali, ridurre i costi e, soprattutto, accelerare il time-to-market.
 

3. Utilizzo software di simulazione e progettazione

La simulazione può essere sfruttata in alcuni casi per comprendere meglio le fonti di guasto relative alla producibilità dopo il reflow. Un processo che può essere valutato con la simulazione è il test in-circuit (ICT), che viene utilizzato durante la produzione di PCBA per ispezionare i difetti. In alcuni casi, le TIC possono causare un'eccessiva flessione della scheda e portare a guasti dei componenti.

Uno strumento come Ansys Sherlock può eseguire un'analisi di test in-circuit per valutare i componenti a rischio di sovraccarico e quindi confrontare rapidamente la progettazione di PCB o le modifiche ai test ICT come la regolazione delle posizioni dei punti di test, riducendo i carichi e gli spostamenti dei punti di prova o aggiungendo o spostando i supporti delle schede per vedere quali componenti sulla scheda sono più a rischio durante le TIC.

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L'analisi di Ansys Sherlock determina che 4 resistori su un PCB
sono a rischio di sollecitazioni critiche durante l'inserimento del connettore

Un'altra area in cui la simulazione può essere utile nel processo DfM è la tecnologia rigido-flessibile, che viene utilizzata per progettare molti dispositivi elettronici di consumo come smartphone e laptop che hanno fattori di forma curvi o piccoli. Questa tecnologia ha spesso più fasi di produzione e può essere difficile introdurre modifiche di progettazione. La simulazione può essere utilizzata in questo caso per determinare i potenziali rischi di guasto e ottimizzare i progetti per il prodotto desiderato.

Il trace modeling è stato recentemente introdotto come nuova funzionalità in Sherlock e può essere particolarmente utile per simulare la tecnologia della flessione rigida. Questa tecnologia consente di modellare singole tracce di rame viste nei vari strati del circuito stampato. Con il trace modeling, si costruisce prima la geometria, quindi si assegnano materiali e una mesh. È simile al trace mapping disponibile su Ansys Mechanical. Entrambe le caratteristiche sono buone candidate a catturare piccoli dettagli del PCB per la simulazione.

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4. Eseguire un audit sui materiali e sui processi

Infine, come ultima fase del processo DfM, è importante eseguire audit dei produttori di PCB, dei loro produttori a contratto (CM) e dei loro fornitori, incluso un audit in loco per rivedere i loro materiali e il loro processo, soprattutto prima di passare attraverso un grande ciclo di produzione.

Un servizio come una valutazione del fornitore può misurare i componenti e le tecnologie dei fornitori per garantire che soddisfino gli standard del settore e confermare che il prodotto non avrà problemi di affidabilità dovuti a errori di produzione.