Optimiser la conception PCB pour la fabrication : stratégies clés et meilleures pratiques

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Qu'est-ce que la conception pour la fabrication ?
Quel est le but du DFM ?
Les facteurs DFM
Comment la conception pour la fabrication se traduit en layout PCB
Vérifications DFM de Millennium Circuits Limited

Conception pour la fabrication de PCB

 

Dans les secteurs de la fabrication et des affaires, un grand nombre de machines dépendent de circuits imprimés, ou PCB. De même, les capacités des PCB rendent possibles les appareils que les consommateurs utilisent quotidiennement.

Avec tant en jeu dans la conception et la fabrication des PCB, il est crucial d'implémenter la production avec une efficacité maximale. Pour que cela se produise, cependant, toutes les parties impliquées dans l'étape de conception et le processus de fabrication doivent être en contact constant pour mener une idée de produit à sa réalisation. C'est ici qu'intervient le concept connu sous le nom de conception pour la fabrication (DFM) et sa séquence d'étapes.

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

La conception pour la fabrication (DFM) est un processus qui permet aux fabricants d'examiner la conception d'un produit dans une série de catégories pour optimiser ses dimensions, matériaux, tolérances et fonctionnalité par les moyens de fabrication les plus efficaces possibles. Avec le DFM, des entrepreneurs produits certifiés examinent chaque nouvelle idée de produit dans une gamme de domaines pour trouver les meilleures mesures, matériaux et processus de fabrication pour les produits en question.

Les fabricants qui souhaitent simultanément réduire les frais généraux et améliorer la qualité des produits emploient le DFM. Le DFM rend aussi possible de trouver des méthodes de fabrication alternatives pour des articles à court terme. Par exemple, si une entreprise n'a besoin d'un produit qu'en petites quantités, il pourrait être gaspilleur de mettre en place un arsenal coûteux et high-tech de dispositifs de formage pour produire cet article à tirage limité.

En même temps, ce produit pourrait nécessiter des mesures uniques qui seraient difficiles à fabriquer sans un arsenal industriel conventionnel. Le DFM aide les fabricants à trouver des méthodes alternatives qui peuvent économiser de l'argent, comme les méthodes de formage par chaleur pour des pièces qui nécessiteraient autrement des cavités de moulage séparées.

Le DFM aide aussi les fabricants à améliorer des conceptions préexistantes. Si une entreprise a produit en masse un produit dans le passé et prévoit maintenant de le remettre en production, elle peut économiser de l'argent cette fois-ci en réévaluant la conception originale et les processus utilisés pour en faire un produit. S'ils déterminent que l'une des étapes antérieures était gaspilleuse, ils peuvent l'éliminer du processus.

Quel est le but du DFM ?

Le but du DFM est d'éliminer la méscommunication autrefois courante entre concepteurs et fabricants. Dans les décennies passées, les deux parties entraient souvent en conflit en raison de malentendus mutuels. Dans un scénario typique, le concepteur concevait un produit avec un ensemble de mesures et une liste de matériaux. Le concepteur envoyait ensuite le plan et les esquisses au fabricant, dont la tâche était de mettre la conception en production. S'ils trouvaient des problèmes dans la conception, le concepteur laissait au fabricant le soin de rectifier ces problèmes.

Du point de vue du concepteur, les étapes qui suivaient l'étape de conception, y compris les modifications, étaient la responsabilité du fabricant. Le problème est que le fabricant ne comprenait généralement pas les subtilités du processus de conception, mais savait quand certaines mesures ou matériaux étaient soit impraticables soit impossibles. Dans de tels cas, les productions étaient parfois retardées pour des refontes de conception de dernière minute qui étaient souvent coûteuses pour les parties impliquées. Parfois, les fabricants précipitaient les conceptions en production quand même, malgré les défauts et le risque de défauts de produit et d'insatisfaction client.

Avec l'ingénierie DFM, des spécialistes de toutes les étapes des processus de conception, développement et production travaillent ensemble à chaque étape du chemin. Ensemble, ils forment une équipe combinée où les ingénieurs de chaque département entendent les commentaires et retours des autres en temps réel alors que les produits sont développés, testés et renvoyés pour révisions. Le DFM économise de l'argent et du temps en aidant les entreprises à détecter les défauts de conception presque immédiatement et à les rectifier bien avant que l'équipe de fabrication ne commence la production.

Les équipes de produit et développement qui emploient le DFM incluent aussi l'apport de parties externes au processus de fabrication, comme les acheteurs, fournisseurs et avocats. Après avoir finalisé la conception d'un produit, les entreprises n'auront dépensé qu'une fraction du budget global de fabrication, pourtant la conception déterminera la plupart des coûts du produit. En tant que tel, les fabricants ont trop en jeu quand ils s'engagent sur un produit.

Avec le DFM, les entreprises peuvent éliminer les erreurs qui pourraient mener à des arrêts coûteux en production et des séries gaspillées, grâce à l'examen coopératif d'ingénieurs de chaque département qui a la main dans le processus. Le DFM aide aussi les fabricants à éviter les scénarios où des produits défectueux sont libérés au public, résultant en défauts brusques, plaintes clients, multiples poursuites et autres fiascos RP qui pourraient nuire au nom d'une marque aux yeux des consommateurs.

Les facteurs DFM

Les étapes du DFM incluent la séquence suivante pour déterminer le processus, la conception, le matériau, l'environnement et la conformité d'un produit donné.

1. Processus de fabrication

La première partie du DFM est de déterminer les bons types de processus de fabrication à utiliser pour le produit en question. Quand vous devez produire un produit en une certaine quantité, le processus devrait refléter l'étendue de la production et le nombre de pressages prévus pour la série.

Pour déterminer le meilleur processus de fabrication pour un produit donné, vous devriez considérer des facteurs comme la taille du produit et les matériaux nécessaires pour sa production. Considérez aussi les étapes que la surface du produit nécessite, et si des étapes secondaires devront avoir lieu au-delà des étapes d'assemblage fondamentales.

2. Conception du produit

La partie suivante du DFM est d'examiner la conception du produit et de déterminer si les specs conviendront au produit fini, ou si vous devez faire des changements supplémentaires avant de commencer la production. Le but de cette étape est de rectifier les possibles problèmes de conception avec la série précédente et de rendre votre production plus fluide et efficace cette fois-ci.

Si vous révisez une conception existante, assurez-vous que les modifications sont conformes aux principes fondamentaux de conception. Assurez-vous de discuter de toutes ces décisions dans ce domaine avec votre fabricant sous-traitant, car cela vous aidera à garantir que votre production à venir se déroule selon les principes de fabrication pour le produit en question.

3. Matériau du produit

Un autre aspect critique du DFM est de déterminer quels matériaux sont nécessaires pour le produit en question. Selon la forme, la taille et l'usage prévu du produit, vous devrez prendre en compte une variété de facteurs, comme la résistance, la texture et les propriétés thermiques requises pour le matériau ou le produit.

Pendant cette étape, vous devrez consulter un fabricant sous-traitant pour vous assurer que les matériaux choisis répondent aux exigences pour la production en question. Si vous avez un certain matériau en tête, vous devrez savoir si ce matériau résistera à la chaleur et conduira l'électricité, car ces facteurs pourraient faire ou défaire le produit.

4. Environnement éventuel

Avant de finaliser vos choix pour le processus, la conception et le matériau du produit, vous devrez examiner les environnements dans lesquels les consommateurs l'utiliseront. Une fois que vous déterminez les types d'effets que cet environnement pourrait avoir sur le matériau et la forme du produit, vous devez alors déterminer si les trois choix DFM précédents suffiront.

Des exemples de conception pour la fabrication incluent de considérer comment et où les consommateurs utiliseront votre produit. Si vous développez un produit pour une utilisation en extérieur tout au long de l'année, les matériaux devront pouvoir résister à la gamme complète de températures ambiantes et conditions météorologiques. Si les utilisateurs monteront le produit sur d'autres objets, la conception devra accommoder une variété de configurations.

5. Tests/Conformité

La phase finale du DFM est de déterminer si la conception et les matériaux pour le produit en question satisferont les normes de sécurité et de qualité des diverses entités qui ont leur mot à dire. Un centre de test tiers certifié ISO peut déterminer cela. Un analyste de fabrication neutre doit superviser les tests.

Diverses entités pourraient avoir des normes qui impacteront votre capacité à aller de l'avant avec une conception dans son état actuel. Par exemple, des règles réglementaires aux niveaux étatique, fédéral ou international pourraient juger votre produit dangereux dans sa configuration existante. Le produit pourrait ne pas répondre au code de son industrie visée. La conception du produit pourrait même ne pas répondre aux normes de sécurité de votre entreprise.

Erreurs de conception courantes

Pendant la conception et la production de PCB, l'emploi du DFM peut éliminer les erreurs suivantes.

1. Dégagement de bord

L'une des erreurs les plus significatives qu'un fabricant peut faire avec une conception PCB est de ne pas permettre un dégagement de bord suffisant. Ce problème peut être problématique pour le cuivre le long du bord d'un PCB, car le cuivre peut corroder s'il manque de revêtement protecteur. Si vous concevez un PCB sans cette allocation à l'esprit, le revêtement pourrait être enlevé lors de la coupe finale.

Heureusement, vous pouvez facilement rectifier les problèmes de dégagement de bord si vous ajoutez le dégagement nécessaire dans la conception de la carte. Pour les couches externes d'un PCB, le revêtement ne devrait nécessiter qu'un 0,010″ supplémentaire à la conception. Pour les couches internes, le revêtement ne devrait nécessiter qu'un 0,015″ supplémentaire à la conception.

2. Création de pièges à acide

Les pièges à acide pourraient être un problème récurrent sur les conceptions PCB qui ne prennent pas ce problème en compte. Pour éviter cette possibilité, ne concevez jamais de traces angulaires à angles aigus. Par exemple, un angle de 45 degrés est bien plus préférable qu'un angle de 90 degrés. Ce dernier pourrait rendre le PCB vulnérable aux pièges à acide, alors que le premier ne sera généralement pas sujet à ce problème. Vérifiez toujours tous les angles de trace après avoir fini le routage pour vous assurer qu'aucunes traces jointes n'ont créé de pièges à acide.

3. Layout de carte compliqué

Si vous arrivez à une situation où votre carte devient complexe, vous devriez repenser la conception en un plan plus soluble où vous pouvez organiser tous les composants nécessaires du même côté. Une erreur que certains concepteurs PCB feront parfois est de placer quelques éléments sur le verso de la carte pour libérer de l'espace sur le côté principal.

Quand vous placez des composants des deux côtés d'un PCB, cela augmente le coût du processus de fabrication. De plus, l'ajout de composants de l'autre côté d'un PCB ajoute de nombreuses complications pour le fabricant.

4. Pas de masque de soudure entre les pastilles

Dans la conception PCB, le masque de soudure est l'un des éléments les plus cruciaux de tout circuit imprimé, car cela empêche le contact entre le cuivre et d'autres métaux. Sans la présence de masque de soudure entre les pastilles, un contact pourrait se former entre métaux négatifs, causant des courts-circuits inattendus.

Pour assurer que chaque circuit imprimé a un masque de soudure suffisant, incluez ceci dans les règles de conception pour toutes vos productions PCB. Ainsi, il n'y devrait jamais avoir de problèmes avec l'application du masque de soudure lors de la conversion des paramètres d'un grand PCB vers une carte de circuit plus petite.

5. Placement de vias dans les pastilles

Si l'espace est serré sur votre PCB, vous pourriez être tenté d'ajouter des vias pour libérer de l'espace. Cependant, cela pourrait affaiblir les capacités de montage du PCB en attirant la soudure loin de la carte, rendant ainsi le processus de soudure inefficace. Même si l'option vias peut être utile dans certaines circonstances, ne l'utilisez que quand nécessaire. Il en va de même pour les microvias, vias aveugles et vias enterrés.

Comment la conception pour la fabrication se traduit en layout PCB

Dans l'ingénierie PCB, les principes du DFM aident les fabricants à garder toutes les specs de conception dans un layout fonctionnel, indépendamment de la taille du PCB en question. Lors de l'incorporation des composants d'une carte dans un PCB plus petit, il peut être difficile d'ajuster les pièces en place et d'éviter des problèmes tels que pièges à acide et problèmes de dégagement de bord. Le DFM aide à éviter ces problèmes avant que la carte ne passe en production.

Avec l'ingénierie DFM, des fabricants certifiés inspectent la conception d'un circuit imprimé pour s'assurer que ses mesures sont suffisantes pour les fins visées du PCB. Ils examinent aussi la conception de la carte pour s'assurer qu'elle fonctionnera dans ses environnements prévus. Par exemple, si la carte verra une utilisation dans des machines générant une chaleur tremende, la conception PCB devra incorporer des composants et éléments protecteurs qui peuvent résister à ces conditions.

Le processus DFM assure aussi qu'une conception PCB ne recevra pas d'approbation pour la production si elle échoue à passer une série de tests de normes. Par exemple, si un PCB échoue facilement sous un ensemble de conditions de travail probables, le concepteur devra retravailler la carte avec des composants supplémentaires jusqu'à ce qu'elle puisse gérer les tâches de ses dispositifs correspondants.

Dans la production PCB, les principes du DFM vont de pair avec la conception pour la fabrication (design for fabrication), qui couvre les problèmes de fabrication et comment ils s'appliquent à un PCB.

Vérifications DFM de Millennium Circuits Limited

Quand il s'agit d'inspections de conception et de tests de conformité, vous devez chercher l'avis d'un tiers objectif et qualifié. Chez Millennium Circuits Limited, nous réalisons des analyses DFM sur les conceptions et prototypes PCB pour identifier les défauts et autres problèmes. Contactez MCL aujourd'hui pour apprendre comment nous pouvons vous aider à améliorer vos PCB avant de les mettre en production.