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Design-for-Manufacturing-Analysen als kostenloser Kundenservice : Ausgabe 08/2018, 08.05.2018

Schneller zur optimalen Leiterplatte

Die PreventPCB ist ein global aufgestellter Anbieter hochwertiger Leiterplatten und dazugehörigen Dienstleistungen wie Beschaffung, Fehleranalysen, umfangreichen Laborprüfungen. Neu im Angebot ist ein Onlinedienst für die Prototypenbestellung. Als Teil davon können Kunden auch mit einer DFM- Software kostenlos ihre Leiterplatten vorgängig prüfen und optimieren lassen. Dies dient auch der Sicherstellung der lückenlosen Rückverfolgbarkeit.

Bilder: PreventPCB

Um im heutigen internationalen Markt zu bestehen, ist es von grossem Vorteil, mit möglichst wenig Layout- bzw. Designänderungen von neuen Leiterplatten zu arbeiten. Das spart Zeit und Geld und das Produkt kommt schneller auf den Markt. Denn Entwickler verbringen im Durchschnitt rund 30 % ihrer Zeit mit Konstruktionsänderungen, deren Kosten exponentiell steigen, wenn man Konstruktionsfehler erst in einem späteren Stadium entdeckt. Valor NPI (New Product Introduction) erlaubt das fertigungsgerechte Design von Leiterplatten und hilft automatisiert Kon­struktionsfehler sofort zu erkennen und damit von Beginn an zu vermeiden.

Ab Juni DFM als kostenloser Kundenservice

Den DFM-Service wird PreventPCB ab Juni in Verbindung mit dem neuen Onlinedienst für Prototypen einführen. So kann der Kunde Prototypen online bestellen und das DFM-Feedback für sich und künftige Verbesserungen nutzen. Dies ist auch der erste Schritt des ambitionierten Projekts zur Rückverfolgbarkeit 4.0, das PreventPCB letzten November vorgestellt hat. Das Rückverfolgbarkeitsprojekt basiert auf den vier Hauptschritten Design, PCB, PCBA sowie Zuverlässigkeit (MTBF). Schritte 1 und 2 sind kurz vor Abschluss, Schritt 3 im Test mit einigen Kunden und Schritt 4 wird gerade entwickelt. Die von PreventPCB bei CADLOG erworbene DFM-Software Valor NPI befindet sich auf Rechnern im Labor in Italien und die folgenden Ausführungen basieren auf Unterlagen von CADLOG.

Mehrphasiger Herstellungsprozess

Beim DFM-Prozess gibt es mehrere Schritte, die PCB-Designphase, in der man das Produkt definiert, die NPI-Stufe sowie die Fertigungsphase, in der sowohl die Bareboard-Fertigung als auch die Leiterplattenmontage stattfinden. Innerhalb der NPI-Phase gibt es zwei Aspekte. Zum einen die Optimierung des Produktionsprozesses, zum anderen woher die Instruktionen für den Produktionsprozess kommen. Die Valor NPI-Lösung berücksichtigt beide Aspekte. Der Lebenszyklus eines elektronischen Produkts lässt sich so beschreiben: Design, Neuprodukteinführung, Produktionsanlauf, Volumenproduktion und dann Erhaltung bis zum Produktlebensende, EOL. Dabei steigen die Kosten für allfällige Fehlerbehebungen, Modifikationen oder Optimierungen oder von Stufe zu Stufe extrem an, bis zum Faktor 10. Mit DFM-Tools lassen sich PCB-Designs wesentlich früher für die Serienproduktion und Zuverlässigkeit optimieren, was Geld und kostbare Zeit spart.

Praktisch jedes Unternehmen lässt seine Designs heute über DFM laufen. Oft geschieht dies beim Lieferanten, beim Leiterplattenhersteller oder beim Assemblierer. Das Problem ist, dass die Designfirma oft andere Interessen verfolgt als die Zulieferer.

DFM-Tools ändern weder das Design noch machen sie es besser. DFM-Software zeigt denkbare Produktionsprobleme auf, die Kosten generieren oder die Zuverlässigkeit des Produkts beeinträchtigen können. Manchmal muss man die Situation akzeptieren, da der Preis für eine Designänderung zu hoch wäre. Aber gerade die Sichtbarkeit und Kontrolle dieser Kompromisse wünschen Designer. Nur wer diese Unterschiede kennt, kann richtig entscheiden.

Ganz wichtig ist die durchgängige Kommunikation

Wenn Optimierungsprozesse dem Kunden nicht übermittelt werden, geht dieser davon aus, dass sein Design offenbar in Ordnung ist und leitet dies einem nächsten Lieferanten weiter. Die verschiedenen Ergebnisse resultieren aus verschiedenen Designs, die mangels Kommunikation entstanden sind. Es ist also von höchster Wichtigkeit, dass der Kunde über alle Änderungen an seinem Design informiert wird und alle Optimierungsprozesse durch den Kunden autorisiert sein müssen. Das Geschäftsmodell vieler EMS-Unternehmen basiert auch auf der Beschaffung der Komponenten, sie fungieren als Distributor. Es stellt sich die Frage, ob auch alternative Komponenten für den Kunden aus der Form- und Pass-Perspektive annehmbar sind.

Frühzeitiges Erkennen von Fehlern spart Zeit

Die Zellvalidierung neuer Bibliotheksteile ist ein manueller, zeitaufwendiger Prozess. Den PreventPCB-Service kann man mit Fertigungsregeln zur Zellvalidierung verwenden. Zum Beispiel, Stift überstehender Lötstopplack oder Siebdruck zu nahe an Pads, oder eventuell sind die entworfenen Pads zu eng für die Stifte. All diese Probleme könnten zu einer unzureichenden oder unzuverlässigen Lötverbindung führen und somit zum Ausfall des Systems.

Auch die Positionierung der Komponenten ist für die Zuverlässigkeit des Produkts von entscheidender Bedeutung. Mit dem DFM-Service lässt sich die Platzierung gegenüber den Montageprozessen validieren: Die Anforderungen an die Bauteilfreigabe lassen sich beurteilen, der Footprint zu nahe an der Leiterplattenkante könnte während des SMT-Montageprozesses beschädigt werden oder falsch platzierte Referenzen auf dem Siebdruck gefunden werden.

Das frühzeitige Erkennen von DFM-Problemen während des PCB-Designs spart Zeit, da Korrekturen zu einem späteren Zeitpunkt schwieriger sein können. Inkrementelles DFM bietet Sichtbarkeit für die Person, die für diese Phase des Entwurfs- und Veröffentlichungsprozesses verantwortlich ist.

Auch Flex- oder Starrflex-Leiterplatten lassen sich so bewerten

Das Ausführen einer DFM-Analyse in einem frühen Stadium auf dem PCB-Designweg könnte dem Designer dabei helfen, allgemeine Fertigungsprobleme zu identifizieren und zu korrigieren. So können Fertigungstoleranzen Netzkurzschlüsse verursachen und möglicherweise das Schaltungsverhalten beeinflussen. Schaltkreise in der Nähe eines Pads müssen vollständig von der Maske abgedeckt sein, um Lötbrücken während des Montageprozesses zu vermeiden.

Auch Flex- oder Starrflex-Leiterplatten können mit diesem Verfahren bewertet werden, um eine bessere Zuverlässigkeit zu erzielen, wie Leiterpositionierung innerhalb des PCB-Biegebereichs, wie Position von plattierten Löchern in der Nähe von Versteifungen oder Verschiebung von grossen Kupferflächen zur Vermeidung von Rissen. Auch lässt sich das Pin-zu-Pad-Verhältnis gemäss den IPC-Standards bewerten, um eine bessere Zuverlässigkeit des gesamten Produkts zu erreichen. Alternative Teile, «Second Source», können auch bewertet werden, dies stellt sicher, dass unabhängig davon, welche Teile zum Einsatz kommen, keine Fertigungsprobleme auftreten.

Wertvolle Informationen für Kunden und EMS-Dienstleister

Am Ende der DFM-Analyse gibt es eine abschliessende Überprüfung, die alle Elemente (wie CAD, BOM und Netlist) in einem ODB++-Dateiformat zusammenführt, um den EMS-Montagepartnern zu helfen, ihre Arbeit zu vereinfachen. Das ODB-Format ist eine neutrale Datenbank, die von 99 % der für die elektronische Fertigung verkauften Systeme lesbar ist. Mit dem neuen Angebot der DFM-Analyse können die PreventPCB-Kunden ab sofort ihre Produkte schneller und günstiger auf den Markt bringen. 

Infoservice

PreventPCB SA
P.le Roncàa, 4, 6850 Mendrisio
Tel. 091 646 02 13, Fax 091 646 02 16
sales@preventpcb.com, www.preventpcb.com



Prinzipieller Ablauf des NPI-Prozesses – New Product Introduction


Auf jeder Stufe der Produktlebensdauerbetrachtung gilt es verschiedene Fragen zu klären


Die DFM-Analyse erlaubt dem Hersteller bereits im frühen Stadium Optimierungen vorzunehmen und so teure Fehler wie zu geringe Abstände, Verunreinigungen usw. zu vermeiden