Mengoptimalkan Desain PCB untuk Manufaktur: Strategi Utama dan Praktik Terbaik

Lompat Ke:
Apa Itu Design for Manufacturing?
Tujuan DFM?
Faktor DFM
Bagaimana Design for Manufacturing Terjemahkan ke Tata Letak PCB
Pemeriksaan DFM Dari Millennium Circuits Limited

Design for Manufacturing PCBs

 

Selama sektor manufaktur dan bisnis, sejumlah besar mesin bergantung pada papan sirkuit cetak, atau PCB. Sebagaimana, kemampuan PCB membuat perangkat yang digunakan konsumen sehari-hari menjadi kenyataan.

Dengan begitu banyak yang ada pada taruhan dalam desain dan manufaktur PCB, sangat penting untuk menerapkan produksi dengan efisiensi maksimal. Untuk ini terjadi, semua pihak yang terlibat di tahap desain dan proses manufaktur harus dalam kontak konstan untuk melihat ide produk hingga selesai. Di sinilah konsep design for manufacturing dan urutan langkahnya berperan.

Apa Itu Design for Manufacturing?

Design for manufacturing (DFM) adalah proses yang memungkinkan produsen untuk memeriksa desain produk dalam serangkaian kategori untuk mengoptimalkan dimensi, materi, toleransi, dan fungsionalitas melalui cara manufaktur yang paling efisien. Dengan DFM, kontraktor produk yang bersertifikat memeriksa setiap ide produk baru dalam berbagai area untuk menemukan ukuran, materi, dan proses manufaktur terbaik untuk produk yang ada.

Produsen yang ingin sekaligus menghemat overhead dan meningkatkan kualitas produk menggunakan DFM. DFM juga memungkinkan untuk menemukan metode manufaktur alternatif untuk item dalam jangka pendek. Misalnya, jika sebuah perusahaan hanya membutuhkan produk dalam jumlah kecil, itu akan sia-sia untuk menyiapkan perangkat forming yang mahal dan high-tech untuk memproduksi item terbatas itu.

Pada saat yang sama, produk tersebut mungkin memerlukan ukuran unik yang akan sulit diproduksi tanpa peralatan industri konvensional. DFM membantu produsen menemukan metode alternatif yang dapat menghemat uang, seperti metode pemanasan untuk potongan yang memerlukan cetakan terpisah.

DFM juga membantu produsen meningkatkan desain yang sudah ada. Jika sebuah perusahaan telah memproduksi massal produk di masa lalu dan sekarang berencana untuk memproduksinya lagi, ia dapat menghemat uang kali ini dengan mengevaluasi desain asli dan proses yang digunakan untuk membuatnya menjadi produk. Jika mereka menentukan langkah-langkah sebelumnya yang sia-sia, mereka dapat menghapusnya dari proses.

Tujuan DFM?

Tujuan DFM adalah untuk menghilangkan kesalahpahaman yang dulu umum antara desainer dan produsen. Dalam dekade lalu, kedua pihak seringkali bertabrakan karena kesalahpahaman bersama. Dalam skenario tipikal, desainer akan mengonsepsikan produk dengan serangkaian ukuran dan daftar materi. Desainer kemudian akan mengirimkan cetak biru dan sketsa kepada produsen, yang tugasnya adalah memproduksi desain. Jika mereka menemukan masalah dalam desain, desainer akan menyerahkan kepada produsen untuk memperbaiki masalah ini.

Dari sudut pandang desainer, langkah-langkah yang terjadi setelah tahap desain, termasuk modifikasi, adalah tanggung jawab produsen. Masalahnya adalah produsen biasanya tidak akan memahami kerumitan proses desain, tetapi akan tahu kapan ukuran atau materi tertentu tidak praktis atau tidak mungkin. Dalam kasus seperti ini, produksi terkadang tertunda untuk renovasi desain menit terakhir yang sering mahal bagi pihak yang terlibat. Kadang-kadang, produsen terburu-buru merancang produksi meskipun ada kekurangan dan risiko cacat produk serta ketidakpuasan pelanggan.

Dengan rekayasa DFM, spesialis dari semua tahap dalam proses desain, pengembangan, dan produksi bekerja bersama setiap langkahnya. Bersama-sama, mereka membentuk tim gabungan di mana insinyur dari setiap departemen mendengar masukan dan umpan balik dari yang lain secara real time saat produk dikembangkan, diuji, dan dikembalikan untuk direvisi. DFM menghemat uang dan waktu dengan membantu perusahaan menangkap kekurangan desain hampir segera dan memperbaikinya lama sebelum tim manufaktur memulai produksi.

Tim produk dan pengembangan yang menggunakan DFM juga mencakup masukan dari pihak di luar proses manufaktur, seperti pembeli, vendor, dan pengacara. Setelah menyelesaikan desain produk, perusahaan hanya akan menghabiskan sebagian kecil dari anggaran produksi keseluruhan, namun desain akan menentukan sebagian besar biaya produk. Sebagai akibatnya, produsen memiliki terlalu banyak yang ada pada taruhan saat mereka berkomitmen pada produk.

Dengan DFM, perusahaan dapat menghilangkan kesalahan yang dapat menyebabkan jeda produksi yang mahal dan run yang sia-sia, berkat pemeriksaan kooperatif oleh insinyur dari setiap departemen yang terlibat dalam proses. DFM juga membantu produsen menghindari skenario di mana produk yang cacat dirilis kepada publik, mengakibatkan cacat tiba-tiba, komplain pelanggan, banyak Gugatan, dan krisis PR lain yang dapat merusak nama merek di mata konsumen.

Faktor DFM

Langkah-langkah DFM meliputi urutan berikut untuk menentukan proses, desain, materi, lingkungan, dan kepatuhan dari produk tertentu.

1. Proses Manufaktur

Bagian pertama DFM adalah menentukan jenis proses manufaktur yang tepat untuk digunakan untuk produk yang bersangkutan. Saat Anda perlu memproduksi produk dalam jumlah tertentu, proses harus mencakup cakupan produksi dan jumlah pencetakan yang direncanakan untuk run.

Untuk menentukan proses manufaktur terbaik untuk produk tertentu, Anda harus mempertimbangkan faktor seperti ukuran produk dan materi yang diperlukan untuk produksinya. Pertimbangkan, juga, langkah-langkah yang diharapkan oleh permukaan produk, dan apakah langkah sekunder apa pun yang perlu dilakukan di luar tahap perakitan dasar.

2. Desain Produk

Bagian berikutnya DFM adalah memeriksa desain produk dan menentukan apakah spesifikasi akan cocok untuk produk jadi, atau apakah Anda perlu membuat perubahan tambahan sebelum memulai produksi. Tujuan langkah ini adalah untuk memperbaiki masalah desain yang mungkin dari run sebelumnya dan membuat produksi Anda berjalan lebih lancar dan efisien kali ini.

Jika Anda merevisi desain yang ada, pastikan modifikasi sesuai dengan prinsip desain dasar. Pastikan untuk membahas semua keputusan di area ini dengan kontraktor manufaktur Anda, karena hal itu akan membantu Anda memastikan produksi mendatang berjalan sesuai dengan prinsip manufaktur untuk produk yang bersangkutan.

3. Materi Produk

Aspek kritis lain dari DFM adalah menentukan materi apa yang diperlukan untuk produk yang bersangkutan. Terlepas dari bentuk, ukuran, dan penggunaan yang dimaksud dari produk, Anda perlu mempertimbangkan berbagai faktor, seperti kekuatan, tekstur, dan properti termal yang diperlukan untuk materi atau produk.

Selama langkah ini, Anda perlu berkonsultasi dengan kontraktor manufaktur untuk memastikan materi yang dipilih memenuhi persyaratan untuk produksi yang ada. Jika Anda memiliki materi tertentu dalam pikiran, Anda perlu mengetahui apakah materi itu akan menahan panas dan menghantarkan listrik, karena faktor ini dapat membuat atau merusak produk.

4. Lingkungan Akhir

Sebelum Anda menyelesaikan pilihan Anda untuk proses, desain, dan materi produk, Anda perlu memeriksa lingkungan di mana konsumen akan menggunakannya. Setelah Anda menentukan jenis efek yang lingkungan ini dapat memiliki pada materi dan bentuk produk, Anda harus menentukan apakah tiga pilihan DFM sebelumnya cukup.

Contoh design for manufacturing meliputi mempertimbangkan bagaimana dan di mana konsumen akan menggunakan produk Anda. Jika Anda mengembangkan produk untuk digunakan di luar ruangan sepanjang tahun, materi akan perlu dapat menahan rentang penuh suhu ambient dan kondisi cuaca. Jika pengguna akan memasang produk pada objek lain, desain akan perlu menampung berbagai pengaturan.

5. Pengujian/Kepatuhan

Tahap akhir DFM adalah menentukan apakah desain dan materi untuk produk yang bersangkutan akan memenuhi standar keamanan dan kualitas dari berbagai entitas yang memiliki hak suara dalam hal ini. Fasilitas pengujian pihak ketiga yang bersertifikat ISO dapat menentukan ini. Analis manufaktur netral harus memantau pengujian.

Berbagai entitas mungkin memiliki standar yang akan mempengaruhi kemampuan Anda untuk melanjutkan desain dalam kondisi saat ini. Misalnya, aturan regulasi di tingkat negara bagian, federal, atau internasional mungkin anggap produk Anda tidak aman dalam konfigurasi saat ini. Produk mungkin tidak memenuhi kode industri yang dimaksud. Desain produk bahkan mungkin gagal memenuhi standar keamanan perusahaan Anda.

Kesalahan Desain Umum

Selama desain dan produksi PCB, menggunakan DFM dapat menghilangkan kesalahan berikut.

1. Edge Clearance

Salah satu kesalahan terbesar yang dapat dilakukan produsen dengan desain PCB adalah tidak mengizinkan edge clearance yang cukup. Masalah ini dapat mempengaruhi tembaga di tepi PCB, karena tembaga dapat korosi jika tidak memiliki pelapis pelindung. Jika Anda merancang PCB tanpa memperhatikan hal ini, pelapis mungkin akan terhapus selama pemotongan akhir.

Untungnya, Anda dapat dengan mudah memperbaiki masalah edge allowance jika Anda menambahkan clearance yang diperlukan ke dalam desain papan. Untuk lapisan luar PCB, pelapis hanya memerlukan tambahan 0,010 inci ke dalam desain. Untuk lapisan dalam, pelapis hanya memerlukan tambahan 0,015 inci ke dalam desain.

2. Membuat Acid Traps

Acid traps dapat menjadi masalah berulang pada desain PCB yang gagal memperhatikan masalah ini. Untuk menghindari kemungkinan ini, jangan pernah merancang jejak sudut yang lancip. Misalnya, sudut 45 derajat jauh lebih disukai daripada sudut 90 derajat. Yang terakhir dapat membuat PCB rentan terhadap acid traps, sedangkan yang pertama umumnya tidak rentan terhadap masalah ini. Selalu periksa ulang semua sudut jejak setelah Anda selesai routing untuk memastikan tidak ada jejak yang bergabung yang menciptakan acid traps.

3. Tata Letak Papan yang Rumit

Jika Anda sampai pada situasi di mana papan Anda menjadi kompleks, Anda harus mempertimbangkan ulang desain menjadi rencana yang lebih teratur di mana Anda dapat mengatur semua komponen yang diperlukan di sisi yang sama. Kesalahan yang terkadang dilakukan desainer PCB adalah menempatkan beberapa elemen di sisi terbalik papan untuk membersihkan ruang di sisi utama.

Saat Anda menempatkan komponen di kedua sisi PCB, itu meningkatkan biaya proses manufaktur. Selain itu, penambahan komponen di sisi lain PCB menambahkan banyak komplikasi bagi produsen.

4. Tidak Ada Solder Mask di Antara Pads

Dalam desain PCB, solder mask adalah salah satu elemen paling penting dari setiap papan sirkuit, karena ini mencegah kontak antara tembaga dan logam lain. Tanpa kehadiran solder mask di antara pads, kontak dapat terbentuk antara logam negatif, menyebabkan short circuit yang tidak terduga.

Untuk memastikan setiap papan sirkuit memiliki solder mask yang cukup, sertakan ini dalam aturan desain untuk semua produksi PCB Anda. Dengan cara itu, tidak akan ada masalah dengan penerapan solder mask saat mengonversi pengaturan PCB besar menjadi sirkuit yang lebih kecil.

5. Menempatkan Vias di Pads

Jika ruang sempit pada PCB Anda, Anda mungkin tergiur untuk menambahkan vias untuk membersihkan ruang. Namun, ini dapat melemahkan kemampuan pemasangan PCB dengan menarik solder dari papan, sehingga membuat proses soldering tidak efektif. Meski opsi vias dapat berguna dalam beberapa situasi, gunakan hanya jika diperlukan. Hal yang sama berlaku untuk micro, blind, dan buried vias.

Bagaimana Design for Manufacturing Terjemahkan ke Tata Letak PCB

Dalam rekayasa PCB, prinsip DFM membantu produsen menjaga semua spesifikasi desain dalam tata letak fungsional, terlepas dari ukuran PCB yang bersangkutan. Saat menggabungkan komponen dari satu papan ke PCB yang lebih kecil, sulit untuk memasang bagian di tempat dan menghindari masalah seperti acid traps dan masalah edge clearance. DFM membantu menghindari masalah ini sebelum papan memasuki produksi.

Dengan rekayasa DFM, produsen yang bersertifikat memeriksa desain papan sirkuit untuk memastikan ukurannya cukup untuk tujuan PCB. Mereka juga memeriksa tata letak papan untuk memastikan ia akan berfungsi dalam lingkungan yang dimaksud. Misalnya, jika papan akan digunakan dalam mesin yang menghasilkan panas luar biasa, desain PCB akan perlu mengintegrasikan komponen dan elemen pelindung yang dapat menahan kondisi ini.

Proses DFM juga memastikan desain PCB tidak akan disetujui untuk produksi jika gagal lulus serangkaian tes standar. Misalnya, jika PCB gagal dengan mudah di bawah serangkaian kondisi kerja yang mungkin, desainer akan perlu meremajakan papan dengan komponen tambahan hingga dapat menangani tugas dari perangkat yang sesuai.

Dalam produksi PCB, prinsip DFM berjalan bersama dengan design for fabrication, yang mencakup masalah fabrikasi dan bagaimana itu berlaku untuk PCB.

Pemeriksaan DFM Dari Millennium Circuits Limited

Saat berkaitan dengan pemeriksaan desain dan pengujian kepatuhan, Anda harus mencari masukan dari pihak ketiga yang objektif dan berkualifikasi. Di Millennium Circuits Limited, kami menjalankan analisis DFM pada desain dan prototipe PCB untuk mengidentifikasi cacat dan masalah lainnya. Hubungi MCL hari ini untuk mempelajari bagaimana kami dapat membantu Anda meningkatkan PCB Anda sebelum Anda memasukkannya ke produksi.