Perché il DFM può aumentare i ricavi nel mondo dell’Elettronica
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DFM è un acronimo che sta per Design For Manufacturing. È una disciplina sempre più importante nell'Industria Elettronica, perché gioca un ruolo cruciale nell'Introduzione di Nuovi Prodotti, riducendo i costi, aumentando la qualità ed evitando spiacevoli sorprese durante l'effettiva produzione. In questo articolo vedremo cos'è esattamente il DFM e come uno strumento come Valor NPI può aiutare sia i designer che i produttori in un processo di Introduzione di Nuovi Prodotti realmente basato sul DFM.
Cosa è esattamente DFM?
In senso generale, il DFM può essere definito come la pratica di progettare i prodotti in modo tale che siano facili e convenienti da produrre. Perché è così importante? L'importanza della progettazione per la produzione è sottolineata dal fatto che:
- circa il 70% dei costi di fabbricazione di un prodotto (costo dei materiali, della lavorazione e dell'assemblaggio) sono determinati dalle decisioni di progettazione;
- solo il 20% di questi costi può essere attribuito a decisioni di produzione (come la pianificazione del processo o la selezione dei tool).
Quindi, se vuoi tenere sotto controllo il time-to-market, il costo di produzione e la qualità del tuo prodotto, le decisioni prese durante la fase di progettazione sono le più importanti. Questo è il campo di applicazione del DFM.
Nel mercato dell'elettronica, il Design for Manufacturing è applicato al circuito stampato. La sua produzione è composta da due fasi diverse:
- Fabbricazione, che consiste nella realizzazione della scheda "nuda" dove sono collocati i componenti;
- Assemblaggio, che consiste nel posizionamento di tutti i componenti sulla scheda.
Tecnicamente parlando, si fa una distinzione tra Design for Fabrication (DFT) e Design for Assembly (DFA), perché i problemi che si possono incontrare (e prevenire) sono diversi nei due casi.
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Questo documento discute gli otto passi da compiere per assicurarsi il successo dell'assemblaggio di PCB e il successo dell'azienda, nonché il modo in cui gli strumenti NPI di Siemens Valor possono aiutarti a raggiungere tale successo.
DFM e NPI
Sia il DFT che il DFA sono finalizzati a una New Product Introduction (NPI) di successo, il processo di introduzione di un nuovo prodotto nel processo di produzione e infine nel mercato. Nella NPI ideale non si ha nessuna sistemazione del progetto con correzioni, o implementazione di contromisure per problemi in produzione.
Le decisioni prese durante il layout del PCB influenzano direttamente il successo del processo NPI. Qualsiasi problema di producibilità riscontrato in un progetto causerà un ritardo come minimo, o addirittura, la necessità di un re-spin.
La parola "re-spin" è tipica di questo processo. È utile approfondirne il suo significato. Re-spin fa parte del gergo del settore. Significa essenzialmente rifare, riprovare, fare un'altra revisione, "tornare al tavolo di disegno", per usare un'espressione popolare tra i designer. Se si deve tornare alle fasi precedenti del processo di progettazione, allora è necessario passare di nuovo attraverso tutti i passaggi, compresi i test e la verifica. Ogni ulteriore re-spin significa costi maggiori e tempi più lunghi.
L'evoluzione del DFM
Il DFM è sempre stato in qualche modo adottato sin dall'inizio della produzione di circuiti stampati negli anni '50. In questi decenni, si è evoluto drasticamente, fino a diventare parte integrante delle introduzioni di nuovi prodotti (NPI). Oggi, il software NPI abbraccia la progettazione e la produzione per ottimizzare un PCB per la fabbricabilità. Prende dati e conoscenze direttamente dalla produzione che possono essere utilizzati durante la progettazione, la fabbricazione, l'assemblaggio e il test.
I migliori progettisti trovano che il software NPI permetta loro di identificare più modi per ottimizzare i loro prodotti durante il processo di rilascio iniziale, con la conoscenza incorporata delle capacità dei produttori e dei fornitori di assemblaggio.
Questo approccio di considerare i bisogni di tutte le persone coinvolte nell'intero processo è chiamato "DFM Intelligent". È intelligente perché chiunque può beneficiarne: progettisti di PCB, ingegneri di produzione e società di servizi di produzione elettronica (EMS) o produttori a contratto.
Il DFM Intelligente
L'approccio "intelligente" include anche l'uso della logica dei sistemi esperti per automatizzare l'analisi DFM. È quello che fa il software Valor NPI di Siemens. L'analisi DFM automatizzata di alta qualità si basa su una combinazione di tecnologie PCB e vincoli di produzione. La tecnologia PCB può essere determinata automaticamente con dati di progettazione intelligenti. Ad esempio, il peso del rame di ogni strato è critico nell'analisi DFM for Fabrication. Questo è dovuto alla compensazione dell'etch applicata e, quindi, il risultato dell'etch-back varierà in base al peso del rame utilizzato.
Il peso del rame varia tra gli strati interni ed esterni. Una spaziatura di 3 millimetri su uno strato interno fatto di rame da 0,5 once potrebbe essere accettabile. Ma è necessaria una spaziatura maggiore sugli strati esterni - fino a 4-mil di spaziatura con l'uso di rame da 1 oz. Inoltre, le vias impilate sequenzialmente laminate richiedono un diverso insieme di regole DFM rispetto a un PCB convenzionale a singola laminazione.
Lasciando che il software DFM agisca su ognuno di questi vincoli, si risparmia automaticamente lo sforzo di progettazione e si ottengono i risultati desiderati in modo coerente per ogni utente, indipendentemente dalla sua esperienza di produzione. Inoltre, Valor NPI può eseguire un'analisi completa delle saldature, come mostrato nell'immagine sottostante, per individuare potenziali problemi di saldabilità.
Ottimizzazione dei pannelli
Poiché il DFM si evolve continuamente, ora il software Valor NPI viene utilizzato anche per progettare e ottimizzare i pannelli PCB. Molte aziende sono inefficienti nel loro processo di progettazione dei pannelli, anche per i pannelli di assemblaggio o gli array. In genere, i progettisti utilizzano uno strumento CAD meccanico 2D per creare un disegno di come dovrebbero apparire i pannelli di assemblaggio una volta ricevuti dal produttore di schede nude. Sono necessarie diverse ore per creare il disegno e aggiungere note e dimensioni, poi lo inviano al loro fabbricante come file di disegno muto (dumb). "Dumb" significa che il file di disegno non contiene informazioni che il costruttore può utilizzare nel processo di attrezzaggio. Invece, il costruttore deve ricreare il pannello con il suo software CAM e inviare un'immagine di prova al progettista per l'approvazione. Con la tecnologia disponibile oggi, questo livello di processi manuali ridondanti non è necessario.
Invece, il team di progettazione può facilmente creare pannelli di assemblaggio usando il software Valor NPI e includere tutti gli elementi necessari: binari, tooling holes, fiducials e caratteristiche di rout o v-score. Valor NPI può ottimizzare automaticamente le schede all'interno del pannello di assemblaggio per minimizzare i costi del materiale di fabbricazione.
Digitalizzazione dei dati
Infine, l'introduzione di un nuovo prodotto comporta la creazione, la convalida e la consegna del pacchetto di dati di progettazione alle case di fabbricazione e di assemblaggio. Storicamente, viene consegnato come un pacchetto che comprende una combinazione dei seguenti elementi:
- File Gerber
- File di perforazione
- File di netlist
- File di test
- Distinta base di produzione
- Disegni di foratura
- Disegni dei pannelli di montaggio - Disegni del percorso
- Disegno di impilamento
- Note sul disegno.
Per un'industria che guida la digitalizzazione del pianeta, la produzione di PCB è fortemente dipendente da processi manuali con istruzioni comunicate attraverso disegni e documenti 2D, non relazionali. C'è qualcosa nella documentazione che non può essere rappresentato come un campo dati? Reti che sono intenzionalmente in cortocircuito? Un campo dati può essere etichettato alle reti appropriate. Colore del soldermask sul lato superiore?
Con Valor NPI, i dati possono essere trasferiti dalla progettazione ai produttori completamente digitalizzati. Questa è la premessa essenziale per la trasformazione digitale dell'industria elettronica e per l'implementazione dello Smart Manufacturing.
Il valore aggiunto di Valor NPI
Gli esempi precedenti hanno chiarito cos'è un DFM intelligente e qual è il suo ruolo nel processo NPI. Ma nel caso di Valor NPI, lo strumento stesso è in grado di dare un valore aggiunto per almeno tre motivi aggiuntivi:
- è davvero facile da usare, con una curva di apprendimento rapida e risultati tangibili ai primi utilizzi;
- viene fornito con il set di regole IPC incorporato nel software;
- il controllo dei giunti di saldatura DFA è incluso nella confezione.
Il processo aziendale Valor NPI
In conclusione, possiamo dire che il DFM è il vero elemento di continuità tra Design e Manufacturing. Appartiene al campo di attività del Design, ma ha il maggiore impatto sulla Produzione. Come possiamo vedere nel grafico qui sotto, in un processo NPI snello - rappresentato dalla linea verde - meno re-spin e migliore qualità significa che la rampa verso il volume è più ripida. Di conseguenza, le entrate sono più alte.
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Questo documento discute gli otto passi da compiere per assicurare il successo dell'assemblaggio di PCB e il successo dell'azienda, nonché il modo in cui gli strumenti NPI di Siemens Valor possono aiutarvi a raggiungere tale successo.
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