Design for Manufacturing (DFM), cosa significa nel PCB Design

Cosa significano espressioni come Design for Manufacturing (DFM), DRC, DFF, DFA o DFx? Si tratta di termini utilizzati di continuo nel mondo de PCB Design, che riguardano le analisi di producibilità e sono spesso usati in modo intercambiabile. Ma di cosa si tratta esattamente e perché il DFM è un aspetto così importante del processo di progettazione?

Il DFM – che si potrebbe tradurre come “progettazione per la producibilità” – consiste nell’organizzare la topologia del layout del PCB in modo da attenuare i problemi che si potrebbero verificare durante i processi di fabbricazione e di assemblaggio di un sistema elettronico.  L’attività di DFM viene a volte scissa nelle sue due componenti: Design for Fabrication (DFF) e Design for Assembly (DFA), rispettivamente per la fabbricazione e l’assemblaggio.

Un sottoinsieme dei controlli DFM è costituito dal Design Rule Checking (DRC), che consiste principalmente nel verificare che siano state rispettate le regole riguardanti la spaziatura minima tra i diversi oggetti che compongono il PCB. Il DFM va oltre, perché consente di identificare questioni nella topologia del circuito che potenzialmente potrebbero provocare problemi in fase di produzione.

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Fig. 1 – Queste starved thermals hanno passato il DRC elettrico ma in realtà la connessione verso la sorgente reale è insufficiente

L’analisi DFM fino a non molto fa veniva lasciata ai produttori o era appannaggio delle sole strutture di progettazione che potevano permettersi software costosi e staff dedicati. Oggi ci sono tool software alla portata di tutti, ormai indispensabili per ottenere i principali benefici dell’analisi DFM:

  1. risparmio sui costi del PCB finito;
  2. mantenimento degli obiettivi progettuali;
  3. prevenzione degli insuccessi.

Individuazione delle problematiche con il DFM

Il costo in fase di produzione di un’insufficiente analisi DFM può arrivare al 20% del costo totale del PCB. L’elettronica ad alta tecnologia di oggi rende frequenti problematiche come l’interferenza magnetica, l’integrità di segnale, il cross talk, ecc. Se individuate in fase di produzione, esse possono portare a modifiche del progetto originale da parte dei tecnici CAM. Le modifiche in fase di produzione costituiscono un grosso problema se non vengono comunicate ai progettisti, perché gli stessi problemi possono perpetuarsi di continuo. In particolare, se di una certa scheda viene prodotto un nuovo lotto presso un altro assemblatore, i costi aggiuntivi si presentano nuovamente.

Fig. 2 – Le trappole di acido possono “intrappolare” l’acido durante il processo di incisione del PCB più a lungo di quanto desiderato ed eliminare così del tutto una connessione, rendendo difettoso il circuito

Dunque una corretta analisi DFM effettuata prima del prototipo consente di includere le modifiche necessarie già all’interno del progetto, assicurandosi una produzione senza costi nascosti o modifiche indesiderate.

Quali sono le tipiche problematiche rilevate dall’analisi DFM? Principalmente quelle che riguardano la topologia del PCB e che non emergono in fase di progetto col CAD elettronico. Ecco alcuni esempi:

  • Connessioni che rimangono isolate rispetto al piano di alimentazione (“starved thermals”)
  • Trappole di acido negli angoli acuti delle piste, che possono “aprire” un circuito
  • Sottili scaglie di rame che si sfilacciano (“slivers”)
  • Rame troppo vicino al bordo della scheda
  • Solder mask mancante
  • Ecc.

La buona notizia è che sul mercato sono disponibili tool per il DFM con un costo di acquisto e di mantenimento limitati, sicuramente convenienti per evitare costosi cicli di riprogettazione. Tali tool possono essere utilizzati dai progettisti non necessariamente esperti di produzione. Inoltre è possibile configurare settaggi di regole predefiniti per i diversi produttori, in modo di adattare l’analisi DFM alle caratteristiche di chi dovrà effettivamente occuparsi della produzione.

In conclusione, una buona analisi DFM non solo consente al progetto di avere le prestazioni elettriche che ci si aspetta, ma anche di effettuare la produzione con successo in grandi volumi senza rischi, incrementi di costi o allungamento dei tempi.

Fig. 3 – Piccole sbavature di rame possono staccarsi durante l’assemblaggio, diffondendosi durante la saldatura e riconnettendosi inavvertitamente ovunque nel PCB, unendo tra loro diverse net

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Design for Manufacturing (DFM), cosa significa nel PCB Design
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Design for Manufacturing (DFM), cosa significa nel PCB Design
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Design for Manufacturing (DFM), ecco cosa significa concretamente e come si applica nel PCB Design per prevenire eventuali problemi in fase di produzione
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Cadlog S.r.l.
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Paolo SubioliDesign for Manufacturing (DFM), cosa significa nel PCB Design