PCB-Design für Fertigungsreportkarten

Einer meiner früheren BLOGs sprach über Kostentreiber bei PWBs. Was für die Wertschöpfungskette von gedruckten Leiterplatten (PWB) erforderlich ist, ist eine Methode zur Vorhersage der Herstellungskosten für das Substrat der gedruckten Schaltplatte (PCB) sowie der Kosten für die PCB-Montage und die Testung der PCB-Montage. Mit diesen Werkzeugen und den Metriken zur Verdrahtungsdichte können früh im Produktleben Kompromisse eingegangen werden. Viele nennen dies Design für Fertigung und Montage, ich nenne es die DFM-Zeugnisse, weil das ihr Schöpfer, Tucker Garrison, so nannte. Mit den zwei DFM-Zeugnissen, die ich hier vorstellen werde, kann eine genaue Kostenschätzung für ein vorgeschlagenes Design gemacht werden. In Tabellenkalkulationen überführt, bildet dies ein mächtiges Werkzeug zur Auswahl von PCB-Parametern und hoffentlich zur Optimierung eines Designs.

Design für Fertigung (DFM) Zeugnisse

Herstellungszeugnis

Das Herstellungszeugnis ist eine Matrix, die von einem PWB-Hersteller bereitgestellt wird und die verschiedenen Designoptionen auf einer PWB zu Designpunkten in Beziehung setzt. Diese Punkte basieren auf den tatsächlichen Preisen, die ein Hersteller für diese Merkmale berechnen wird.

Typische Faktoren, die PWB-Hersteller zur Preisgestaltung einer gedruckten Leiterplatte verwenden, sind:

• Größe der Platine und Anzahl, die auf einem Panel passen

• Anzahl der Lagen

• Material der Konstruktion

• Leiterbahn- und Abstandsbreiten

• Gesamtanzahl der Löcher

• Kleinster Lochdurchmesser

• Lötstopplack und Bauteilbeschriftungen

• Endmetallisierung oder Oberflächenfinish

• Vergoldete Randstecker

• Designspezifische Merkmale usw.

Sobald der PWB-Hersteller die Faktoren gesammelt hat, die seine Preise beeinflussen, sammelt er diese Kosten und normalisiert die Zahlen mit dem kleinsten Nicht-Null-Betrag. Das Zeugnis würde wie Abbildung 1 aussehen.

Abbildung 1. Beispiel eines Fertigungsdesign-Zeugnisses einer Firma. [1]

Montage-Zeugnis

Die Metriken der PCB-Montage "Trade-offs" beziehen Faktoren des Prozesses, der Bauteilauswahl und der Test-zu-Montage-Preise ein. Ausbeuten und Nacharbeit werden in die Punkte des Montage-Zeugnisses einbezogen. Die Gesamtpunktzahl gibt eine Schätzung der relativen Preise für Montage und Test.

Das PCB-Montagezeugnis ist eine Matrix, die vom PCB-Monteur bereitgestellt wird. Sie stellt verschiedene Montage- und Testoptionen, die der Monteur anbietet, sowie verschiedene Komponentengrößen, -orientierungen, -komplexitäten und bekannte Qualitätsstufen in Beziehung zu den Kosten, die für diese Designoptionen anfallen. Typische Faktoren, die die PCB-Montagekosten beeinflussen, sind:

• Einmaliger oder zweimaliger IR-Reflow

• Wellenlötprozess

• Manuelle oder automatische Bauteilplatzierung

• Teile mit ungewöhnlicher Form

• Qualitätsstufe der Bauteile

• Platzierung von Steckverbindern

• Testabdeckung

• Testdiagnosefähigkeit

• Belastungstests der Montage

• Kompatibilität mit Reparaturausrüstung

Indem alle mit der Montage, dem Test und der Reparatur verbundenen Kosten gesammelt und dann mit dem kleinsten Nicht-Null-Wert normalisiert werden, kann eine Matrix wie in Abbildung 2 gezeigt erstellt werden.

SMT-Montagezeugnis: Die 10 Montage-Abwägungsfaktoren des IBM-Montagezeugnisses [2] sind in Abbildung 2 dargestellt. Das Zeugnis ist das Ergebnis der Arbeit vieler PCB-Montageingenieure mit Unterstützung der Buchhaltungsabteilung. Dieses Zeugnis umfasst 10 Faktoren, die in Punkten von null bis fünfunddreißig reichen. Die Gesamtpunktzahl kann die Preise von einem 30% Rabatt bis zu einer 30% Strafe beeinflussen. Die Matrix in Abbildung 2 stammt aus der ehemaligen elektronischen Montageeinrichtung von IBM-Austin; das Diagramm veranschaulicht IBMs Preisabwägungen.

Das Zeugnis wurde Anfang der 1990er Jahre eingeführt; innerhalb von zwei Jahren nach der Nutzung des Zeugnisses lagen die Montagepunktzahlen im Durchschnitt bei etwa 75 statt der früheren 50, mit ihrer Gaußschen Verteilung. Denken Sie daran, höhere Punktzahlen deuten auf eine höhere Fertigbarkeit hin. Dies hatte einen großen Effekt bei der Reduzierung der Kosten vieler der von der Einrichtung verarbeiteten Baugruppen. Dieser Effekt ist in Abbildung 3 zu sehen. Die Punktzahlen sind nicht länger normal verteilt, aber das Projektteam hat die Entwürfe fokussiert, um die Rabatte zu nutzen. Die Sichtbarkeit der Kostenimplementierungen verschiedener Designentscheidungen, die einem Designer während der Layoutphase zur Verfügung gestellt werden, ermöglicht es dem Designer, die PCB-Fertigbarkeit oder Produzierbarkeit zu überprüfen, während sie noch rechtzeitig Designänderungen vornehmen können. Meistens wird das Feedback zur Fertigbarkeit verzögert, bis die Serienproduktion beginnt, wenn Designänderungen nicht mehr möglich sind!

Weitere Details und zusätzliche Beispiele finden Sie in Kapitel 18, „Planung für Design, Fertigung und Montage“ in McGraw-Hills PRINTED CIRCUIT HANDBOOK-Sechste oder Siebte Ausgabe, herausgegeben von Clyde F. Coombs, Jr. und Happy Holden (2016).

Abbildung 2. IBMs Montage-Design-Zeugnis [2]

Abbildung 3. Verbesserung der Produzierbarkeitspunktzahlen als Ergebnis der Nutzung des Montage-Zeugnisses. [2]

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Altium Ihnen bei Ihrem nächsten PCB-Design helfen kann oder haben Sie Fragen zu unserer PCB-Design-Software? Sprechen Sie mit einem Experten bei Altium oder lesen Sie weiter über die beste Software für PCB-Design und Fertigungsrichtlinien.

Referenzen:

1. Holden, H.T., „PREDICTING COST TRADEOFFS IN DESIGN FOR MANUFACTURING“ Surface Mount International Conference, Sept 1995, S. 659-665

2. Hume, H.; Komm, R.; und Garrison, T., IBM, "Design Report Card: A Method for Measuring Design for Manufacturability", Surface Mount International Conference, Sept 1992, S. 986-991