Baugruppen-Prototyping (fast) ohne Risiko

Es beschleicht einen schon ein besonderes Gefühl, wenn ein Design fertiggestellt ist und man die ersten Leiterplatten beim Baugruppenhersteller in Auftrag gibt. Auch wenn kein Entwickler der Welt dieses besondere Gefühl gegen irgendetwas eintauschen würde: Das damit verbundene Unbehagen aus der Welt zu schaffen, ist sicherlich sehr willkommen. Dazu finden Sie hier einige Reviewpunkte, die Ihre Nerven besser beruhigen werden als ein Feierabend-Besuch in der Bar – Ihre Fehlervermeidung ist damit weitaus effektiver!

Schon bevor Sie die Leiterplattenfertigungs- und Bestückungsdienstleistungen beauftragen, können Sie einiges tun, um die Lieferzeiten zu verkürzen. Betrachten Sie frühzeitig die Beschaffungskette und stellen Sie DFM/DFA sicher. Indem Sie diese Aspekte bereits während der Entwicklung konsequent berücksichtigen, können Sie den Aufwand bei der Designprüfung und die Montage-/Fertigungszeiten reduzieren. Auch unnötige Redesigns Ihrer Baugruppe lassen sich so wirksam vermeiden, wenn Sie auf folgende Punkte achten.

Keine Teile? Keine Boards.

Supply-Chain-Management, einst eine gelegentliche frustrierende Lektion in Geduld und Planung, ist mittlerweile schon in der Prototypenphase ein kritischer Designfaktor. Nichts ist schlimmer, als ein mehrere Millionen Dollar teures Entwicklungsprojekt um eine Woche verzögert zu haben, weil zehn schäbige Mikrocontroller zu je 2 Dollar nicht für den Prototypenbau beschafft werden konnten.

Herkömmliche passive Bauelemente, Dioden, LEDs oder Standard-ICs sind meist leicht zu ersetzen und erfordern wahrscheinlich keine größeren Änderungen Ihres Layouts. Ein nicht verfügbarer Mikrocontroller, FPGA, SoC oder andere Spezialbauteile können ein nahezu vollständiges Redesign Ihrer Flachbaugruppe erzwingen. Sie sollten deshalb immer frühzeitig die Komponentenverfügbarkeit und Beschaffungszeiten prüfen, bevor Sie einen Fertigungsauftrag erteilen. Den Suchfunktionen in Ihren Design-Tools kommt hier eine wichtige Rolle zu. Sie helfen Ihnen dabei, Beschaffungsdaten und Bauteilsymbole und Anschlussbelegungen zu finden.

Am besten ist es, für alle Bauteile Mustermengen zu bestellen, sobald der Schaltplan fertig ist. Sicher. Niemand mag Hamster, die in knappen Zeiten einen Haufen Bauteile horten, aber wir reden hier nur über vergleichsweise wenige Bauteile. Die potenzielle Verschwendung eines Viertels der Komponenten, die bis zur Serienreife aus der Baugruppe wieder herausentwickelt wurden, sind nichts im Vergleich zu der Zeit, die Firmware-Entwickler verschwenden, wenn sie keine Hardware haben, an der sie arbeiten können. Kurzer Hinweis: Es ist auch wichtig, den Moisture Sensitivity Level (MSL) jedes Bauteils zu kontrollieren. Ein Hersteller muss die Teile eventuell vor dem Platzieren auf der Leiterplatte für das SMT-Reflow-Verfahren trocknen.

Design-Reviews machen Spaß!

Die meisten Ingenieure wissen zwei Dinge über das Design-Review ganz gewiss: a) Es ist für eine A-Release zwingend erforderlich, b) das Review abzuschließen, kann ein großer Gefallen sein, um den man einen Kollegen bitten muss. Ein Design-Review muss jedoch für den Reviewer nicht zur Tortur werden. Wie bei allem anderen auch lässt sich der Prozess durch monetären Anreiz und Wettbewerb unterhaltsamer gestalten! So könnte der Designer den Reviewer z. B. für gefundene Fehler bezahlen lassen. Etwa 20 Euro für jeden kritischen Fehler, der eine Boardüberarbeitung verursacht hätte und 2 Euro für nicht-kritische Fehler wären sicherlich angemessen. Vielleicht kann das Unternehmen sogar ein 200-Euro-Preisgeld ausloben, dessen Restbetrag der Designer behalten kann, um einen Anreiz für herausragendes Design zu schaffen und einen gesunden Wettbewerb zu fördern.

Keine Design-Review-Checkliste wäre vollständig, ohne die Gerber-Daten in einem Programm eines Drittanbieters zu überprüfen. Genau das wird auch der Hersteller tun, um die Datei zu prüfen. Zwar sind 99,99 % aller Fehler Design- und/oder Konfigurationsfehler, aber bei jedem eCAD-Paket hat sich irgendwann ein Fehler eingeschlichen – die 5 Minuten zur Überprüfung lohnen sich. GerbV ist beispielsweise ein kostenloses Open-Source-Werkzeug, mit dem der Konstrukteur jede Lage einzeln und alle zusammen auf Konstruktionsfehler oder CAM-Ausgabefehler überprüfen kann.

Dummys

Wenn man bedenkt, dass das ultimative Ziel jedes PCBA-Designs darin besteht, vom Computer wegzukommen und etwas in der realen Welt zu konstruieren, gibt es einen einfachen und schnellen Weg, die Mechanik zu überprüfen: einen Dummy (oder auch Paper Doll)! Neben der Überprüfung der Abmessungen einer flexiblen oder starr-flexiblen Leiterplatte, wie Tara Dunn es hier diskutiert, kann man zusätzliche Bauteilumrisse und Anschlussflächen mit ausdrucken. Damit lassen sich kritische Bauteile auf dem Blatt platzieren, um sicherzustellen, dass die Anschluss-Pads genau an der richtigen Stelle sind. BGAs und LGAs können auf die gleiche Weise getestet werden, wenn Sie stattdessen eine bedruckbare transparente Folie verwenden. 

Feiertagsstimmung!

Die besprochenen Maßnahmen tragen sicherlich dazu bei, das aufsteigende Gefühl der Beklemmung nach der Auftragserteilung in eine Vorfreude auf die Lieferung der Baugruppen zu verwandeln. So gut es sich auch anfühlt, eine Flachbaugruppe für die Fertigung freizugeben; noch besser ist es, wenn der Designer sich sicher ist, dass sie auch wirklich funktionieren wird. Viel Spaß beim Entwerfen (und Überprüfen)!

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