Informes de Calificación para el Diseño de PCBs para Fabricación

Uno de mis primeros BLOGs hablaba sobre Factores que Afectan el Costo de las PWB. Lo que se requiere para la Cadena de Valor de la placa de circuito impreso (PWB) es un método para predecir el costo de fabricación del sustrato de la placa de circuito impreso (PCB), así como el costo de ensamblaje de la PCB y la prueba de ensamblaje de la PCB. Con estas herramientas y las métricas de densidad de cableado, se pueden realizar compensaciones al principio de la vida del producto. Muchos llaman a esto Diseño para Fabricación y Ensamblaje, yo lo llamo las Boletas de Calificaciones DFM porque así es como su creador, Tucker Garrison, lo llamó. Con las dos Boletas de Calificaciones DFM que describiré aquí, se puede hacer una estimación precisa del costo de un diseño propuesto. Colocadas en hojas de cálculo, esto forma una herramienta poderosa para seleccionar parámetros de PCB y, con suerte, para optimizar un diseño.

Tarjetas de Reporte de Diseño para Fabricación (DFM)

Tarjeta de Reporte de Fabricación

La tarjeta de reporte de fabricación es una matriz suministrada por un fabricante de PWB que relaciona las diversas opciones de diseño en una PWB con puntos de diseño. Estos puntos se basan en los precios reales que un fabricante cobrará por estas características.

Factores típicos que los fabricantes de PWB utilizan para determinar el precio de una placa de circuito impreso son:

• Tamaño de la placa y número que cabe en un panel

• Número de capas

• Material de construcción

• Anchos de pistas y espacios

• Número total de agujeros

• Diámetro del agujero más pequeño

• Máscara de soldadura y leyendas de componentes

• Metalización o acabado final

• Conectores de borde chapados en oro

• Características específicas del diseño, etc.

Una vez que el fabricante de PWB ha recopilado los factores que influyen en sus precios, recoge estos costos y normaliza las cifras con la cantidad más pequeña no nula. La boleta de calificaciones se vería como la Figura 1.

Figura 1. Ejemplo de la boleta de calificaciones de diseño de fabricación de una empresa. [1]

Boleta de Calificaciones de Ensamblaje

Las métricas de los "compromisos" de ensamblaje de PCB relacionan factores de proceso, selección de componentes y precios de prueba a ensamblaje. Los rendimientos y el retrabajo se incluyen en los puntos de la Boleta de Calificaciones de Ensamblaje. El total de puntos proporciona una estimación de los precios relativos de ensamblaje y prueba.

La tarjeta de reporte de ensamblaje de PCB es una matriz suministrada por el ensamblador de PCB. Relaciona diversas opciones de ensamblaje y prueba que el ensamblador proporciona, junto con varios tamaños de componentes, orientaciones, complejidad y calidad conocida, con los costos de proveer para estas elecciones de diseño. Los factores típicos que afectan los costos de ensamblaje de PCB son:

• Reflujo IR de una o dos pasadas

• Proceso de soldadura por ola

• Colocación de partes manual o automática

• Piezas de formas extrañas

• Nivel de calidad de la parte

• Colocación de conectores

• Cobertura de prueba

• Diagnóstico de prueba

• Prueba de estrés de ensamblaje

• Compatibilidad del equipo de reparación

Al recopilar todos los costos asociados con el ensamblaje, prueba y reparación y luego normalizar estos costos con el valor no cero más pequeño, se puede producir una matriz como la mostrada en la Figura 2.

Informe de Evaluación de Montaje SMT: Los 10 factores de compensación de montaje del Informe de Evaluación de IBM se muestran en la Figura 2. La tarjeta de informe fue el trabajo de muchos ingenieros de montaje de PCB con la ayuda del departamento de contabilidad. Esta tarjeta de informe tiene 10 factores que varían en puntos de cero a treinta y cinco. Los puntos totales pueden afectar los precios desde un descuento del 30% hasta una penalización del 30%. La matriz en la Figura 2 es de la antigua instalación de montaje electrónico de IBM-Austin, el gráfico ilustra los compromisos de puntos de precio de IBM.

La boleta de calificaciones fue introducida a principios de los años 90; dentro de los dos años de uso de la boleta de calificaciones, los puntajes de los puntos de ensamblaje promediaban alrededor de 75 en lugar de los 50 anteriores, con su distribución gaussiana. Recuerde, puntajes más altos indican mayor producibilidad. Esto tuvo un efecto mayor en la reducción de los costos de muchos de los ensambles procesados por la instalación. Este efecto se puede ver en la Figura 3. Los puntajes ya no están distribuidos de manera normal, pero el equipo del proyecto ha enfocado los diseños para aprovechar los descuentos. La visibilidad de las implementaciones de costos de diferentes opciones de diseño, proporcionada a un diseñador mientras está en la fase de diseño, permite al diseñador verificar la manufacturabilidad o producibilidad de PCB mientras todavía pueden hacer cambios de diseño oportunos. ¡La mayoría de las veces, la retroalimentación sobre la manufacturabilidad se retrasa hasta la producción en volumen cuando ya no es posible realizar cambios de diseño!

Para más detalles y ejemplos adicionales, lea el Capítulo 18, “Planificación para el Diseño, Fabricación y Ensamblaje” en el MANUAL DE CIRCUITOS IMPRESOS de McGraw-Hill-Sexta o Séptima Edición editado por Clyde F. Coombs, Jr. y Happy Holden (2016).

Figura 2. Tarjeta de Reporte de Diseño de Ensamblaje de IBM [2]

Figura 3. Mejora en los puntajes de producibilidad como resultado del uso de la Tarjeta de Reporte de Ensamblaje. [2]

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Referencias:

1. Holden, H.T., “PREDICTING COST TRADEOFFS IN DESIGN FOR MANUFACTURING” Conferencia Internacional de Montaje Superficial, septiembre de 1995, pp 659-665

2. Hume, H.; Komm, R.; y Garrison, T., IBM, "Design Report Card: A Method for Measuring Design for Manufacturability", Conferencia Internacional de Montaje Superficial, septiembre de 1992, pp 986-991