O design para manufaturabilidade começa na seleção de componentes

Duas semanas antes de uma fabricação piloto, uma equipe descobre que o conector placa-fio, escolhido meses antes por sua capacidade de corrente, foi movido para “não recomendado para novos projetos” (NRND). O único distribuidor que o possui em estoque tem menos unidades do que a fabricação necessita, e o fabricante informa 40 semanas para reabastecimento. O alternativo mais próximo acopla com o mesmo cabo, mas usa um footprint diferente e tem cerca de um milímetro a mais de altura.

Então, o engenheiro eletricista refaz o roteamento da região do conector. A carcaça mais alta agora colide com um ressalto do invólucro, e o projetista mecânico precisa mover esse ressalto e refazer a cotação do ferramental, fazendo o cronograma da fabricação piloto escorregar várias semanas.

Todo esse retrabalho remonta à escolha original do conector. A peça vinha de um único fabricante e tinha estoque limitado no dia em que foi escolhida, com base apenas nas especificações elétricas. Ninguém voltou a analisá-la até o aviso de NRND. O design para manufaturabilidade (DFM) traz os requisitos de produção para essas decisões iniciais, mantém esses requisitos sob revisão até a liberação e, para a maioria dos produtos eletrônicos, faz com que engenharia mecânica e elétrica os definam em conjunto.

Principais conclusões

• As escolhas iniciais de componentes, arquitetura e manufatura definem os principais direcionadores de custo de um produto, portanto considere os requisitos de produção ao tomar essas decisões.
• Verifique o status de ciclo de vida, encapsulamento e estoque do distribuidor quando escolher uma peça pela primeira vez e, depois, registre um alternativo qualificado ou um plano de mitigação na BOM.
• Reduza a quantidade de peças exclusivas com uma lista de peças preferenciais e obtenha as opções de stackup e as tolerâncias de impedância do fabricante da placa antes de definir o stackup.
• Desde o início, faça com que projetistas mecânicos e engenheiros eletricistas definam juntos decisões compartilhadas, como seleção de conectores e alturas de componentes.

Onde o custo de manufatura é determinado

Uma regra prática de longa data em pesquisa de estimativa de custos sustenta que aproximadamente 70% do custo de um produto é determinado durante o projeto inicial. David M. Anderson, autor de Design for Manufacturability, descreve o mesmo padrão em termos orçamentários: quando um projeto é concluído, apenas cerca de 8% do orçamento do produto foi gasto, mas o projeto já comprometeu cerca de 80% do custo. Ambos são aproximações e ambos dizem a mesma coisa: o custo fica definido logo no início.

Cada fase do projeto se apoia nas decisões anteriores, portanto, quanto mais tarde um problema é encontrado, maior tende a ser o custo para corrigi-lo. Um estudo da NASA sobre a escalada do custo de erros em grandes sistemas de hardware e software quantificou esse crescimento, constatando que um erro de requisitos que custa 1 unidade para ser corrigido durante a fase de requisitos custa de 3 a 8 unidades durante o projeto, de 7 a 16 unidades na fabricação e de 21 a 78 unidades durante integração e testes.

Grande parte desse custo comprometido vem de um pequeno conjunto de decisões cotidianas de projeto. As quatro práticas a seguir abordam aquelas que engenheiros mecânicos e eletricistas controlam mais diretamente.

Quatro práticas de DFM que reduzem custos antes do início do layout

1. Simplifique o projeto

O design para manufatura e montagem (DFMA), método desenvolvido por Geoffrey Boothroyd e Peter Dewhurst, começa pela contagem de peças, já que cada peça removida elimina seus custos de compra, montagem e inventário, além de modos potenciais de falha. Boothroyd Dewhurst relata que revisões de DFMA em produtos maduros normalmente reduzem custos em 15 a 40% sem alterar a função.

Reduzir o total de posicionamentos e de itens únicos na BOM economiza dinheiro de maneiras diferentes. Menos posicionamentos reduzem o tempo de montagem, enquanto menos itens únicos podem reduzir setups de alimentadores e estoque. Acompanhe ambos e mova-os na direção certa consolidando funções em menos dispositivos, questionando qualquer valor de resistor ou capacitor usado apenas uma vez na BOM e preferindo encaixes por pressão em vez de fixadores soltos.

A simplificação também se estende à linha de montagem. Isso inclui encapsulamentos com passo que o montador consiga posicionar e verificar com confiabilidade, folga para inspeção e retrabalho ao redor de peças densamente distribuídas e pontos de teste posicionados antes que o roteamento preencha a placa.

2. Padronize componentes e materiais

Com uma lista de peças preferenciais, a padronização se torna um hábito diário. Anderson, que conduziu programas de padronização de peças no Systems Group da Intel, relata a consolidação de 20.000 peças em uma lista preferencial de 500 e a redução de 2.000 valores de resistores, capacitores e diodos para 35.

Para uma lista preferencial, padrões elétricos úteis incluem encapsulamentos passivos comuns, como 0402 e 0603, uma lista curta de valores padronizados e um laminado e acabamento superficial por família de produto. Padrões mecânicos incluem espessuras padrão de chapa, tamanhos de fixadores e espaçadores. Cada item ainda precisa atender aos requisitos elétricos, térmicos e de confiabilidade do produto. As peças que sua equipe já comprou, posicionou e testou nas últimas três placas formam um bom ponto de partida para essa lista, após nova verificação do status atual de ciclo de vida e estoque.

Em um estudo revisado por pares sobre padronização de materiais em produção de pequenos lotes, reduzir o número de itens de material de 32 para 19 simplificou a gestão de fornecedores e a inspeção de recebimento.

3. Escolha peças que você consiga comprar

A disponibilidade de uma peça, seu status de ciclo de vida e as opções de segunda fonte devem constar na especificação de projeto junto com suas classificações de tensão e corrente, pois os três fatores podem afetar se um layout chegará à produção sem necessidade de redesign. A Z2 Data estima o custo de redesigns motivados por obsolescência entre US$ 20.000 e quase US$ 2 milhões, e sua análise constatou que 52% das mais de 620.000 peças que se tornaram obsoletas em 2025 não tiveram notificação prévia de mudança de produto.

Uma triagem inicial de sourcing verifica quatro pontos:

• Status de ciclo de vida: ativo, sem aviso de NRND ou fim de vida útil.
• Estoque: estoque autorizado nas quantidades necessárias para a fabricação.
• Lead time: curto o suficiente para caber no cronograma de fabricação.
• Alternativo: um candidato que corresponda em mais do que apenas pinagem, ou um plano de mitigação se não existir nenhum.

Definir o envelope elétrico, incluindo limites de tensão, corrente, tolerância e encapsulamento, antes de escolher uma peça facilita a triagem, porque uma busca paramétrica pode então retornar peças candidatas que atendam a esses filtros, incluindo alternativos de outros fabricantes. O mesmo risco de sourcing se aplica a peças mecânicas, como conectores, chaves e dissipadores de calor, em que uma única substituição pode mudar o contorno da placa, o recorte do invólucro e o cabo de acoplamento.

Fazer a triagem no momento da seleção dá à equipe tempo para avaliar alternativas. Sem essa verificação, um problema de sourcing pode surgir durante a preparação da fabricação piloto, momento em que uma substituição pode forçar mudanças tanto na placa quanto no invólucro.

4. Projete dentro do que a fábrica consegue construir

Stackup, impedância controlada e estruturas de vias são os pontos em que DFM e integridade de sinal se sobrepõem. Quando a fábrica consegue construir de forma confiável o stackup conforme projetado, as trilhas finais permanecem mais próximas daquilo que a simulação previu. Em um artigo da Sierra Circuits, o especialista em integridade de sinal Rick Hartley, da RHartley Enterprises, aconselha os projetistas a conhecerem as capacidades do fabricante de placas e desenvolverem seus projetos em torno delas.

Isso se resume a algumas escolhas recorrentes:

• Stackups simétricos limitam arqueamento e torção durante a laminação e a refusão.
• Espessuras de dielétrico em estoque evitam material sob encomenda especial e seu lead time adicional.
• A estrutura de via mais simples que atenda às necessidades de roteamento e montagem mantém o custo de fabricação baixo. Especifique vias preenchidas e capeadas apenas onde a estrutura de via exigir, como em via-in-pad e microvias empilhadas.
• Tolerâncias realistas de impedância correspondem ao processo da fábrica. A Sierra Circuits, por exemplo, consegue manter ±10% e ±5% em casos especiais.

Um projeto que exija tolerâncias mais apertadas do que a fábrica consegue atingir com confiabilidade corre o risco de exigir redesign e um segundo ciclo de fabricação. Com o stackup e as peças definidos, as regras de layout podem impor as restrições restantes, como abordado em nosso artigo sobre os oito problemas comuns de DFM que as regras de projeto detectam.

Onde o DFM mecânico e elétrico se encontram

Várias das práticas acima envolvem peças e recursos que pertencem a ambas as disciplinas: conectores, componentes altos, o contorno da placa, furos de montagem e o hardware padrão que mantém o conjunto unido.

Definir essas interfaces em comum no diagrama de blocos e no primeiro esboço do invólucro, e depois refiná-las antes do posicionamento detalhado e dos compromissos com o ferramental do invólucro, mantém os dois projetos alinhados. Adicionar as peças compartilhadas à lista de peças preferenciais leva esse alinhamento ao próximo produto. Quando o trabalho de CAD já estiver em andamento, um fluxo de trabalho sincronizado entre CAD eletrônico e mecânico (ECAD-MCAD) pode mantê-lo atualizado, como descrito em nosso artigo sobre colaboração ECAD–MCAD.

Checklist: práticas de DFM a aplicar antes do início do layout

As quatro práticas acima cobrem bastante coisa, mas as decisões mais importantes tendem a se concentrar nos mesmos pontos de verificação recorrentes. Use esta lista para garantir que nada passe despercebido antes do início do layout. 

• Defina metas tanto para o total de posicionamentos quanto para os itens únicos da BOM e acompanhe-os em cada revisão.
• Monte uma lista de peças preferenciais com base nas peças usadas nas suas últimas três placas.
• Faça a triagem do status de ciclo de vida, do estoque autorizado e do lead time de cada nova peça quando selecioná-la e verifique novamente antes da liberação.
• Registre um alternativo qualificado ou um plano de mitigação na BOM para cada peça de fabricante único.
• Definam conjuntamente conectores, componentes altos e o contorno da placa entre projeto mecânico e elétrico antes do início do posicionamento detalhado.
• Obtenha as opções de stackup e as tolerâncias de impedância do fabricante da placa antes de definir o stackup.
• Escolha a estrutura de via mais simples que atenda às necessidades de roteamento e montagem e especifique preenchimento e capeamento apenas onde a estrutura exigir.
• Confirme o acesso para inspeção e o posicionamento dos pontos de teste antes que o roteamento preencha a placa.

Como o Octopart oferece suporte à seleção de peças manufaturáveis

A triagem de sourcing é mais rápida quando dados de ciclo de vida, estoque e encapsulamento estão disponíveis em um só lugar. A pesquisa paramétrica do Octopart pode filtrar componentes por encapsulamento, tipo de montagem e dimensões, além de mostrar o status do ciclo de vida, estoque e lead time nos resultados. O Octopart reúne preços e disponibilidade de dezenas de milhões de componentes de centenas de distribuidores. Cada página de componente lista as ofertas atuais e, quando disponível, o histórico de estoque, indicando se um componente permaneceu com estoque confiável ou se ficou escasso ao longo do tempo. Fichas técnicas e símbolos, footprints e modelos 3D disponíveis ajudam os engenheiros a avaliar o componente, incluindo seu encaixe e folga. As páginas dos componentes também mostram quantos distribuidores mantêm estoque de cada item. Um componente fornecido por um único distribuidor, como o conector no exemplo de abertura, representa um risco de fonte única que deve ser resolvido antes do layout.

Quando os componentes passam para uma BOM, a Octopart BOM Tool mostra o status do ciclo de vida, os preços e o estoque de cada linha, para que a equipe possa encontrar alternativas para componentes de risco antes do início do layout.

Antes que seu próximo projeto entre no layout detalhado, execute a triagem de sourcing na sua BOM e confirme o stackup com seu fabricante de PCB, enquanto ambos ainda são fáceis de alterar.

Pesquise seu próximo componente no Octopart para verificar o status do ciclo de vida, o estoque dos distribuidores e as alternativas antes do início do layout →

Perguntas frequentes sobre Design for Manufacturability

O que é design for manufacturability (DFM) em eletrônica?

DFM é a prática de projetar um produto para que ele possa ser fabricado, montado e testado com o menor custo prático. Em eletrônica, isso abrange a seleção de componentes, escolhas de stackup e vias, regras de layout e os recursos mecânicos que a PCB compartilha com seu invólucro.

Qual é a diferença entre DFM e design for assembly (DFA)?

DFA foca no produto montado, questionando se cada componente é necessário e com que facilidade ele pode ser manuseado e inserido. DFM foca em como cada componente remanescente, incluindo a placa nua, é fabricado. Boothroyd Dewhurst combina os dois como DFMA e aplica DFA primeiro, já que um componente que pode ser eliminado não precisa ter sua fabricação otimizada.

O que um engenheiro deve verificar antes de adicionar um componente a uma BOM?

Vá além da ficha técnica e observe o status do ciclo de vida do componente, a profundidade de estoque nos distribuidores autorizados, o lead time atual e se há equivalentes disponíveis de outros fabricantes. Para um componente de fabricante único, tenha uma alternativa qualificada ou uma mitigação documentada, como um buffer de estoque acordado ou um caminho de redesign planejado.

Como o DFM se aplica ao projeto mecânico?

O DFM mecânico para eletrônica abrange o contorno da placa, recursos de montagem, alturas dos componentes, posicionamento dos conectores e encaixe no invólucro, bem como as escolhas de fixadores e ferragens que determinam o tempo de montagem.

Como o DFM reduz o time-to-market?

DFM reduz atrasos relacionados à fabricação causados por rejeições na fabricação, retrabalho na montagem e substituições tardias de componentes. Componentes padronizados, itens bem estocados e stackups compatíveis com a fabricação também reduzem o tempo de cotação, aquisição e preparação da montagem, para que a primeira construção chegue à linha mais rapidamente.