Qué es el de DFM o diseño para manufactura

¿Qué es el de Diseño para Manufactura DFM de PCB?

1. ¿Qué es el diseño para la manufactura DFM (Design for manufacture) en electrónica y PCB?

Tiene muchos conceptos significados dependiendo de la empresa y del contexto Este comprende el DFM diseño para manufactura (Design for manufacture), diseño para el ensamble (DFA), diseño para las pruebas (DFT), confiabilidad (DFR), diseño para el ambiente (DFE), diseño para costo (DFC), remanufactura (DFR), todo esto se conoce como (DFX) o diseñó para la excelencia, en el diseño, desarrollo y manufactura de productos, equipos, dispositivos o aparatos electrónicos, mecatrónicos, eléctricos.

 

Costos de no diseñar para la manufactura DFM
Norma IPC 2231A

2. ¿Cómo se hace el DFM - DFX?

Se trata de involucrar a las personas pertinentes desde las etapas iniciales, para que aporten sus puntos de vista, directrices, restricciones y especificaciones durante la fase de planificación del diseño. Esto incluye al cliente, al equipo de marketing, así como a los ingenieros mecánicos, electrónicos y eléctricos, al responsable del ensamblaje, la fabricación y el gerente de proyecto. Este enfoque permite revisar los aspectos relacionados con el desempeño, los costos y la fiabilidad del producto electrónico.

Cómo se hace el DFM, DFX etapas desempeño, costos y confiabilidad del producto
Cómo se hace el DFM, costos de los ciclos de vida del diseño

En el diseño se fijan un 70%-80% de los costos del ciclo de vida debido a las decisiones del diseño que se tomaron, como los costos de manufactura, uso, mantenimiento, garantía. Es importante tener para nuevas tecnologías, considerar la complejidad del diseño y manufactura, los costos (DFC) asociados a la fabricación, ensamble, las pruebas y los requerimientos mecánicos

También la duración y confiabilidad deseada se debe revisar en etapas iniciales, la tasa de defectos o falla aceptable, el tiempo medio de vida entre fallas (MTBF), esto se relaciona con el diseño para la confiabilidad, especialmente para aplicaciones de tipo aeroespacial, militar y médico.

Costos de no diseñar para la manufactura DFM
diseño para el cumplimiento normativo DFX o DFM

El diseño para cumplimiento normativo (DFC) implica considerar la seguridad y compatibilidad electromagnética, para realizar los ensayos y pruebas requeridos para certificar el producto, en las normas de producto o test.

Dependiendo de la complejidad, madurez y la etapa en la que esté nuestro diseño, si es el primer prototipo, segundo, tercero o hasta el cuarto prototipo, se tendrá mayor intensidad en el uso de lineamientos guía, listas de chequeo o checklist enfocados, según las decisiones de diseño, en diseñar para la manufactura, para el ensamble, la fabricación o para el costo.

documentos guía para diseñar la manufactura, ensamble, fabricación y costo DFX

3. Las Normas IPC que ayudan en el DFM y DFX

Norma IPC 2231A para DFM y DFX

Una de las más conocidas es la IPC 2231, acerca de las buenas prácticas de la industria, ayudando en el análisis y la construcción de estas listas de chequeo de DFM, DFA, DFT, DFC, DFR, y otras más como la IPC 2221, IPC 2222, IPC 610, IPC 620, J-STD-001

Muchas no son específicamente una norma de DFX o DFM, pero ayudan a la concientización y entendimiento del mismo, estudiándolas desde el punto de vista del diseño para la manufactura, fabricación, ensamble o de la reparación, el diseñador puede anticiparse, para lograr la aceptación o cumplimiento de las mismas.

Normas para herramientas de diseño DFX

4. ¿Qué es el diseño para fabricación DFF dentro del DFM?

Definición diseño para fabricación DFF y manufactura DFM

Se conoce como estrategias, métodos, técnicas, guías, para optimizar el diseño, al menor costo posible, y sea confiable, desde una temprana etapa de la planeación del diseño del producto. Dependiendo de la empresa y el contexto, a veces involucra la fabricación de PCB, el ensamble PCBA y las pruebas o test del PCBA, a veces para otros implica solo la fabricación o ensamble. 

Esto significa que el diseñador conozca los procesos básicos de manufactura (fabricar, ensamblar, probar un PCBA). Sería muy formativo si el diseñador pudiera hacer una visita a una manufacturadora, fábrica o ensambladora y conocer de primera mano, cómo se realizan esos procesos. También para entender los problemas, que pueden implicar las decisiones de diseño (y errores), como: reprocesos, retrabajos, revisiones, inspecciones, defectos, retrasos y sobrecostos en la manufactura. 

Procesos básicos de fabricación y ensamble de PCB DFM

5. ¿Qué es el diseño para fabricación DFF?

Procesos de diseño para fabricación DFM

Implica conocer los procesos y normas IPC que aplican. Esto implica decisiones en cuanto a capacidades del fabricante, materiales para RF, materiales comunes, tipo de tejido y resina, espesor, complejidad de procesamiento, pila de capas, ancho de pistas, factor de etch, espesor del cobre, espaciamiento, anillo anular, tecnología de vías, diámetros de perforación o drills máximo o mínimo, cobertura de vías, metalizado o plating, planaridad (especialmente para BGA o QFN), recubrimiento disponible, solder mask, expansión y mínimo mask, marcado, terminados, balanceo de cobre, capas, cortes y  test de PCB según IPC.

Desde el punto de vista del diseñador y del producto, hay diferentes materiales, dependiendo si se requiere un desempeño térmico, con diferente capacidad de conducir, soportar el calor, una estabilidad dimensional, TG Temperatura de transición de vidrio, CTE Coeficiente de expansión, Td Tiempo de descomposición, disipación térmica Tk. Para alta frecuencia es importante considerar el control de impedancia y la integridad de la señal, la pila de capas, ancho de pista, espaciamiento, constante de permitividad Er, tipo de tejido, la tecnología de vías, las pérdidas en frecuencia por el laminado y cobre, de acuerdo con el material, su tejido y la resina.

 

Selección del material para diseño de manufactura DFM
DFM para microvias en BGA

Si se está trabajando en HDI, alta densidad, se usan diferentes tipos de vías, microvías, vía enterrada o vía ciega, via in pad, especialmente para BGA, vías apiladas, en escalera, su profundidad y su transición.

Es importante para el fabricante, especificar la clase de desempeño IPC, si es un producto clase 1, electrodoméstico o de servicio de electrónica general, clase 2 de electrónica industrial o de servicio dedicado, o clase 3 de alta confiabilidad, militar, medico, aeronáutico. También el nivel de producibilidad, como herramienta de comunicación con el manufacturador, que esperamos que sea el básico o general A, o nivel B o estándar, o nivel C reducido, y su implicación en la complejidad de materiales, dificultad de procesamiento, cantidad de inspecciones, desecho y la implicación en los costos.

Clase de desempeño y nivel de producibilidad IPC DFF y DFM
Especificaciones básicas de diseño para fabricación DFF

Lo anterior son consideraciones básicas de diseño para la fabricación o manufactura que se deben tener en cuenta como diseñador, seguido como reglas de diseño, en el proceso de diseño y en la comunicación con el fabricante para asegurarse que se sigan las consideraciones del mismo, independiente de la herramienta de software de diseño o manufactura.

Puedes leer

Bibliografía: 

IPC 2231, IPC 2222, 

IPC Association Connecting Electronics Industries. (2012). IPC 2221B Generic Standard of printed board Design. Bannockburn, IL: IPC. IPC.

IPC Association Connecting Electronics Industries. (2014). IPC A 610 G Aceptabilidad de Ensambles Electrónicos.  En IPC. Bannockburn, IL, USA: IPC.

CID study guide. IPC. Associaton connecting electronics industries. 2023. ipc.org

Dr. Craig Hillman, DfR Solutions. Design for Excellence 2010.Maryland. USA.

DFX Guidelines. 2019. Asociation Connecting Electronics Industries. ipc.org

Welcome to the world of PCB. 2023. EVA PCB.  evapcb.com

Step by Step to Explain Printed Circuit Board (PCB) Manufacturing Process. 2023.  raypcb.com/pcb-board-manufacturing/

PC CHECKLIST for Producing Rigid Printed Board Assemblies. 2019 Asociation Connecting Electronics Industries. ipc.org

HDI MICROVIA. design-rules-poster-hdi-microvia-cbt-en-v1  www.we-online.com.Wurth Electronik.

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