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El DFM puede aumentar tus ingresos en electrónica

Las siglas DFM hacen referencia al diseño para la fabricación (en inglés, "Design For Manufacturing"). Se trata de una disciplina cada vez más importante en la industria electrónica, ya que juega un papel crucial en la introducción de nuevos productos (NPI), al ayudar a reducir los costes, aumentar la calidad y evitar sorpresas durante la fase de producción. En este artículo veremos en qué consiste exactamente el DFM y cómo una herramienta como Valor NPI puede ayudar tanto a los diseñadores como a los fabricantes en un proceso de introducción de nuevos productos basado en el DFM.

¿Qué es exactamente el DFM?

En un sentido general, el DFM puede definirse como la práctica de diseñar productos de manera que sean fáciles y rentables de fabricar. ¿Por qué es tan importante?

  • Alrededor del 70% de los costes de fabricación de un producto (coste de los materiales, de la transformación y del montaje) vienen determinados por las decisiones de diseño.
  • Solo el 20% de esos costes puede atribuirse a las decisiones de producción (como la planificación del proceso o la selección de las máquinas).

Para mantener bajo control el tiempo de comercialización, el coste de producción y la calidad del producto, las decisiones tomadas durante la fase de diseño son las más importantes. Este es el campo de aplicación de DFM.

En el mercado de la electrónica, el diseño para la fabricación se aplica a la placa de circuito impreso. Su producción se compone de dos etapas diferentes:

  • La fabricación, consistente en la realización de la placa "desnuda", sobre la cual colocarán los componentes.
  • El montaje, que consiste en la colocación de los varios componentes sobre la placa.

Desde el punto de vista técnico, se distingue entre el diseño para la fabricación (DFT) y el diseño para el montaje (DFA), ya que los problemas que se pueden encontrar (y prevenir) son diferentes en cada uno de los dos casos.

DFM and the NPI business process
DFM y el proceso de NPI.

White Paper

En este documento se abordan los ocho pasos necesarios para asegurar el éxito en el ensamblaje de PCB y en el negocio, junto con la forma en que las herramientas Siemens Valor NPI pueden ayudarte a alcanzar ese éxito.

DFM y NPI

Tanto el DFT como el DFA tienen como objetivo el éxito de la introducción de un nuevo producto (NPI) en el proceso de fabricación y, finalmente, en el mercado.

Las decisiones tomadas durante las fases de diseño de la PCB afectan directamente al éxito del proceso de NPI. Cualquier problema de fabricación que se encuentre en un diseño provocará, como mínimo, un retraso o, incluso, la necesidad de un re-spin o rediseño.

La palabra re-spin es típica de este proceso. Conviene subrayar su significado, ya que forma parte de la jerga del sector. Significa, esencialmente, rehacer, reintentar, hacer otra revisión, volver a la mesa de dibujo, por utilizar una expresión popular entre los diseñadores. Si hay que volver a etapas anteriores del proceso de diseño, hay que repetir un ciclo que incluye las pruebas y la verificación. Cada nuevo ciclo de rediseño implica más costes y tiempo.

La evolución del DFM

Some kind of DFM has always been adopted since the beginning of the Printed circuit boards manufacturing in the 1950s. In these decades, DFM has evolved dramatically, to the point of becoming an integral part of new product introductions (NPI). Today, NPI software spans design and manufacturing to optimize a PCB for manufacturability. It takes data and knowledge directly from manufacturing that can be used throughout design, fabrication, assembly and test.

Best designers find that NPI software lets them identify multiple ways to optimize their products during the initial release process, with embedded knowledge of the fabricators’ and assembly suppliers’ capabilities.

This approach of considering the needs of everyone involved in the whole process is called "intelligent DFM". It is intelligent because anyone can benefit from it: PCB designers, manufacturing engineers and electronics manufacturing service (EMS) companies or contract manufacturers.

Intelligent DFM

The "intelligent" approach includes also the use of expert system logic to automate DFM analysis. It is what Valor NPI software from Siemens does. High-quality automated DFM analysis is based on a combination of PCB technologies and manufacturing constraints. PCB technology can be automatically determined with intelligent design data. For example, the copper weight of each layer is critical in the fabrication DFM analysis. This is because of the etch compensation applied and, thus, resultant etch-back are going to vary based on the copper weight used.

Copper weight will vary between inner and outer layers. A 3-mil spacing on an inner layer made of 0.5 oz. copper could be acceptable. But more spacing is required on the outer layers - as much as 4-mil spacing based with the use of 1 oz. copper. In addition, sequentially laminated stacked vias require a different set of DFM rules than a conventional, single-lamination PCB.

Letting the DFM software act on each of these constraints automatically saves engineering effort and delivers the desired results consistently for every user, regardless of their manufacturing expertise. In addition, Valor NPI can perform a complete solder analysis, as shown in the picture below, to locate potential solderability issues.

DFM checking
Valor NPI can run solder validation analyses as part of the DFM checking.

Panel optimization

As DFM evolves continuously, now Valor NPI software is also used to design and optimize PCB panels. Many companies are inefficient in their panel-design process, even for assembly panels or arrays. Typically, designers will use a 2D mechanical CAD tool to create a drawing of what the assembly panels should look like when received from the bare-board fabricator. Several hours are required to create the drawing and add notes and dimensions, then they send it to their fabricator as a dumb drawing file. “Dumb” means the drawing file contains no intelligence that the fabricator can key off of in the tooling process. Instead, the fabricator must recreate the panel with their CAM software and send a proof image back to the designer for approval. With the technology available today, this level of redundant manual processes is unnecessary.

Instead, the design team can easily create assembly panels using the Valor NPI software and include all the elements needed: rails, tooling holes, fiducials and rout or v-score features. Valor NPI can automatically optimize the boards within the assembly panel to minimize the fabrication material costs.

panel optimization n DFM
Valor NPI can optimize both fabrication and assembly panels. Here, fitting the PCBs together in a more efficient pattern of assembly panels produces 20 assembly panels instead of the original design’s 12 panels.

Data digitization

Finally, new product introduction involves creation, validation and delivery of the design data package to the fabrication and assembly houses. Historically, it is delivered as a package comprised of some combination of the following:

  • Gerber files
  • Drill files
  • Netlist files
  • Test files
  • Manufacturing BOM
  • Drill drawings
  • Assembly panel drawings • Route drawings
  • Stackup drawing
  • Drawing notes.

For an industry that drives the digitalization of the planet, PCB production is heavily dependent on manual processes with instructions communicated through 2D, non-relational drawings and documents. Is there anything in documentation that cannot be represented as a data field? Nets that are intentionally shorted? A data field can be tagged to the appropriate nets. Top-side soldermask color?

With Valor NPI, data can be transferred from the design to manufacturers completely digitized. This is the essential premise for Digital Transformation of the Electronic Industry and for implementation of Smart Manufacturing.

The Valor NPI added value

The examples above made it clear what an intelligent DFM is and what is its role in the NPI process. But in the case of Valor NPI, the tool itself is able to give you an added value for at least three additional reasons:

  • it is really easy to use, with a quick learning curve and tangible results at the first uses;
  • it comes with the IPC rule set embedded inside the software;
  • the DFA solder joint check is included out of the box.

The Valor NPI Business Process

In conclusion, we can say that DFM is the true element of continuity between Design and Manufacturing. It belongs to the field of activity of Design, but it has the biggest impact on Manufacturing. As we can see in the chart below, in a lean NPI process - represented by the green line - fewer re-spins and better quality means the ramp to volume is steeper. As a consequence, the revenue is higher. That's the point.

Valor NPI Business Process in DFM
The Valor NPI Business Process

White Paper

This paper discusses the eight steps that you need to take to ensure PCB assembly success and the success of the business, as well as how Siemens Valor NPI tools can help you achieve that success.

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