DFM nedir?
Üretim için Tasarım (DFM), aslında Ar-Ge ile üretim arasında bir köprü görevi görür. Daha düşük maliyetle daha iyi ürünler üretmek amacıyla ürün tasarımını basitleştirir, optimize eder ve iyileştirir.
DFM Neden Bu Kadar Önemli?
Şirketin hedefi: düşük maliyet, yüksek verim, iyi tedarik kapasitesi ve uzun vadede güvenilir ürünlerdir. Yani, daha az maliyetle daha iyi ürünler üretilebilir ve DFM, şirketlerin ihtiyaçlarını büyük ölçüde karşılayabilir. DFM, optimum verimlilik, hız ve en üst düzeyde üretkenliğin sağlanmasında hayati bir rol oynar.
Birçok kişi arasında, ürün üretim giderlerinin yaklaşık %70'inin malzeme ve üretim gibi unsurları kapsayan ilk tasarım aşamasına atfedilebileceğine dair yaygın bir inanç vardır. Sonuç olarak, DFM maliyet azaltma konusunda olağanüstü bir kapasiteye sahiptir.
Buna ek olarak, DFM tüm imalat ve üretim sürecinde de rol oynayabilir.
DFM'nin Avantajları
- DFM sayesinde üretim maliyetleri düşürülebilir
- Pazara sunum süresi kısaltılabilir
- Geliştirme maliyetleri azaltılabilir
- Revizyon ihtiyacını en aza indirin veya tamamen ortadan kaldırın
- Yeniden işleme ve yeniden işleme maliyetlerini azaltın
- Hataları ve aksaklıkları bulup önleyin
- Her aşamada tasarımı sürekli olarak iyileştirip geliştirerek üstün bir ürün kalitesi sunun.
PCB Tasarımı için DFM Süreci Gereklilikleri
PCB Size
Boyutlar, ekipmanın işleme kapasitesini aşmamalıdır. Şu anda yaygın olarak kullanılan boyut aralığı "genişlik (200 mm ~ 250 mm) x uzunluk (250 mm ~ 350 mm)" şeklindedir. Uzun kenarı 125 mm'den kısa veya kısa kenarı 100 mm'den küçük olan PCB'ler ya da PCB'nin çevresinde düzensiz şekiller bulunan PCB'ler için, yapboz şeklinde tasarlanması gerekir.
PCB Şekli
Kartın şekli dikdörtgendir. Kartın birleştirilmesine gerek yoksa, kartın 4 köşesinin yuvarlatılması gerekir; kartın birleştirilmesi gerekiyorsa, birleştirme işleminden sonra kartın 4 köşesinin yuvarlatılması gerekir ve yuvarlatılmış köşenin minimum yarıçapı r=1 mm olmalıdır. Önerilen değer r=2,0 mm'dir.
İletim sürecinin istikrarını sağlamak için, tasarımda düzensiz şekilli PCB'yi dikdörtgen şekle dönüştürmek için proses testeresinin kullanılması düşünülmelidir; özellikle köşe boşlukları doldurulmalıdır.
Saf SMT levhalar için boşluklara izin verilir, ancak PCB'nin zincir üzerinde sorunsuz bir şekilde taşınmasını sağlamak için boşluğun boyutu kenar uzunluğunun 1/3'ünden az olmalıdır.
Filetler için minimum 0,8 mm'lik bir yarıçap önerilir; gerekirse 0,4 mm'ye kadar küçük yarıçaplar da kullanılabilir.
Altın parmaklar için tasarım gereksinimleri şekilde gösterilmiştir; ancak, takma tarafındaki pah kırma gereksinimlere göre tasarlanmıştır, takılabilir kartın iki tarafı
(1~1,5)×45°'lik bir pah veya R1~R1,5'lik yuvarlatılmış bir köşe de tasarlanmalıdır.
Şanzıman tarafı
Lehimleme sırasında PCB'nin deforme olmasını en aza indirmek için, yerleştirme gerektirmeyen PCB'lerde genellikle uzun kenar iletim yönü olarak kullanılır. Benzer şekilde, yerleştirme gerektiğinde de iletim yönü olarak uzun kenar yönü tercih edilmelidir. Kısa kenarın uzun kenara oranı %80'den fazla olan PCB'lerde ise kısa kenar iletim yönü olarak kullanılabilir.
Terminal kartı genellikle yapboz tasarımını benimsediğinden, işlem tarafı genellikle iletim tarafı olarak kullanılır ve işlem tarafının en dar genişliği genellikle 4,5 mm'den az değildir.
MARK Puanları
MARK noktaları olarak da bilinen optik konumlandırma referans işaretleri, montaj sürecinde hayati bir rol oynar. Genellikle referans noktaları olarak adlandırılan bu işaretler, tutarlı ve ölçülebilir göstergeler olarak işlev görür ve tüm montaj aşamalarında devre desenlerinin hassas bir şekilde hizalanmasını kolaylaştırır. Temel işlevleri, her bir bileşenin doğru şekilde konumlandırılmasını sağlamaktır. Dolayısıyla, işaret noktaları SMT üretiminde büyük önem taşır.
Devre kartı tasarımı sırasında, Mark noktası, PCB'yi otomatik yerleştirme makinesine sabitlemek için bir konum tanımlayıcı görevi görür. Mark noktalarının seçimi, otomatik yerleştirme makinesi tarafından gerçekleştirilen bileşen yerleştirme işleminin verimliliğini doğrudan etkiler.
İşaret Noktası Türleri:
Genel olarak, Mark noktalarının seçimi otomatik yerleştirme makinesinin modeliyle ilgilidir. 3 farklı seçenek mevcuttur:
- Tek Kart İşareti: SMT
tarafından üretilen tüm ürünlerin, her bir PCB içinde, tek kart işareti gibi SMT makineleri tarafından tanımlama için tasarım gereksinimlerini karşılayan en az bir çift MARK noktasına sahip olması gerekir. - Birleştirme Kartı İşareti:
Parça kart işareti yalnızca konumlandırmaya yardımcı olma rolünü oynar. Kart birleştirmenin özel yolları şunlardır:
1) Diyagonal işaret konumu, yin ve yang kartları için aynı olmalıdır.
2) Ayna kart işaret konumu aynı olmalıdır. (R1=R2) Yerel Referans İşareti:
Yerel Referans İşareti, QFP ve BGA gibi tek tek bileşenlerin konumlandırılması için kullanılır ve yerleştirme doğruluğunu artırabilir.
Nokta Şekli:
Marka noktasının tercih edilen şekli, çapı 1 mm (±0,2 mm) olan düz bir dairedir; malzeme ise çıplak bakır (şeffaf bir oksidasyon önleyici kaplama ile korunabilir), kalay kaplı veya nikel kaplı olabilir. Yüzeyin düzlüğüne ve kenarların pürüzsüzlüğüne ve düzgünlüğüne özen gösterilmeli, rengi ise çevredeki arka plan renginden açıkça farklı olmalıdır. Baskı ekipmanı ve SMT ekipmanının tanıma etkisini sağlamak için, MARK noktasının açık alanında başka hiçbir kablolama, serigrafi, ped veya Wait-Cut bulunmamalıdır.
Yazı Boyutu:
1) Mark noktasının minimum çapı 1,0 mm, maksimum çapı ise 3,0 mm'dir. Mark noktasının boyutları: Aynı baskılı devre kartındaki boyut değişikliğinin 25 mikronu aşmaması gerektiğine dikkat edilmelidir;
2) Aynı kart numarasını taşıyan tüm PCB'lerdeki Mark noktalarının boyutlarının tekdüzeliği özellikle önemlidir. Bu gereklilik, aynı şirket tarafından üretilen ve aynı kart numarasına sahip olanlar da dahil olmak üzere tüm PCB'ler için geçerlidir.
3) RD-layout'un tüm görüntü dosyalarındaki Mark noktası işaretleme çapını 1,0 mm olarak birleştirmesi önerilir;
İşaret Noktası Kenar Mesafesi:
1) İşaret noktası (kenar), baskılı devre kartının kenarından en az 5,0 mm uzakta olmalıdır (makine kelepçesi için PCB gereklilikleri arasında belirtilen minimum mesafe) ve kartın kenarı yerine PCB kartı üzerinde yer almalı ve minimum işaret noktası açıklığı gerekliliklerini karşılamalıdır. Önemli: Burada kastedilen, işaret noktasının merkezi değil, işaret noktasının kenarı ile kartın kenarı arasındaki mesafenin en az 3,0 mm olmasıdır.
Uç Yarıçapı:
İşaret noktasının çevresinde, ek devre elemanları veya işaretlemelerin bulunmadığı boş bir alan bırakılması hayati önem taşır. İşaret noktasını çevreleyen boş dairesel alanın yarıçapı, işaret noktasının kendi yarıçapının iki katına (2R) eşit veya bundan daha büyük olmalıdır. Makine tarafından daha iyi tanınması için, Mark noktasının yarıçapının üç katı (3R) olan bir yarıçap (r) tercih edilir. Ayrıca, Mark noktası ile çevresindeki ortam arasındaki renk kontrastını artırmak da tavsiye edilir. r içinde hiçbir karakter bulunmamalıdır (bakır veya serigrafi vb.). Mark noktaları için malzeme seçiminde çeşitli seçenekler mevcuttur. Mark noktaları çıplak bakırdan, şeffaf bir antioksidasyon kaplamasıyla korunan çıplak bakırdan, nikel veya kalay kaplı veya lehim kaplı olabilir. Lehim maskesi kullanılıyorsa, Mark noktasını veya açık alanını kaplamamalıdır.
MARK Puanları Konumlandırma:
Bileşenlerin doğru şekilde yerleştirilmesini sağlamak için, devre kartı veya kompozit kart üzerindeki işaret noktaları, mümkün olduğunca birbirinden uzak olacak şekilde çapraz olarak konumlandırılmalı ve tercihen en uzun köşegen boyunca dağıtılmalıdır.
Mark Noktası Düzgünlüğü:
Mark nokta işaretlemeleri için yüzey düzgünlüğü toleransı, düz ve pürüzsüz bir yüzey sağlamak üzere 15 mikron [0,0006 inç] aralığında olmalıdır.
Konumlandırma Delikleri:
Her PCB, köşelerinde en az iki adet konumlandırma deliği bulunacak şekilde tasarlanmalıdır. Bir jigsaw panelinde, dört köşeye dağıtılmış dört konumlandırma deliği bulunmalıdır. Konumlandırma deliklerinin standart açıklığı 2,00±0,08 mm'dir ve konumlandırma deliğinin merkezi ile kartın kenarı arasındaki mesafe 5 mm olmalıdır. Hizalama deliğine bitişik bileşenler veya pedler, hizalama deliğinin kenarından en az 1,5 mm uzaklıkta olmalıdır.
MARK Puanlarının Geçerlilik Süresi:
MARK noktalarının geçerliliği, aynı köşegen üzerinde çiftler halinde yer almalarına bağlıdır. Performansı en üst düzeye çıkarmak için, Mark noktası işareti ile baskılı kartın alt tabaka malzemesi arasında görsel açıdan belirgin bir kontrast sağlanması hayati önem taşır. Ayrıca, tüm Mark noktalarının iç arka planında tutarlılık sağlanması da çok önemlidir; bu nedenle bu noktaların birbirinin aynısı olması gerekir.
Delik metalizasyonundan kaçının:
Konumlandırma delikleri ve topraklama yapılmayan montaj delikleri, metal kaplama sorunlarını önlemek amacıyla genellikle metal kaplamasız delikler olarak tasarlanır.
Ürün Üretiminde DFM Nasıl Uygulanır?
Şematik şemadan başlayın
Şematik şema tasarım sürecinde, tasarımcının malzeme seçimi, hedeflenen işlevselliği yerine getirmeye odaklanır. Ancak, bilinçli kararlar verebilmek için fiyat, güvenilirlik ve malzemenin kullanım ömrü gibi bir dizi ek faktörü de göz önünde bulundurmak çok önemlidir. Tasarım aşamasında bu konuyu düşünmeye başlarsanız, birçok sorundan kurtulabilir ve üreticiyle ilgili sorunları önleyebilirsiniz.
Burada BOM'dan bahsetmem gerekiyor. Piyasada birçok uygun malzeme seçeneği bulunmaktadır ve bunlar aslında pek çok sorunu çözebilir.
PCB Tasarımı
PCB düzeni, genel tasarım süreci içinde büyük önem taşır. İlk tasarım aşamalarında, kartın konfigürasyonuna ilişkin hayati kararlar, üretim sürecini doğrudan etkiler.
1) Tek katmanlı kart, çift katmanlı kart veya çok katmanlı kart
İki katmanlı kartlar genellikle sinyal bütünlüğü ve termal yönetim için kullanılırken, kartın üretilebilirliği de göz önünde bulundurulur. Örneğin, kullanılan viyalar için gerekli kart kalınlığının belirlenmesi, optimum delme en-boy oranını gerektirir; bu da farklı bir kart malzemesi kullanılmasını veya kartın katman sayısının değiştirilmesini gerektirir.
2) Kart modeli taslağı
PCB'nin modelini ve ana hatlarını belirleyin; bu, sabit bileşenlerin yerleştirilmesi, delikler, yuvalar vb. dahil olmak üzere devre kartının şekli ve boyutunun ayrıntılı olarak belirlenmesini gerektirir. Yeniden tasarım ve montaj hatalarının önlenebilmesi için bu konuda özen gösterilmelidir. (Yeniden tasarım ve montaj hatalarının risklerini azaltmak için bu konuda dikkatli olmak çok önemlidir.)
3) Malzemeler
Montaj sırasında lehimleme sorunlarını önlemek için malzemelerin hazır olması gerekir.
DFM Gereksinimlerine Göre Yerleştirme ve Yollandırma
PCB bileşen yerleştirme ve kablo döşeme söz konusu olduğunda, özellikle yüksek hızlı ve güç devrelerinde elektriksel performansı optimize etmek için en kısa sinyal yollarını elde etmek hayati önem taşır. Kart düzenleme süreci boyunca, PCB tasarımcısının elektriksel gereksinimler ile kartın üretim kısıtlamaları arasında uyumlu bir denge kurması zorunlu hale gelir.
Yüzeye Monte Aygıt
Montaj makinesinin otomatik olarak montaj yapabilmesi için bileşenler arasında belirli bir mesafe bırakılması kesinlikle gereklidir; elbette manuel lehimlemeyi kaçınılmaz kılan bazı durumlar da vardır.
- Eklenti ve yama, lehim dalgasının yönü boyunca kart üzerine dik olarak yerleştirilmelidir; bu, bileşen pimlerinin etrafında lehimin eşit dağılımını kolaylaştırır.
- Eklentinin yerleştirilmesi de lehimlemeyi etkileyecektir; örneğin, eklenti ve yama PCB kartının aynı tarafında olduğunda, yeniden akış lehimlemesi dalga lehimlemesinden önce gerçekleştirilecektir.
Yeniden akış lehimleme
- İki pimli daha küçük ayrı SMT parçalarının, yeniden akış lehimlemesi için termal dengesi sağlanmalıdır.
- Bir ped geniş bir metal alana bağlandığında, ısı emici görevi görebilir ve o ped üzerindeki lehim pastasının diğer pedlere göre daha yavaş yeniden akmasına neden olarak, parçanın yerinde sabit kalmasına yol açabilir.
- Ped boyutu da bir sorundur; çünkü çok büyük pedler parçanın hizasından kaymasına neden olabilirken, çok küçük pedler ise sağlam bir bağlantı oluşturmak için yeniden akıtma işlemine yetecek kadar lehim pastası tutamayabilir.
PCB paketleri
- Pimlerine göre çok büyük delikler, lehim maddesinin içinden çok hızlı bir şekilde akmasına neden olarak zayıf lehim bağlantılarına yol açabilir.
- Çok büyük SMT pedleri çok fazla lehim pastası içerebilir; bu da komşu pedlere köprü oluşturarak kısa devrelere yol açabilir.
- Pedlere çok yakın olanlar da lehim köprüsüne meyillidir. Bu durum, bunu önlemek için pedler arasında yeterli lehim bariyeri bulunmayan ince aralıklı bileşenlerde sıklıkla görülür.
Tasarımın Son Haline Getirilmesi ve Belgelendirme
Bileşen yerleştirme ve kablo döşeme unsurlarının ötesinde, PCB tasarım aşamasında kartın üretilebilirliğini derinden etkileyen pek çok başka sorumluluk da bulunmaktadır.
PCB Testi
Montaj sürecinin doğruluğunu kontrol etmek için, devre kartlarında genellikle test aparatının problarının erişebileceği test noktaları bulunur. Ancak, test noktaları orijinal tasarımda yer almıyorsa, kartın üretime geçebilmesi için bu noktaların eklenmesi amacıyla yeniden tasarlanması gerekir. Bu tür yeniden tasarımlar sadece maliyetli ve zaman alıcı olmakla kalmaz, aynı zamanda daha önce mevcut olmayan yeni DFM sorunlarına da yol açabilir.
Serigrafi ve Karton Üzerine İşaretleme
Serigrafi işaretlemeleri, PCB testleri, onarım ve hata giderme işlemleri için önemlidir. Kart üzerinde gerekli bilgiler bulunmadığında, onarım ve test teknisyenleri belirli parça veya polarite işaretlerini aramak zorunda kaldıkları için üretim süreci yavaşlayabilir.
Tasarım Özet Çizimleri
Tasarım değişikliklerine ilişkin eksiksiz ve doğru bilgiler olmadan, üretim detaylarının doğrulanması sırasında zaman kaybı yaşanabilir. Kartın üretimi sırasında zaman kaybı yaşanabileceği gibi, daha da kötüsü, hatalar da ortaya çıkabilir.
