Apa itu DFM?
Desain untuk Manufaktur (DFM) pada dasarnya merupakan jembatan antara penelitian dan pengembangan (R&D) dengan proses produksi. DFM menyederhanakan, mengoptimalkan, dan meningkatkan desain produk guna menghasilkan produk yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah.
Mengapa DFM Begitu Penting?
Tujuan perusahaan: biaya rendah, hasil tinggi, kapasitas pasokan yang baik, dan produk yang andal dalam jangka panjang. Dengan kata lain, produk yang lebih baik dapat dihasilkan dengan biaya lebih rendah, dan DFM dapat memenuhi kebutuhan perusahaan secara signifikan. DFM memainkan peran penting dalam memastikan efisiensi optimal, kecepatan, dan produktivitas maksimal.
Ada keyakinan yang meluas di kalangan banyak orang bahwa sekitar 70% dari biaya produksi dapat dikaitkan dengan fase desain awal, yang mencakup aspek-aspek seperti bahan baku dan proses produksi. Akibatnya, DFM memiliki potensi yang luar biasa dalam pengurangan biaya.
Selain itu, DFM juga dapat berperan dalam seluruh proses manufaktur dan produksi.
Manfaat DFM
- Dengan DFM, biaya produksi dapat ditekan
- Mempercepat waktu peluncuran produk
- Mengurangi biaya pengembangan
- Meminalkan kebutuhan akan revisi atau menghilangkannya sama sekali
- Mengurangi pekerjaan ulang dan biaya pekerjaan ulang
- Temukan kesalahan dan gangguan, serta hindari hal tersebut
- Hadirkan tingkat keunggulan produk yang lebih tinggi dengan terus menyempurnakan dan meningkatkan desain di setiap tahap.
Persyaratan Proses DFM untuk Desain PCB
Ukuran PCB
Dimensi tidak boleh melebihi kapasitas pemrosesan peralatan. Saat ini, rentang ukuran yang umum digunakan adalah "lebar (200 mm ~ 250 mm) x panjang (250 mm ~ 350 mm)". Untuk PCB dengan sisi panjang kurang dari 125 mm atau sisi pendek kurang dari 100 mm, atau bentuk yang tidak beraturan di sekitar PCB, PCB tersebut perlu dirancang seperti potongan puzzle.
Bentuk PCB
Bentuk papan tersebut adalah persegi panjang. Jika Anda tidak perlu menyambungkan papan, keempat sudut papan harus dibulatkan; jika Anda perlu menyambungkan papan, keempat sudut papan setelah proses penyambungan harus dibulatkan, dengan radius minimum sudut yang dibulatkan sebesar r=1 mm. Nilai yang disarankan adalah r=2,0 mm.
Untuk memastikan stabilitas proses transmisi, desain harus mempertimbangkan penggunaan jigsaw proses untuk mengubah PCB berbentuk tidak beraturan menjadi bentuk persegi panjang, terutama celah sudut harus diisi.
Untuk papan SMT murni, celah diperbolehkan, tetapi ukuran celah harus kurang dari 1/3 panjang sisi untuk memastikan PCB dapat dikirim dengan lancar di rantai.
Untuk fillet, disarankan menggunakan radius minimal 0,8 mm, dan radius sekecil 0,4 mm dapat digunakan jika diperlukan.
Persyaratan desain untuk golden fingers ditunjukkan pada gambar, kecuali bahwa chamfering pada sisi penyisipan dirancang sesuai dengan persyaratan, kedua sisi papan plug-in
Tebal chamfer (1~1,5)×45° atau sudut bulat R1~R1,5 juga harus dirancang.
Sisi Transmisi
Untuk meminimalkan deformasi PCB selama proses penyolderan, umumnya sisi yang lebih panjang digunakan sebagai arah pengiriman untuk PCB yang tidak memerlukan penataan ulang. Demikian pula, jika penataan ulang diperlukan, arah sisi yang lebih panjang juga harus digunakan sebagai arah pengiriman. Untuk PCB dengan rasio sisi pendek terhadap sisi panjang lebih dari 80%, sisi pendek dapat digunakan sebagai arah pengiriman.
Karena papan terminal umumnya menggunakan desain jigsaw, sisi proses umumnya digunakan sebagai sisi transmisi, dan lebar terpendek sisi proses umumnya tidak kurang dari 4,5 mm.
Poin MARK
Tanda acuan penempatan optik, yang juga dikenal sebagai titik MARK, memainkan peran penting dalam proses perakitan. Titik-titik tanda ini, yang sering disebut sebagai titik referensi, berfungsi sebagai penanda yang konsisten dan dapat diukur, sehingga memudahkan penyelarasan pola sirkuit secara presisi di seluruh tahap perakitan. Fungsi utamanya adalah memastikan penempatan yang akurat untuk setiap komponen. Oleh karena itu, titik-titik tanda ini memiliki arti yang sangat penting dalam produksi SMT.
Selama proses desain papan sirkuit, titik Mark berfungsi sebagai penanda posisi untuk memasang PCB ke mesin penempatan otomatis. Pemilihan titik Mark secara langsung memengaruhi efisiensi penempatan komponen yang dilakukan oleh mesin penempatan otomatis.
Jenis Titik Mark:
Secara umum, pemilihan titik Mark berkaitan dengan model mesin penempatan otomatis. Terdapat 3 jenis opsi:
- Tanda Papan Tunggal:
Semua produk yang dihasilkan oleh SMT harus memiliki setidaknya satu pasang titik MARK di setiap PCB yang memenuhi persyaratan desain untuk identifikasi oleh mesin SMT, seperti tanda papan tunggal. - Tanda Papan Penyambungan:
Tanda papan penyambungan hanya berperan dalam membantu penentuan posisi. Cara khusus penyambungan papan adalah:
1) Posisi tanda diagonal harus sama untuk papan yin dan yang.
2) Posisi tanda papan cermin harus sama. (R1=R2) Tanda Fiducial Lokal: Tanda
Fiducial Lokal digunakan untuk penempatan komponen individu seperti QFP dan BGA, yang dapat meningkatkan akurasi penempatan.
Bentuk Titik Penanda:
Bentuk yang disarankan untuk titik penanda adalah lingkaran penuh dengan diameter 1 mm (±0,2 mm), dan bahannya adalah tembaga murni (yang dapat dilindungi dengan lapisan anti-oksidasi bening), berlapis timah, atau berlapis nikel; selain itu, perlu diperhatikan kerataan serta tepi yang halus dan rapi, serta warnanya harus jelas berbeda dari warna latar belakang di sekitarnya. Untuk memastikan efektivitas pengenalan oleh peralatan cetak dan peralatan SMT, tidak boleh ada kabel, sablon, pad, atau potongan terbuka di area terbuka titik MARK.
Ukuran Huruf:
1) Diameter minimum titik Mark adalah 1,0 mm, dan diameter maksimumnya adalah 3,0 mm. Ketentuan titik Mark: Perlu diperhatikan bahwa perubahan dimensi pada papan cetak yang sama tidak boleh melebihi 25 mikron;
2) Yang sangat penting adalah keseragaman ukuran semua titik Mark di seluruh PCB yang memiliki nomor papan yang sama. Persyaratan ini berlaku untuk semua PCB, termasuk yang memiliki nomor papan identik yang diproduksi oleh perusahaan yang sama.
3) Disarankan agar RD-layout menyamakan diameter penandaan titik Mark pada semua file gambar menjadi 1,0 mm;
Jarak Tepi Titik Mark:
1) Titik Mark (tepi) harus berjarak ≥5,0 mm dari tepi papan cetak (jarak minimum antara penjepit mesin sesuai persyaratan PCB), dan harus berada di dalam papan PCB, bukan di tepi papan, serta memenuhi persyaratan jarak minimum titik Mark. Penekanan: Yang dimaksud adalah jarak antara tepi titik Mark dan tepi papan ≥ 3,0 mm, bukan pusat titik Mark.
Jari-jari Tepi Titik Mark:
Di sekitar titik Mark, sangat penting untuk menjaga zona kosong yang bebas dari elemen sirkuit tambahan atau tanda-tanda lainnya. Jari-jari area lingkaran kosong yang mengelilingi titik Mark harus sama dengan atau lebih besar dari dua kali jari-jari (2R) titik Mark itu sendiri. Untuk meningkatkan pengenalan mesin, disarankan menggunakan radius (r) sebesar tiga kali radius titik Mark (3R). Disarankan juga untuk meningkatkan kontras warna antara titik Mark dan lingkungan di sekitarnya. Tidak boleh ada karakter apa pun di r (tembaga atau sablon, dll.) Mengenai pemilihan bahan untuk titik Mark, tersedia beberapa pilihan. Titik Mark dapat terdiri dari tembaga telanjang, tembaga telanjang yang dilindungi oleh lapisan anti-oksidasi transparan, berlapis nikel atau timah, atau dilapisi dengan solder. Jika masker solder digunakan, masker tersebut tidak boleh menutupi titik Mark atau area terbukanya.
MARK Points Posisi:
Untuk memastikan penempatan komponen yang tepat, titik-titik Mark pada papan sirkuit atau papan komposit sebaiknya ditempatkan secara diagonal sejauh mungkin, dan sebaiknya tersebar di sepanjang diagonal terpanjang.
Tingkat Kerataan Titik Mark:
Toleransi kerataan permukaan untuk tanda titik Mark harus berada dalam kisaran 15 mikron [0,0006 inci], guna memastikan permukaan yang rata dan merata.
Lubang Penempatan:
Setiap PCB harus dirancang dengan setidaknya dua lubang penempatan di sudut-sudutnya. Pada panel jigsaw, harus terdapat empat lubang penempatan yang tersebar di keempat sudutnya. Diameter standar lubang penempatan adalah 2,00±0,08 mm, dan jarak antara pusat lubang penempatan dengan tepi papan harus 5 mm. Komponen atau pad yang berdekatan dengan lubang penempatan harus memiliki jarak minimal 1,5 mm dari tepi lubang penempatan.
Masa Berlaku Poin MARK:
Keabsahan titik MARK bergantung pada penampilannya yang berpasangan di sepanjang diagonal yang sama. Untuk mengoptimalkan kinerja, sangat penting untuk memastikan adanya kontras yang jelas dalam penampilan visual antara tanda titik MARK dan bahan substrat papan cetak. Selain itu, konsistensi pada latar belakang bagian dalam semua titik MARK sangatlah penting, sehingga titik-titik tersebut harus tetap identik.
Hindari Metalisasi Lubang:
Lubang penempatan dan lubang pemasangan yang tidak terhubung ke ground umumnya dirancang sebagai lubang yang tidak dilapisi logam untuk menghindari masalah pelapisan logam.
Bagaimana Cara Menerapkan DFM dalam Proses Produksi Produk?
Mulailah dengan Diagram Skematik
Dalam proses perancangan diagram skematik, pemilihan bahan oleh perancang berfokus pada pemenuhan fungsi yang diinginkan. Namun, penting untuk mempertimbangkan berbagai faktor tambahan, termasuk harga, keandalan, dan siklus hidup bahan, agar dapat membuat keputusan yang tepat. Jika Anda mulai memikirkannya sejak tahap perancangan, Anda dapat menghemat banyak masalah dan menghindari kesulitan yang mungkin dihadapi oleh produsen.
Di sini saya harus membahas BOM. Ada banyak pilihan bahan yang sesuai di pasaran, yang sebenarnya dapat menyelesaikan banyak masalah.
Tata Letak PCB
Tata letak PCB memegang peranan penting dalam keseluruhan proses desain. Selama tahap-tahap awal desain, keputusan-keputusan krusial terkait konfigurasi papan secara langsung memengaruhi proses pembuatannya.
1) Papan satu lapis, papan dua lapis, atau papan multi-lapis
Papan dua lapis sering digunakan untuk integritas sinyal dan manajemen termal, sambil juga mempertimbangkan kemudahan manufaktur papan. Misalnya, menentukan ketebalan papan yang diperlukan untuk via yang digunakan adalah rasio aspek bor yang optimal, yang memerlukan penggunaan bahan papan yang berbeda atau mengubah jumlah lapisan papan.
2) Garis besar model papan
Tentukan model dan garis besar PCB, yang memerlukan bentuk dan ukuran papan sirkuit yang terperinci, termasuk penempatan komponen tetap, lubang tembus, slot, dll. Perhatian harus diberikan di sini agar kesalahan perancangan ulang dan perakitan dapat dihindari. (Kewaspadaan sangat penting dalam aspek ini untuk memitigasi risiko kesalahan perancangan ulang dan perakitan.)
3) Bahan
Untuk menghindari masalah penyolderan selama perakitan, bahan-bahan harus sudah disiapkan.
Penempatan dan Perutean Sesuai Persyaratan DFM
Dalam hal penempatan komponen dan perancangan jalur pada PCB, mewujudkan jalur sinyal terpendek merupakan hal yang sangat penting, terutama pada sirkuit berkecepatan tinggi dan sirkuit daya, guna mengoptimalkan kinerja listrik. Selama proses perancangan tata letak papan, perancang PCB harus mampu mencapai keseimbangan yang harmonis antara persyaratan listrik dan batasan-batasan manufaktur papan tersebut.
Perangkat Pemasangan Permukaan
Agar mesin pemasangan dapat melakukan pemasangan secara otomatis, sangatlah penting untuk menjaga jarak tertentu antar komponen, dan tentu saja ada beberapa komponen yang tidak bisa dihindari untuk disolder secara manual.
- Plug-in dan patch harus dipasang tegak lurus terhadap papan PCB sejajar dengan arah gelombang timah, yang memudahkan distribusi timah yang merata di sekitar pin komponen.
- Penempatan plug-in juga akan memengaruhi proses penyolderan; misalnya, ketika plug-in dan patch berada di sisi yang sama dari papan PCB, penyolderan reflow harus dilakukan sebelum penyolderan gelombang.
Pemasangan solder dengan metode reflow
- Komponen SMT diskrit berukuran kecil dengan dua pin perlu diseimbangkan secara termal untuk proses penyolderan reflow.
- Ketika sebuah pad terhubung ke area logam yang luas, pad tersebut dapat bertindak sebagai heat sink dan menyebabkan pasta solder pada pad tersebut mengalami reflow lebih lambat daripada pad lainnya, sehingga menghasilkan komponen yang menonjol.
- Ukuran pad juga menjadi masalah, karena pad yang terlalu besar dapat menyebabkan komponen melayang keluar dari posisi sejajar, sementara pad yang terlalu kecil mungkin tidak menampung cukup pasta solder untuk meleleh kembali menjadi sambungan yang kokoh.
Kemasan PCB
- Lubang tembus yang terlalu besar untuk pin-pinnya dapat menyebabkan timah solder mengalir terlalu cepat melalui lubang tersebut, sehingga menghasilkan sambungan solder yang buruk.
- Bantalan SMT yang terlalu besar dapat menampung pasta timah yang terlalu banyak, yang dapat menjembatani bantalan yang berdekatan dan menyebabkan korsleting.
- Pad yang terlalu berdekatan juga rentan terhadap jembatan timah. Hal ini sering terlihat pada komponen dengan jarak pin yang sangat rapat (fine pitch), di mana tidak ada cukup penghalang timah di antara pad untuk mencegah hal ini.
Penyelesaian Desain dan Dokumentasi
Selain aspek penempatan komponen dan perancangan jalur, terdapat banyak tanggung jawab lain yang harus dipenuhi dalam tahap perancangan tata letak PCB yang sangat memengaruhi kelayakan produksi papan tersebut.
Pengujian PCB
Untuk memverifikasi keakuratan proses perakitan, papan sirkuit sering kali dilengkapi dengan titik uji yang dapat dijangkau oleh probe alat uji. Namun, jika titik uji tersebut tidak disertakan dalam desain awal, papan sirkuit harus didesain ulang untuk menambahkan titik-titik tersebut sebelum dapat diproduksi. Perancangan ulang semacam ini tidak hanya mahal dan memakan waktu, tetapi juga dapat menimbulkan masalah DFM baru yang sebelumnya tidak ada.
Sablon dan Penandaan Papan
Tanda-tanda pada silkscreen sangat penting untuk pengujian, perbaikan, dan pemecahan masalah PCB. Tanpa informasi yang diperlukan pada papan, proses produksi dapat terhambat sementara teknisi perbaikan dan pengujian mencari tanda-tanda komponen atau polaritas tertentu.
Gambaran Ringkasan Desain
Tanpa informasi modifikasi desain yang lengkap dan akurat, waktu dapat terbuang percuma saat memverifikasi detail produksi. Hal ini dapat menyebabkan keterlambatan, atau bahkan lebih parah lagi, terjadinya kesalahan selama proses produksi papan sirkuit.
