Jusqu’à 80 % du coût d’un produit fini est déterminé par sa conception (le reste étant généralement dû aux frais généraux et aux coûts de capital). Il en découle naturellement que la réduction du coût d’un produit au moment de sa conception est d’une importance cruciale pour obtenir un produit final performant et compétitif en termes de coût. La conception pour la fabrication et l’assemblage est une approche formelle qui consiste à examiner les composants d’un produit ainsi que son coût d’assemblage, et vise à réduire les coûts avant le début de la production réelle. Cet article commencera par une discussion générale des concepts de conception pour la fabrication et de conception pour l’assemblage, puis cette discussion sera approfondie dans des articles ultérieurs, qui traiteront plus en détail des spécificités de la conception de PCB pour la fabrication et pour l’assemblage. Enfin, un dernier article conclura la série par une discussion des problèmes de conception de PCB les plus fréquemment rencontrés.
Avant de poursuivre la description, il est nécessaire d’examiner comment le terme « conception pour la fabrication » est utilisé lorsqu’on s’exprime en termes plus généraux et lorsqu’on discuteProduction de PCBplus précisément.La conception pour la fabrication et la conception pour l’assemblage peuvent désigner, au sens général, la simplification et l’optimisation d’un prototype ou d’une conception conceptuelle en vue de sa fabrication.. Lorsque ces termes sont utilisés pour parler des PCB, ils désignent souvent un examen plus direct des problèmes potentiels de fabrication. La première entrée de cette série utilisera la première définition lorsque nous aborderons les concepts de manière générale, et la deuxième ainsi que la troisième utiliseront la seconde définition lorsque nous déplacerons notre attention vers la fabrication et l’assemblage des PCB.
D’une manière générale, l’objectif de la conception pour la fabrication et l’assemblage est de déterminer comment concevoir un produit qui puisse être fabriqué et assemblé de la manière la plus rentable possible. La conception pour la fabrication (DFM) vise à réduire le coût global de production et, plus explicitement, la conception pour l’assemblage (DFA) concerne la réduction des intrants matériels, des coûts fixes de capital et de la main-d’œuvre. Les deux approches se concentrent sur l’application de normes afin de réduire les coûts de production et cherchent également à raccourcir le cycle de développement du produit. La combinaison de ces deux méthodologies est également couramment appelée conception pour la fabrication et l’assemblage (DFMA). La section suivante examinera les deux types d’analyse conjointement, car ils sont étroitement liés et les deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable.
L’analyse DFMA commence après la création d’une conception conceptuelle. Une conception conceptuelle peut impliquer la réalisation d’un prototype ou le développement d’une nouvelle version d’un produit. Une fois la conception conceptuelle établie, la nomenclature (BOM) de cette conception peut être examinée au moyen d’une analyse DFMA. Les règles auxquelles DFMA adhère sont décrites comme suit :
•Minimiser le nombre de pièces dans une conception
La réduction du nombre de composants dans la conception d’un PCB est un objectif simple avec des avantages évidents. Elle réduit le coût de cette conception et la complexité de l’assemblage, et même si cela est moins apparent, c’est extrêmement bénéfique. Par exemple, lorsque des machines de pose automatisée (pick and place) sont utilisées pour peupler les assemblages de PCB, elles sont limitées par le nombre de composants qu’elles peuvent gérer en un seul passage. Prêter attention au nombre de composants que la machine de pose utilise pour assembler la carte de circuit imprimé peut conduire à des réductions de coûts non évidentes. Si, par exemple, une conception nécessite une résistance de 20 kΩ et que des résistances de 10 kΩ ont déjà été utilisées dans la conception, il peut en réalité être moins coûteux d’utiliser deux résistances de 10 kΩ en série lorsque cela permet de réduire le nombre de passages de la machine de pose. Dans le même ordre d’idées, rechercher des circuits intégrés standard capables de regrouper une partie de votre conception dans un seul CI peut accélérer le temps d’assemblage et transférer une partie des exigences de test sur le fabricant du CI. Ainsi, être attentif au nombre et au type de composants du PCB est probablement l’étape la plus importante pourréduire le coût global de production des PCBEn un mot,Si une pièce n’est pas nécessaire pour la conception finale, son élimination réduira le coût de la nomenclature (BOM), les coûts d’achat, le temps de traitement, le temps de test et la main-d’œuvre d’assemblage..
•Développer une conception modulaire
Envisagez de décomposer les conceptions de circuits imprimés en blocs fonctionnels si vous pouvez réutiliser ces blocs dans un certain nombre de produits différents. Augmenter la quantité d’un module particulier commandé auprès d’un fabricant peut réduire considérablement le coût unitaire de ce module. Il est également à noter que l’utilisation de modules peut réduire le coût et la complexité des tests d’un assemblage terminé en simplifiant le processus de test. Les systèmes plus petits sont intrinsèquement plus faciles à tester et à réparer que les plus grands. Il va de soi que l’avantage économique que vous pouvez tirer d’une conception modulaire doit être mis en balance avec l’augmentation des coûts d’interconnexion liée à l’utilisation de plusieurs modules. Parmi les autres avantages d’une conception modulaire figurent la facilité de mise à jour de la conception, la standardisation des sous-systèmes sur plusieurs produits et le dépannage simplifié des défaillances de conception des sous-systèmes du produit.
•Efforcez-vous d’utiliser des composants standard
L’utilisation de composants standard permet de réduire considérablement le temps et le coût de développement d’un projet. Il va sans dire que la spécification d’une solution personnalisée complexe augmentera fortement le coût initial de tout produit et pourra rendre une conception irréalisable. L’utilisation de composants plus courants peut également simplifier la chaîne d’approvisionnement d’un produit et atténuer les problèmes liés à la disponibilité des composants. Un autre avantage à privilégier les composants standard réside dans le fait que leurs empreintes sont plus facilement vérifiables avant d’être utilisées dans une conception de PCB.
•Dépendre davantage de composants multifonctionnels
Chaque fois qu’un composant électrique peut remplir plusieurs fonctions dans une conception, il est dans l’intérêt du concepteur de PCB d’en tirer parti. Par exemple, l’utilisation d’un boîtier qui peut également servir de dissipateur thermique dans une conception peut permettre de réaliser des économies significatives sur le coût de cette conception. Un autre exemple de dispositif à double usage est l’utilisation d’une entretoise comme connexion à la terre depuis le PCB vers le boîtier du PCB, via un trou de montage connecté sur le PCB.
•Concevoir des modules pour une utilisation dans plusieurs produits
L’utilisation de pièces standard sur une gamme de produits peut réduire les coûts de manutention et permettre des économies liées aux achats en gros volumes. Ce concept peut également être étendu aux modules de produit. Si un module peut être utilisé dans plusieurs produits, un volume de production plus élevé peut en réduire le coût et, en fin de compte, conduire à un coût inférieur pour le produit fini.
•Conception pour faciliter la fabrication
Sélection des matériaux de PCBqui nécessitent moins de traitement lors de la fabrication peuvent grandement rationaliser la production du produit. Éviter des opérations telles que la peinture d’un boîtier en utilisant un matériau de boîtier approprié peut éliminer des étapes entières de fabrication et réduire le coût du produit. De plus, s’assurer que les composants de conception ne sont pas produits avec des tolérances excessivement larges peut éliminer les retouches de pièces longues et coûteuses lors de l’assemblage.
•Réduire et éviter, si possible, l’utilisation de fixations
Lorsqu’un circuit imprimé doit être assemblé, comme pour tous les produits, il est plus coûteux d’utiliser des fixations pour monter les composants que d’utiliser une technique de montage par emboîtement. Pour en tirer parti, essayez de réduire l’utilisation de fixations dans votre assemblage. Une façon d’y parvenir est d’utiliser des versions CMS des circuits intégrés de puissance et d’intégrer la dissipation thermique dans la conception de votre carte. Par exemple, passer d’une version TO-220 d’un circuit intégré utilisant un dissipateur thermique externe à une version D2PAK utilisant le circuit imprimé comme dissipateur thermique intégré peut permettre d’économiser un montant substantiel dans votre conception finale.
•Minimiser les instructions de montage
Si possible, toutes les pièces doivent être installées le long d’un même axe en partant du même côté de l’assemblage. On parle souvent d’un assemblage « de haut en bas », où tous les composants sont installés depuis le dessus, vers le bas, dans l’assemblage final. L’utilisation de ce type de procédé d’assemblage unilatéral permet d’économiser le temps associé au retournement et à la rotation d’un produit pendant l’assemblage. Ainsi, comme pour toutes les décisions de conception, les ingénieurs en conception de PCB devront évaluer s’il est préférable de produire un PCB plus petit avec des composants placés sur les deux faces de la carte, ou de concevoir un PCB plus grand avec des composants placés sur une seule face de la carte.PCBCart a la capacité de gérer à la fois les circuits imprimés simple faceAssemblage de PCBet assemblage double face).
•Maximiser l’acceptation du placement des composants
Les ingénieurs doivent concevoir les circuits imprimés de manière à réduire les erreurs de montage des composants. Cela peut être obtenu en utilisant des composants présentant des tolérances dimensionnelles plus élevées (espacement des broches plus important) ou en évitant des problèmes tels que l’effet « tombstoning ». L’utilisation de pièces conçues avec de fortes tolérances de positionnement peut considérablement réduire le taux de défaillance d’un assemblage. De plus, l’utilisation de structures de base rigides et dimensionnellement prévisibles peut également améliorer le taux de placement correct des composants. En outre, les systèmes de rétroaction de type vision industrielle et d’autres formes de retour d’information permettent des processus d’automatisation du placement qui peuvent grandement améliorer les rendements de production.
•Minimiser le repositionnement et la manipulation lors de l’assemblage des PCB
Chaque fois qu’un circuit imprimé doit être repositionné pendant le processus d’assemblage, le temps nécessaire pour assembler les composants sur ce circuit imprimé augmente. Il est facile de comprendre que ce repositionnement est nécessaire lorsqu’un circuit imprimé comporte deux faces et que des composants sont installés sur la face avant et la face arrière du circuit. Lorsque cela est possible, utilisez tous les composants montés en surface sur une seule face de la carte. L’utilisation exclusive de composants montés en surface limitera l’étape de soudure du processus d’assemblage à une seule phase de refusion, tandis que l’ajout de composants traversants peut nécessiter une étape supplémentaire de soudure à la vague ou une soudure manuelle.
- • Moins de pièces doivent être manipulées et documentées.
- • Le coût de la nomenclature des matériaux peut être réduit.
- • Les coûts de manutention peuvent être réduits dans une certaine mesure.
- • Les apports en travail et en énergie peuvent être réduits.
- • Le temps global de fabrication peut être raccourci, de sorte que l’efficacité de production puisse être grandement améliorée.
- • Une complexité moindre conduit à une fiabilité accrue.
- • Les produits peuvent être plus compétitifs.
- • Des marges plus élevées seront obtenues.
La DFMA est une voie claire pour réduire le coût de votre prochain projet de conception. Les avantages de la réduction du nombre de composants dans une conception sont évidents. Les produits seront plus viables s’ils sont moins coûteux et moins sujets aux défaillances mais, en réduisant la quantité de matériaux entrant dans la fabrication des produits, les coûts de manutention sont également réduits, les exigences en matière de documentation sont minimisées et la main-d’œuvre nécessaire à l’assemblage est diminuée. Tous ces facteurs conduisent à une baisse des coûts de production et permettent soit d’augmenter les marges des produits, soit de fixer les prix des produits à un niveau plus compétitif. En outre, le temps de production est réduit, ce qui permet de livrer le produit au client dans un délai plus court. La DFMA formalise la mise en œuvre de ces objectifs.
