بردهای الکترونیکی طراحی شده ممکن است برای تولید و مونتاژ بهینه نباشند و مشکلاتی را در مراحل تولید و مونتاژ برد الکترونیکی مد‌نظر ایجاد کنند. بررسی کردن و رفع این مشکلات پیش از شروع پروسه تولید و مونتاژ امری ضروری است. از این رو فرآیند‌ی به نام بررسی DFM در صنعت بردهای الکترونیکی به وجود آمد. در ادامه با بررسی DFM و مواردی که در این فرآیند مورد بررسی قرار می‌گیرد آشنا می‌شویم.
بررسی DFM چیست؟
هنگامی که برد الکترونیکی طراحی میشود ممکن است دارای خطاهایی باشد که فرآیند تولید PCB و مونتاژ برد الکترونیکی را دچار اشکال کند و همین خطا‌ها هزینه‌های مونتاژ برد را افزایش دهد. از این رو پیش از شروع فرآیند تولید و مونتاژ، برد‌ها بررسی می‌شوند که این فرآیند را بررسی DFM می‌نامند. DFM مخفف عبارت design for manufacturing به معنی طراحی برد برای تولید است. همانطور که از اسم این فرآیند پیداست طراحی برد‌ها، محل قرارگیری قطعات و رعایت شدن استاندارد‌های IPC در برد بررسی میشود تا از تولید و مونتاژ بدون نقص برد مطمئن شویم.
در بررسی DFM شخص یا شرکت بررسی کننده به دنبال مشکلات بالقوه‌ای می‌گردد که در فایل طراحی شدهی برد الکترونیکی وجود دارد. بررسی DFM شامل بررسی چیدمان درست قطعات، ترک کشی درست برد مدار چاپی، رعایت استاندارد‌های IPC و… است. با انجام شدن بررسی DFM برد برای تولید انبوه آماده میشود و می‌توان برد را بدون مشکل تولید و مونتاژ کرد. هدف بررسی DFM کاهش هزینه‌های تولید و حذف خطاهایی است که در طراحی برد وجود دارد. این فرآیند بعد از طراحی شدن برد و روش مونتاژ آن انجام میشود.
نکات مورد توجه در بررسی DFM
در فرآیند بررسی DFM موارد زیادی مورد بررسی قرار می‌گیرند و با استاندارد‌ها، ماهیت برد و نوع مونتاژ آن مطابقت داده می‌شوند. در ادامه مهم‌ترین مواردی که در بررسی طراحی برد برای تولید مورد توجه هستند را بیان می‌کنیم.
۱- طراحی قطعات با جهت‌های یکسان
قطعات در بردهای الکترونیکی بهتر است به صورت موازی و در یک جهت چیده شوند زیرا این کار باعث سریع‌تر و راحت‌تر شدن مونتاژ برد چه در مونتاژ دستی و چه در روش مونتاژ اتوماتیک میشود. در رعایت جهت‌های قطعات پولاریته (قطعات متقارن) باید جهت قطب های مثبت و منفی رعایت شود به طوری‌که قطب‌های مثبت در یک سمت و قطب های منفی در سمت دیگر باشند. این عمل با مارکاژ کردن برد (چاپ محل قرار گیری قطعه و قطب آن بر روی PCB) بسیار بهتر انجام میشود.
مشخص سازی جهت قرارگیری قطعات بر‌روی برد به وسیله مارکاژ
۲- در نظر گرفتن ارتفاع قطعات مورد استفاده در برد
در فرآیند بررسی DFM چیدمان ۳ بعدی قطعات هم مهم است که باید حتما رعایت شود. اگر قطعاتی که ارتفاع زیادی دارند را در نزدیکی قطعات با ارتفاع کم طراحی کنیم، قطعات بر روی یکدیگر سایه می‌اندازند و فرآیند بازرسی خودکار نوری را دچار اشکال می‌کنند. با انجام نشدن درست بازرسی خودکار نوری مشکلات مونتاژی برد بررسی نمی‌شود و ممکن است برد نهایی دارای مشکلات مونتاژی باشد که بر کیفیت و طول عمر برد تاثیر می‌گذارد.
اهمیت فاصله و ارتفاع قطعات الکترونیکی در بررسی DFM
۳- بررسی ترتیب چیدمان قطعات در برد
طراحی برد و همچنین مونتاژ آن باید از قطعات مهم و بزرگ شروع شود (مدار‌های مجتمع، میکروکنترلر‌ها و…) و در مرحله بعد قطعات با اندازه کوچک‌تر و اهمیت کمتر روی برد جایگذاری شوند. این مورد را استاندارد IPC برای طراحی و مونتاژ برد الکترونیکی توصیه میکند.
۴- نحوه چیدمان قطعات گرماده در برد
قطعاتی که جریان بالایی به آن‌ها وارد میشود معمولا گرمای زیادی تولید می‌کنند. در فرآیند بررسی DFM، جایگاه قرارگیری این قطعات بررسی میشود تا از وحود این قطعات در لبه‌ی برد جلوگیری شود. نکته‌ی دیگری که باید در چیدمان قطعات گرماده رعایت شود، عدم قرارگیری تعداد زیادی از این قطعات در کنار یکدیگر است. علت اینکه قطعات جریان بالا نباید در کنار یکدیگر باشند این نکته است که گرمای ایجاد شده باعث آسیب به برد در طولانی مدت و کاهش طول عمر برد میشود. پیشنهاد استاندارد IPC برای نحوه‌ی چیدمان این نوع قطعات، قرارگیری آن‌ها در مراکز برد است به نحوی که گرمای تولید شده در برد به صورت یکنواخت پخش شود.
۵- درنظر گرفتن نحوه چیدمان قطعات با توجه به نوع مونتاژ
از نکات مهمی که در بررسی DFM مورد توجه قرار می‌گیرد نحوه چینش قطعات مطابق با روش مونتاژ برد است. در بردهای DIP که به روش لحیم کاری موجی مونتاژ می‌شوند، چیدمان قطعات باید به نحوی باشد که پایه‌ی قطعات با مسیر حرکت نوار نقاله موازی باشد. علت این کار، اطمینان از لحیم شدن پایه قطعات و عدم اتصال پایه‌ها به یکدیگر است. در فرآیند مونتاژ برد SMD با دستگاه pick and place ابتدا قطعات کوچک‌تر توسط دستگاه جایگذاری می‌شوند و فاصله قطعات با لبه‌ی برد باید حداقل ۵ میلی‌متر باشد.
۶- استفاده از ترک‌های کوتاه در برد (trace)
استفاده از ترک‌های بلند باعث میشود تا این ترک‌ها نویز‌های الکترومغناطیسی قطعات را جذب کنند. جذب نویز‌های الکترومغناطیسی باعث میشود تا برد‌ها دچار اختلالات الکترومغناطیسی شوند و همین موضوع مستقیما بر عملکرد برد تاثیر می‌گذارد. پیشنهاد استاندارد IPC برای حل این مشکل، کنار هم چیدن قطعاتی است که از نظر الکترومغناطیسی با هم سازگار هستند. این استاندارد پیشنهاد میکند، ترک‌ها حدالامکان کوتاه طراحی شوند تا عملکرد برد دچار اختلال نشود.
۷- چیدمان قطعاتی که نسبت به دما حساس هستند
یک‌سری از قطعات الکترونیکی که در برد‌ها استفاده می‌شوند نسبت به گرما حساس هستند و قرارگیری آن‌ها کنار قطعات گرماده باعث ایجاد اختلال در عملکرد این قطعات میشود. قطعه‌ای مثل خازن بشدت به گرما حساس است و گرما می‌تواند عملکرد شارژ و دشارژ شدن این قطعه را تحت تاثیر قرار دهد. توجه به این مورد بسیار حائز اهمیت است زیرا عدم توجه به قرارگیری قطعات حساس در کنار قطعات گرماده روی طول عمر و عملکرد برد تاثیر زیادی می‌گذارد.
طراحان حرفه‌ای در طراحی برد‌هایی که بیش از یک لایه دارند، برای آن که گرمای قطعات جریان بالا (گرماده) عملکرد برد را خراب نکنند، در کنار و زیر قطعات گرماده سوراخ‌های via تعبیه می‌کنند تا گرما به سطح دیگری از برد منتقل شود.
۸- توجه به ضخامت ترک‌های برد (traceها)
ترک‌های برد الکترونیکی باید تا جایی که میشود ضخامت زیادی داشته باشند. استفاده از ترک‌های نازک باعث میشود تا در ولتاژ‌های بالا traceهای برد دچار سوختگی شوند و دیگر نتوانند جریان را منتقل کنند. نکته‌ی دیگر درباره ضخامت ترک‌های برد، استفاده از ترک‌های ضخیم در مکان‌های پر‌تراکم برد است.
۹- زاویه‌ی ترک‌های برد
ترک‌های برد را می‌توان با هر زاویه‌ای ایجاد کرد اما بهتر است زاویه‌ی ترک‌ها ۹۰ درجه نباشد. در بررسی DFM زاویه‌ی ترک‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد مطمئن می‌شوند که ترک‌ها زاویه ۹۰ درجه نداشته باشند. استفاده از زاویه ۹۰ درجه باعث میشود که پالس‌های با فرکانس بالا از این ترک‌ها عبور نکند. مشکل دیگری که در استفاده از زاویه ۹۰ درجه در ترک‌ها به وجود می‌آید مشکل اتصال کوتاه در برد است که عملکرد برد را مختل میکند. پیشنهاد استاندارد IPC، استفاده از زوایای ۴۵ درجه و ۱۳۵ درجه در ترک‌کشی برد هاست.
نحوه ترک کشی (trace) برد الکترونیکی
۱۰- ضخامت برد مدار چاپی
در بررسی DFM یکی دیگر از مواردی که بررسی میشود ضخامت PCB است. این بررسی برای این انجام میشود که مطمئن شویم ضخامت برد برای نگهداری قطعات مناسب است یا خیر. ضخامت PCB در طراحی برد مشخص میشود، ممکن است ضخامت PCB مطابق با کاربرد برد و قطعات استفاده شده روی آن کم باشد که این موضوع می‌تواند مشکلاتی نظیر پیش آمدن ترک‌های ریز در برد را به وجود آورد. اگر ضخامت برد بیشتر باشد هزینه‌ی ساخت و تولید انبوه برد به طور قابل توجهی بالا می‌رود، بنابراین بررسی DFM روی ضخامت برد انجام میشود تا بهترین و مناسب‌ترین ضخامت را برای PCB برد به دست آوریم.
۱۱- بررسی دستورالعمل مونتاژ
دستورالعمل مونتاژ یکی از مواردی است که در بررسی DFM چک میشود. شرکت یا شخص بررسی کننده باید مطمئن شود که دستورالعمل مونتاژ واضح و مختصر است. دستورالعمل مونتاژ باید به صورت دقیق تمامی اطلاعات و ملاحظاتی که باید برای مونتاژ برد الکترونیکی رعایت شود را بیان کند.
مزایای انجام بررسی DFM
بررسی DFM یک الزام برای تولید برد الکترونیکی نیست بلکه تنها شرکت‌های معتبر قبل از شروع تولید برد اقدام به بررسی DFM فایل طراحی شده می‌کنند. بررسی DFM قابلیت‌های تولید را بهبود می‌دهد و طول عمر برد را افزایش می‌دهد همچنین با بررسی مشکلات بالقوه‌ی فایل طراحی از تولید بردهای دارای نقص جلوگیری میکند و هزینه‌های تولید انبوه برد را کاهش می‌دهد.
بررسی DFM؛ عامل کاهش هزینه‌های مونتاژ و حفظ کیفیت برد الکترونیکی
فرآیند بررسی DFM باید قبل از شروع مونتاژ برد انجام شود، عدم توجه به این بررسی باعث میشود که هزینه‌های مونتاژ، طول عمر برد و کیفیت برد تحت تاثیر قرار بگیرد و در بعضی موارد برد‌ها هیچ کارآیی نداشته باشند. آوند الکترونیک پیش از آن که پروسه مونتاژ بردهای الکترونیکی را شروع کند، ابتدا فرآیند بررسی DFM را بر روی فایل طراحی شده انجام می‌دهد تا از تطابق برد طراحی شده با موارد بالا مطمئن شود. با انجام شدن بررسی DFM پیش از مونتاژ، آوند الکترونیک برد‌هایی با کیفیت و طول عمر بالا به شما مشتریان عزیز تحویل می‌دهد. از اینکه تا انتهای این مقاله همراه آوند الکترونیک بودید از شما سپاسگزاریم.
