DFX für eine Produktentwicklung mit integrierter Fertigungslösung

Fertigungsdienstleister DFX für eine Produktentwicklung mit integrierter Fertigungslösung

07.11.2013Autor / Redakteur: Andreas Peter * / Franz Graser

Design for Excellence, kurz DFX, umfasst Methoden, Designrichtlinien und Checklisten für Produkt- und Prozessverbesserungen, die in diversen Phasen des Produktlebenszyklus Kostenvorteile bieten können.

Anbieter zum Thema

MicroConsult Academy GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Eurocircuits GmbH

TQ-Group

Abbildung 1: Klassischer Produktanlauf versus DFX. Bei der Einführung eines neuen Produktes (NPI) wird durch DFX-Verfahren schneller die Gewinnzone erreicht.
(Grafik: TQ Group)

Der Parallelansatz, in der Produktentwicklung bereits DFX-Aspekte umzusetzen und die zugehörige Fertigungs- und Testlösung in der frühen Produktphase zu berücksichtigen, ist einer der Kernpunkte von DFX. Auf der Grafik ist die klassische Produkteinführung mit getrenntem, sequenziellem Ablauf zur Design- und Prozessentwicklung (rote Kurve, ohne DFX) dargestellt.

Mit dem Ansatz, DFX (Design for Excellence) und Produktentwicklung parallel zu betrachten (blaue Kurve), wird eine frühere Markteinführung realisiert und die Gewinnzone wird früher erreicht. Diese Zusammenhänge und exemplarischen Beispiele der unterschiedlichen DFX-Disziplinen soll nachfolgend aufgezeigt werden.

Design for Testing: Ohne Kommunikation geht nichts

Abbildung 2: Beispielhaftes Ergebnis der Design-for-Testability-Analyse für die tool-gestützte Auswahl des optimalen Prüfkonzepts aus dem Pool aller vorhandenen Testmöglichkeiten
(Grafik: TQ Group)

Wie jede Erfolgsgeschichte benötigt auch die Anwendung von Design for Testing Regeln und eine möglichst frühe und kooperative Kommunikation der Akteure, in diesem Fall der Produktentwicklung und des Testengineerings. Idealer Zeitpunkt ist dabei die frühe Designphase eines neuen Produkts oder der Start eines Re-Design- oder Kostenreduktions-Zyklus für ein existierendes Produkt. Als Eingangsgröße der Analyse dient der CAD-Produktdatencontainer. Auf Daten wie Stromlauf oder einem ersten Layout können einige DFT-Checklisten bereits angewendet werden.

Prinzipiell kann eine Analyse auch bereits auf Blockdiagramm-Ebene erfolgen und hier schon Feedback bezüglich Testability-Aspekten gegeben werden. Diese Checklisten sind das „DFT-Kapital“ der Testingenieure und beinhalten die bewährten Lösungen zu vielen Testherausforderungen und unterschiedlichsten Produktanläufen. Verbesserungspunkte werden in die frühen Designunterlagen und Produktanforderungen eingebracht, wie etwa Mindestabstände für Testpunkte zu Bauteilen, ein schneller und reibungsloser Onboard-Programmierablauf und die Reduzierung von externem Equipment durch Selbsttest-Features, die auch im Feldeinsatz beim Endkunden einen Zugewinn bieten.

Durch diese frühe Abstimmung kennen die beteiligten Spezialisten die projektspezifischen Anforderungen und technischen Randbedingungen und können in diesem Rahmen durch entsprechende technische Maßnahmen ein Optimum zur Testabdeckung erreichen. Die DFT-Analyse zielt auf die Auswahl des optimalen Prüfkonzepts ab. Dabei fließen auch die Eckparameter des Projekts wie Jahres- und Lifetime-Stückzahl, Produktkomplexität und Markt (Industrie, Automotive, Medizin, usw.), Embedded Programmier- und Software-Downloadstrategie, Materialkosten, Reparaturstrategie, Verwurfskosten usw. ein.

Die ersten Eingangsgrößen der toolbasierten DFT-Analyse bildet der CAD-Produktdatencontainer. Die zweite Größe beschreibt die Prozesscharakteristik des individuellen Fertigungsstandortes. Diese Charakteristik umfasst den Fehlerschlupf des Bestückprozesses und die implementierten Fehlererkennungsmöglichkeiten wie etwa Pasten-AOI, Komponenten-AOI und Röntgen-Inspektion – bezogen auf Bauteilgehäuseformen und Bauteilarten (ICs, Widerstände, Kondensatoren, Dioden und Ähnliches).

Abbildung 3 + 4: Design for Manufacturing. Beim Layout sollten auch die Transportrichtung und der Wärmestrom des Reflow-Ofens berücksichtigt werden. Abschattungen durch hohe Bauteile oder Wärmefallen durch massereiche Teile sind zu vermeiden.
(Bild: TQ Group)

Durch mehrere Iterationszyklen mit abweichenden Testprozess-Konfigurationen kann nun das optimale Testkonzept für ein Produkt simuliert werden. Für jede Prozessschnittstelle wird der errechnete Schlupf ausgewiesen, der von der nächsten Stufe abgefangen werden muss. Dies ist besonders für die Entwicklung der funktionalen Testsysteme von großem Interesse, um dabei speziell die errechneten Testabdeckungslücken zu schließen und gleichzeitig eine eventuelle Doppelprüfung nur im gewollten Umfang zu implementieren.

DFM – Design for Manufacturing

Bei der Platzierung der Bauteile auf einem neuen Leiterplattendesign können durch wenige DFM-Layoutregeln bereits enorme Verbesserungen für den späteren Lötprozess erreicht werden. Bereits die unbestückte Leiterpatte kann durch eine ausgewogene Kupferverteilung, insbesondere in den flächigen Stromversorgungs- und GND-Lagen, eine bessere thermisch-mechanische Stabilität und Prozessrobustheit erreichen.

Ebenso ermöglichen optimierte Pad-Geometrien einen sehr stabilen Lötprozess in Bezug auf Lötqualität und Positionserhalt. Neben den funktionalen Zwängen und Vorgaben für die Bauteilplatzierung sollte auch die Transportrichtung und Wärmestrom des Reflow-Ofens im Layout berücksichtigt werden. Abschattungen durch hohe Bauteile oder Wärmefallen durch massereiche Bauteile gilt es bei der Platzierung so gut wie möglich zu verhindern. Siehe Abbildungen 3 und 4.

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