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Aplicação de técnicas
de análise de projeto
voltadas à excelência
(dfx) em placas
eletrônicas
Por José Carlos Boareto, Saulo Felisberto Longo, Durval da Silva Neto e
Guilherme Rodrigues
O
principal objetivo a ser
atendido durante o projeto
de uma placa eletrônica é o
atendimento aos requisitos
técnicos e normativos decorrente da
aplicação do produto. Entretanto projetos
competitivos devem fazer uso de uma
sistemática diferenciada atentando
aos princípios de desenvolvimento
integrado de produto, processo e
qualidade (engenharia simultânea).
Figura 01: Barreiras
de comunicação no
desenvolvimento de
projetos
Porém, em muitos casos, percebese que o desenvolvimento do processo
produtivo e da garantia da qualidade
industrial inicia-se após a finalização do
projeto. Isso pode acarretar em grandes
custos associados à fabricação e teste do
produto que podem ser decorrentes da
necessidade de processos adicionais, do
baixo rendimento do processo (yield)
ou da dificuldade de identificação de
defeitos ou falhas.
A origem destes custos adicionais, com
frequência, está na existência de barreira
de comunicação entre as várias equipes
atuantes no projeto. (ver figura 1).
O uso de ferramentas de análise de
projeto voltado a excelência (DfX) é
uma forma de reduzir estas barreiras,
aproximando as engenharias de produto,
processo e qualidade e permitindo a
identificação de problemas nas etapas
iniciais e projeto.
O intuito deste artigo é mostrar a
metodologia e ferramentas aplicadas
no LABelectron ao executar projetos
e entregar soluções inteligentes para
seus clientes, garantindo, desta forma
benefícios como: redução do custo de
manufatura, redução do time-to-market,
qualidade assegurada e confiabilidade.
O Papel do DfX
A rotina de utilização da ferramenta de
DfX (Design for Excellence) pressupõe
orientar os desenvolvedores, fazendo-os
transpor barreiras e entender quais são
os requisitos necessários para que as
etapas seguintes atinjam desempenho
satisfatório. A utilização adequada
das ferramentas possibilita alcançar
níveis ótimos de ausência de retrabalho
na produção, minimizar as etapas de
montagem da placa eletrônica e garantir
os requisitos da qualidade, sem a
necessidade de gerar adaptações para
os processos envolvidos e identificando
mais rapidamente os processos críticos.
Assim, o DfX objetiva principalmente
a (i) redução do tempo de
desenvolvimento e chegada ao mercado,
a (ii) redução generalizada dos custos
envolvidos no desenvolvimento e na
produção e o (iii) aumento da qualidade e
confiabilidade do produto final, atentando
aos princípios de desenvolvimento
integrado de produto e processo.
Figura 02: Etapas que
constituem o ciclo de
vida de um produto
Definições:
• DfM – Design forManufacturability
Consiste em orientar o projeto do
produto em questão aos melhores
processos de fabricação pertinentes.
No que se refere à placa eletrônica,
implica em elaborar o projeto
tomando-se os devidos cuidados
para que o fabricante da PCI
não precise desenvolver nenhum
novo procedimento ou tenha que
operar dentro de uma margem de
segurança crítica, maximizando
a qualidade da operação. Dentre
as inúmeras formas de análises
de fabricação, as mais eficientes
contam com o suporte de softwares
dedicados, caros e complexos,
operados por equipes especializadas
que conhecem detalhadamente
todo o processo de fabricação.
Na sequência demonstra-se um
exemplo de má prática de layout
eletrônico detectado com a
aplicação da ferramenta de DfM:
Exemplo de DfM
Abertura da Máscara de Solda –
Proximidade de Componentes
Efeito
Defeito no processo de deposição de
máscara de solda na fabricação da placa
de circuito impresso. A proximidade
entre os componentes não levou em
consideração a capacidade de produção
do fornecedor de placas.
Figura 03: Projetos
concebidos
corretamente são
mais econômicos e
confiáveis
• DfA – Design for Assembly:
Orienta o desenvolvimento do
produto de modo a aperfeiçoar os
processo de montagem, permitindo
que o(s) fornecedor(es) opere(m)
dentro de sua zona de conforto.
No universo das placas eletrônicas,
significa orientar o projeto aos
processos preferenciais de inserção
de componentes e soldagem,
evitando ao máximo qualquer tipo
intervenção manual. Esse tipo
de análise garante, entre outras
coisas, a repetitividade do processo
de montagem, agregando maior
qualidade e confiabilidade ao
produto final. Como exemplo de
aplicação da ferramenta de DfA,
demonstra-se um exemplos de
fragilidade de layout eletrônico que
pode levar a defeitos de montagem:
Exemplo DfA
Falta de Alívio Térmico
Efeito
Possíveis defeitos de soldagem tais
como tombstoning (defeito tipo lápide)
ou soldas frias.
• DfT – Design for Testability
Um dos pontos mais críticos de
um projeto eletrônico está no
desenvolvimento do procedimento
de testes em fábrica, o qual deverá
servir para a aprovação e liberação
do produto para distribuição.
Frequentemente
esses
ensaios
utilizam,
sem
necessidade,
ambientes de testes desenvolvidos
de modo personalizado, com custos
elevados e com uma cobertura
pouco satisfatória. É exatamente
essa situação que o DfT procura
evitar, orientando a equipe de
desenvolvimento desde o projeto
conceitual a considerar a utilização
de soluções modulares no que se
refere à testabilidade de placas
eletrônicas e garantindo uma maior
cobertura de defeitos.
• DfI – Design for Inspection
Grande parte das montadoras
conceituadas no mercado possuem
estratégias de inspeção que vão
desde a verificação da aplicação
da pasta de solda na placa de
circuito impresso, passando pela
checagem da correta inserção dos
componentes até a inspeção da
qualidade da solda aplicada nos
terminais dos mesmos. Dentro desse
cenário, o DfI procura orientar a
equipe de desenvolvimento para que
faça um uso eficiente das técnicas
oferecidas pela OEM, considerando
as ferramentas disponibilizadas e a
experiência da equipe envolvida.
Exemplo DfI
Serigrafia sob o componente
Efeito
Dificuldade de inspeção da placa após
montagem, inspeção possível somente
com placa de referência.
Métodos para
realização de Análises DfX
Empresas que utilizam o DfX com
sucesso criaram uma cultura interna
de avaliação. Ferramentas diversas
são utilizadas em diferentes etapas
do desenvolvimento do projeto. Estas
ferramentas podem contemplar desde a
avaliação do projeto por um projetista
experiente em processos produtivos,
passando pelo uso de check-lists ou
checagens diretas através do CAD
(DRC) até o uso de softwares criados
especificamente para estas análises.
O uso de softwares específicos é
tipicamente mais eficiente para placas
eletrônicas de maior complexidade,
pois abrange um maior número de
análises verificando-se todas as
variáveis. Porém, independentemente
da técnica utilizada é sempre
extremamente
importante
a
definição de um conjunto de regras,
preferencialmente quantitativas para
definir as sugestões de alterações à
serem realizadas. Estas regras são
tipicamente decorrentes de diretrizes
que envolvem várias características
das placas eletrônicas, entre elas:
• Critério de seleção de componentes;
• Requisitos de orientação de
componentes;
• Requisitos de espaçamento de
componentes;
• Convenção de nomes e símbolos;
• Requisitos de forma e tamanho da
placa de circuito impresso;
• Requisitos para cortes de painéis de
placa de circuito impresso;
• Padrões de ilhas;
• Requisitos de forma e espaçamento
de trilhas;
• Requisitos de área livre para
movimentação da placa na linha;
• Requisitos de máscara de solda e
serigrafia;
• Requisitos de fiduciais e furos guias;
• Características
ambientais
(temperatura, umidade).
Os valores utilizados para estas
diretrizes são bastante específicos
de cada organização. Tipicamente
empresas que montam suas próprias
placas eletrônicas podem utilizar
a expertise de seus engenheiros
de processo e qualidade para
determinar os limites aceitáveis
para cada variável. Por outro lado
empresas que trabalham com EMSs
(Electronic Manufacturer Services)
para o provimento de suas placas
eletrônicas precisam criar um forte
link entre estas empresas e sua
equipe de engenharia.
Algumas empresas realizam este tipo
de análise de forma gratuita para seus
clientes regulares.
Por outro lado empresas que
pretendem trabalhar com um
amplo conjunto de fornecedores
precisam de um conjunto de
regras que represente bem estes
fornecedores.
Uma
técnica
bastante utilizada para estes
casos é a definição de níveis de
valores. Placas mais simples têm
que se enquadrar nos níveis menos
críticos e, desta forma, podem
ser fabricadas pelos fornecedores
com capacidade de produção mais
simples. Por outro lado placas mais
complexas, com maior densidade
de
componentes,
dimensões
ou criticidade de componentes
devem ser enquadradas nas nos
níveis mais críticos e, portanto
manufaturadas
apenas
em
empresas selecionadas.
Conclusão
O uso de ferramentas de análise
de projeto para excelência (DfX)
é recomendado sempre que se
deseja reduzir custos de projeto,
acelerar o lançamento do produto
no mercado e melhorar a qualidade
do processo e consequentemente a
confiabilidade produto.
Existe
uma
variedade
de
ferramentas
disponíveis
para
este tipo de análise, entretanto a
implantação destas ferramentas
deve ser baseada num detalhado
trabalho de determinação de regras.
O LABelectron disponibiliza à
indústria brasileira sua experiência na
aplicação dessas e outras ferramentas
para o desenvolvimento de produtos
e processo de montagem de placas
eletrônicas. Caso tenha interesse
permanecemos à sua disposição.
José Carlos Boareto, Saulo Felisberto
Longo, Durval da Silva Neto e
Guilherme Rodrigues - LABelectron –
Fundação CERTI Florianópolis, Brasil,
2014 - [email protected]