Kupferauflage einer Leiterplatte

Design for Manufacturing in der EMS-Entwicklung kurz erklärt

Design for Manufacturing in der EMS-Entwicklung beschreibt die systematische Entwicklung einer Leiterplatte mit dem Ziel einer sicheren, wirtschaftlichen und reproduzierbaren Fertigung. Bereits während der Entwicklung prüfen Entwickler, Einkauf und Fertigung gemeinsam jede technische Entscheidung. Dadurch entstehen Leiterplatten, die sich zuverlässig beschaffen, bestücken, löten, prüfen und in Serie fertigen lassen.

Wenn Entwicklung, Einkauf und Fertigung früh zusammenarbeiten, dann sinken Kosten und Projektrisiken deutlich. Wenn das Layout fertigungsgerecht entsteht, dann verbessert sich die Prozesssicherheit während der gesamten Serienfertigung. Wenn technische Entscheidungen gemeinsam entstehen, dann erreichen Projekte schneller die Serienreife.

Welche technischen Bereiche werden im DFM Design for Manufacturing in der EMS-Entwicklung abgedeckt??

DFM Design for Manufacturing betrachtet das gesamte Leiterplattendesign. Dabei bewertet das Entwicklungsteam jede technische Entscheidung hinsichtlich Fertigungsfähigkeit, Qualität, Materialverfügbarkeit sowie Wirtschaftlichkeit. Das Ziel besteht darin, bereits während der Entwicklung spätere Fertigungsprobleme konsequent zu vermeiden.

Zu den wichtigsten technischen Bereichen gehören:

• Leiterplattenmaterial und Materialklasse
• Plattenstärke und Kupferstärken
• Anzahl der Lagen
• Aufbau des Stackups
• Leiterbahnbreiten und Leiterbahnabstände
• Via Typen wie Through Hole Via, Blind Via, Buried Via sowie Micro Via
• Via Durchmesser und Aspect Ratio
• Padgrößen und Lötflächen
• Fine Pitch Bauteile
• BGA Gehäuse
• Design von Thermal Pads
• Kupferverteilung
• Thermische Entkopplung
• Lötstoppmaske
• Bestückungsdruck
• Panelisierung
• Nutzenaufbau
• Fiducials
• Trennstege
• Fräsungen
• Innenausschnitte
• Testpunkte
• Boundary Scan Vorbereitung
• In Circuit Test Vorbereitung
• Funktionstest Vorbereitung

Ein weiterer Schwerpunkt betrifft die Auswahl der Oberflächenbearbeitung. ENIG erzeugt eine sehr ebene Oberfläche und eignet sich besonders für Fine Pitch Bauteile sowie BGA Baugruppen. HASL bietet dagegen niedrige Fertigungskosten sowie eine robuste Lötbarkeit, jedoch entstehen größere Unebenheiten. OSP ermöglicht eine wirtschaftliche Oberfläche für viele Anwendungen, verlangt jedoch kurze Lagerzeiten. Chemisch Silber besitzt sehr gute elektrische Eigenschaften, wobei Lagerung und Handhabung hohe Aufmerksamkeit verlangen.

Was sind die Schnittstellen von DFM zum Einkauf und zur Fertigung?

DFM endet nicht beim Leiterplattenlayout. Die technische Entwicklung stimmt jede wesentliche Entscheidung mit Einkauf und Fertigung ab. Dadurch berücksichtigt das Projekt sowohl technische Anforderungen als auch wirtschaftliche Rahmenbedingungen.

Der Einkauf bewertet beispielsweise Materialverfügbarkeit, Second Source Möglichkeiten, Standardmaterialien, Lieferzeiten, Mindestbestellmengen sowie langfristige Beschaffungsrisiken. Gleichzeitig prüft die Fertigung Bauteilabstände, Lötprozesse, Pastendruck, Bestückbarkeit, Reflow Bedingungen, Prüfkonzepte, Nutzengestaltung sowie Reparaturfähigkeit.

Diese Zusammenarbeit verhindert unnötige Sonderlösungen. Gleichzeitig verbessert sie Terminplanung, Qualität und Herstellkosten.

Was sind die Konsequenzen wenn Designentscheidungen ohne Blick auf Fertigung und Einkauf getroffen werden?

Bereits kleine Designentscheidungen können erhebliche Auswirkungen auf Qualität, Termine und Kosten verursachen.

Falsche Plattenstärke

Eine zu dünne Leiterplatte kann sich während des Reflow Prozesses verziehen. Dadurch verschlechtern sich Bestückgenauigkeit sowie Lötqualität. Zusätzlich steigen Ausschuss und Nacharbeit.

Falsche Oberflächenbearbeitung

Eine kostengünstige Oberfläche eignet sich nicht automatisch für Fine Pitch Bauteile oder BGA Baugruppen. Dadurch entstehen Lötprobleme, während hochwertige Oberflächen unnötige Mehrkosten verursachen können, wenn die Anwendung diese Eigenschaften nicht benötigt.

Zu hohe Bauteildichte auf einer zu kleinen Leiterplatte

Sehr geringe Bauteilabstände erschweren Pastendruck, Bestückung, optische Inspektion sowie Nacharbeit erheblich. Gleichzeitig sinkt die Zugänglichkeit für Funktionstest und Reparatur. Dadurch steigen Fertigungsaufwand, Prüfkosten und Projektrisiko.

Wie geht JORATEC Solutions Engineering bei DFM in der EMS-Entwicklung vor?

JORATEC Solutions betrachtet DFM als festen Bestandteil jeder Entwicklung. Bereits während der Schaltungsentwicklung beginnt der technische Dialog zwischen Entwicklung, Einkauf und Fertigung. Dadurch entstehen belastbare technische Entscheidungen bereits vor dem ersten Prototyp.

Das Engineering bewertet jede Änderung hinsichtlich Fertigungsfähigkeit, Materialverfügbarkeit, Prüfkonzept, Qualitätsrisiko sowie Wirtschaftlichkeit. Gleichzeitig überprüft das Team die Auswirkungen auf Serienfertigung, Lieferfähigkeit und langfristige Produktpflege.

Dadurch erreicht das Projekt eine hohe technische Stabilität bereits vor dem Design Freeze.

Wie detailliert läuft DFM in der EMS-Entwicklung ab?

DFM erfolgt nicht als einzelne Prüfung kurz vor Produktionsbeginn. Vielmehr begleitet die Methode jeden Entwicklungsschritt.

Das Team bewertet Leiterplattenlayout, Stackup, Via Design, Kupferverteilung, thermisches Verhalten, Fertigungstoleranzen, Bestückbarkeit, Prüfkonzept, Materialauswahl sowie Oberflächenbearbeitung fortlaufend. Zusätzlich dokumentiert das Engineering jede technische Entscheidung nachvollziehbar.

Diese Arbeitsweise reduziert spätere Änderungen deutlich und erhöht gleichzeitig die Qualität der Serienfertigung.

Wie werden Designentscheidungen dokumentiert?

JORATEC Solutions dokumentiert jede relevante Entscheidung nachvollziehbar und strukturiert.

Die Entwicklungsunterlagen enthalten unter anderem:

• technische Anforderungen
• begründete Materialauswahl
• Leiterplattenaufbau
• Stackup
• Via Konzepte
• Auswahl der Oberflächenbearbeitung
• Fertigungsvorgaben
• Prüfvorgaben
• Freigabestände
• Änderungsverlauf
• Abstimmungen zwischen Entwicklung, Einkauf und Fertigung

Dadurch bleibt jede Entscheidung auch Jahre später vollständig nachvollziehbar. Gleichzeitig unterstützt diese Dokumentation Änderungsmanagement sowie spätere Produktpflege.

Wie geht man Schritt für Schritt bei DFM in der EMS-Entwicklung vor?

Zu Beginn analysiert das Entwicklungsteam die funktionalen Anforderungen der Baugruppe. Anschließend definiert das Team Material, Stackup, Leiterplattenabmessungen, Kupferstärken, Via Konzepte sowie geeignete Oberflächen. Parallel bewertet der Einkauf Materialverfügbarkeit, Second Source Möglichkeiten sowie Lieferzeiten.

Danach entwickelt das Engineering das Leiterplattenlayout. Gleichzeitig überprüft die Fertigung Bestückbarkeit, Pastendruck, Lötprozesse, Prüfkonzept sowie Panelisierung. Das Team bewertet jede Optimierung gemeinsam und dokumentiert sämtliche Entscheidungen nachvollziehbar.

Abschließend entstehen Fertigungsunterlagen, Stücklisten, Gerberdaten, Prüfvorgaben sowie Freigabedokumente. Erst danach startet der Prototyp. Die Ergebnisse fließen anschließend direkt in die Serienfreigabe ein.

Hier lesen Sie mehr über die DFM Design for Manufacturing für den EMS Einkäufer

Häufige Fragen zu Design for Manufacturing in der EMS-Entwicklung

Viele Unternehmen kennen DFM bereits, nutzen die Methode jedoch unterschiedlich intensiv. Gerade komplexe Leiterplatten profitieren von einer frühzeitigen technischen Bewertung. Gleichzeitig verbessert DFM die Zusammenarbeit zwischen Entwicklung, Einkauf und Fertigung. Dadurch entstehen belastbare Serienprodukte mit geringeren Risiken. Die folgenden Antworten beantworten häufige Fragen aus der Praxis.