Design for Manufacturing (DFM), qu’est-ce et en quoi s’applique-t-il à la conception PCB

Que signifient les expressions Design for Manufacturing (DFM), DRC, DFF, DFA ou DFx? Il s'agit de termes utilisés continuellement dans le monde de la conception PCB, qui concernent les analyses de fabricabilité et qui sont souvent employés de façon interchangeable. Mais de quoi s'agit-il exactement et pourquoi le DFM est-il un aspect si important du processus de conception?

Le DFM – que l'on pourrait traduire “conception pour la fabricabilité” – consiste à organiser la topologie du schéma de PCB de façon à limiter les problèmes susceptibles de se présenter lors des processus de fabrication et d'assemblage d'un système électronique.  L’activité de DFM est parfois subdivisée en deux volets : Design for Fabrication (DFF) et Design for Assembly (DFA), consacrés respectivement à la fabrication et à l'assemblage.

Un sous-ensemble des contrôles DFM est représenté par le Design Rule Checking (DRC), qui consiste principalement à vérifier que les contraintes en termes d'espacement minimum entre les différents objets composant le PCB soient respectées. Le DFM va même au-delà, dans la mesure où il permet d'identifier certains aspects de la topologie du circuit qui pourraient entraîner des problèmes lors de la phase de production.

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L’analyse DFM jusqu'à récemment était laissée aux soins des producteurs ou était l'apanage des seuls bureaux d'études pouvant se permettre des logiciels coûteux et un personnel spécialisé. Aujourd'hui, il existe des outils logiciels à la portée de tous, devenus indispensables si l'on veut profiter des principaux avantages de l'analyse DFM :

1. économie sur les coûts du PCB fini ;
2. maintien des objectifs de conception ;
3. prévention des échecs.

Identification des problèmes avec le DFM

Le coût engendré par une analyse DFM insuffisante peut atteindre 20% du coût total du PCB lors de la phase de production. L’électronique haute technologie actuelle engendre des problèmes fréquents tels que l'interférence magnétique, l’intégrité de signal, la diaphonie, etc.. Lorsque ceux-ci sont détectés lors de la phase de production, ils peuvent exiger des modifications du projet initial de la part des techniciens CAM. Les modifications pendant la phase de production représentent un problème de taille si elles ne sont pas communiquées aux concepteurs, car les mêmes défauts continueront à se représenter. Qui plus est, si un nouveau lot d'une même carte est produit par un autre assembleur, les coûts supplémentaires sont redoublés.

Or, une bonne analyse DFM effectuée avant le prototypage permet d'inclure les modifications nécessaires au sein même du projet, garantissant une production sans coûts cachés et sans modifications indésirables.

Quels sont les problèmes les plus fréquemment détectés par l'analyse DFM ? Il s'agit principalement de problèmes liés à la topologie du PCB ne s'étant pas manifestés pendant la phase de projet avec le CAO électronique. Voici quelques exemples :

• Connexions qui restent isolées par rapport au plan d'alimentation (“starved thermals”)
• Pièges d'acide dans les angles aigus des pistes, qui risquent “d'ouvrir” le circuit
• Fines écailles de cuivre qui se délitent (“slivers”)
• Cuivre trop proche du bord de la carte
• Masque de soudure manquant
• Ecc.

La bonne nouvelle, c'est qu'il existe sur le marché des outils dédiés au DFM à un prix d'achat et de maintien accessibles et qui, de surcroît, permettent d'éviter des cycles de reconception particulièrement coûteux. Ces outils peuvent être utilisés par des concepteurs n'ayant pas d'expertise particulière dans le domaine de la production. De plus, il est possible de prévoir des paramétrages de contraintes prédéfinies en fonction des différents producteurs, de façon à adapter l'analyse DFM aux caractéristiques des personnes qui seront effectivement chargées de la production.

En conclusion, une bonne analyse DFM permet à la fois au projet de présenter les prestations électriques qui lui sont demandées, et d'avoir une production satisfaisante, sans risques, sans coûts imprévus et sans retards, ce même en cas de volumes importants.