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DFM no layout de PCB: 7 decisões que encarecem a montagem

O seu projeto vai passar pela linha de montagem depois que o protótipo passar pelos testes de bancada. Na parte elétrica, está tudo certo, mas na produção algumas escolhas que faziam sentido no editor de layout começam a exigir maior cuidado ao custo.

As decisões abaixo passam em qualquer verificação de regras elétricas. O que elas fazem é acrescentar etapas: uma placa de circuito impresso (PCI) que sairia da linha com impressão de pasta, colocação e refusão exige segunda passagem, inserção, outro processo de solda e retrabalho que ninguém orçou. Identificar esses pontos antes de liberar o arquivo é o trabalho do DFM, o Design for Manufacturing.

O que é DFM (Design for Manufacturing) no layout de PCB?

DFM é a análise do projeto feita por quem conhece a linha que vai de fato montar a placa. Ela verifica se a PCB pode ser fabricada e montada de forma estável com o processo disponível, e cobre footprints, espaçamentos, panelização, fiduciais, sequência de montagem e lista de materiais. Não é uma revisão de circuito nem redesenho no layout. É o esquema elétrico que continua sendo decisão do projetista.

Como resultado há uma lista de pontos em que o layout pede da produção algo que ela só entrega com mais etapas, mais tempo ou mais refugo, apontados enquanto a mudança ainda custa apenas horas de engenharia. Na Enterplak, que monta placas eletrônicas em SMT e PTH desde 1995, essa leitura faz parte do suporte técnico ao desenvolvimento em que o projeto é avaliado com foco em reduzir custo e evitar problemas na fabricação antes de chegar à linha.

O custo da placa é decidido no projeto

Há uma estimativa recorrente na engenharia de manufatura, retomada pela Siemens em uma análise sobre custo de eletrônicos, que até 80% do custo de um produto é definido na fase de projeto. A maioria das empresas faz o caminho inverso e começa a redução de custo pela cotação de componentes, quando a maior parte da conta já foi fechada antes, no arquivo de layout.

Com o custo de correção acontece a mesma lógica. Trocar um componente com o projeto aberto custa pouco. A mesma troca no planejamento da produção custa mais, e depois que os componentes foram comprados e o estêncil foi cortado a estimativa usual é de 10 a 100 vezes o valor inicial, conforme a etapa. Por isso, as sete decisões a seguir merecem uma segunda análise antes da liberação.

1. Componentes nas duas faces da placa

Distribuir componentes nos dois lados resolve espaço e encurta trilhas. Em contrapartida, o processo dobra e a placa passa duas vezes pela impressora de pasta, pela pick and place e pelo forno, com um segundo estêncil e um segundo programa de máquina.

Existe também o efeito térmico. O que foi montado na primeira face enfrenta um segundo ciclo de refusão, e cada componente precisa suportar essa exposição. Peças pesadas na face inferior podem exigir adesivo e tempo de cura antes da segunda passagem, para não se soltarem quando a solda voltar ao estado líquido.

Quando a área permite, consolidar tudo em uma face reduz a montagem à metade das passagens. Quando não permitido, montar nos dois lados continua sendo a escolha certa, desde que o custo tenha sido comparado com o da alternativa. Cada passagem adicional tem preço, e esse preço entra tanto na cotação de quem terceiriza quanto na conta de quem avalia montagem SMT terceirizada ou linha própria.

2. Componente PTH isolado em uma placa SMT

Um único componente PTH (furo passante) em uma placa que seria toda SMT muda a sequência de montagem. O processo deixa de terminar no forno e ganha inserção e uma segunda solda, por onda, seletiva ou manual. Se houver SMD na face que passa pela onda, entram ainda adesivo e cura, ou um palete de proteção. Muitas vezes tudo isso acontece por causa de um conector ou de um capacitor eletrolítico.

Mas existe alternativa. O pin in paste solda o terminal passante no mesmo ciclo de refusão dos demais componentes e elimina a segunda solda. Em troca, impõe aberturas maiores no estêncil e exige que a peça suporte o pico de refusão, entre 235 °C e 250 °C, o que muitos conectores plásticos não suportam.

A saída raramente é eliminar todo o PTH, que continua sendo a melhor opção para conectores sujeitos a esforço mecânico. O que reduz custo é verificar, já na escolha do componente, se existe versão SMD equivalente e, quando não existe, concentrar os furos passantes em uma mesma face e em uma mesma região da placa.

3. Placa sem borda de processo nem panelização

Na linha, o transportador precisa segurar a placa por algum lugar. A borda de processo é a faixa de material sem componentes, removida após a montagem, que serve a esse fim. Sem ela, as esteiras apoiam na área útil, e o componente próximo à extremidade fica inacessível ou sofre esforço mecânico.

A referência mais usada para essa borda é de 12,7 mm, com faixa de 5 mm a 25 mm conforme o equipamento. Placas com menos de 1,0 mm de espessura ou com componentes que ultrapassam o contorno pedem moldura nos quatro lados. Nenhum componente ou trilha deve ficar a menos de 3 mm da linha de corte em V nem a menos de 5 mm dos pontos de tab.

A borda também viabiliza a panelização, que agrupa várias placas em um painel único. Guias de fabricantes apontam redução de 15% a 30% no custo de montagem por placa com um painel bem projetado, porque a linha processa várias unidades como se fossem uma. Como a dimensão ideal do painel depende das máquinas de quem monta, esse é um dos pontos em que consultar a montadora antes de fechar o arquivo dá mais retorno.

Parâmetros linha Enterplak: Borda mínima de 10mm, dimensão do painel mínima de 100mm x 100mm e máxima de 400mm x 250mm, método de separação preferido é o corte em V.

4. Fiduciais ausentes ou mal posicionados

O fiducial é a marca de cobre exposto que a câmera da pick and place usa para localizar a placa e corrigir desvios antes de posicionar o primeiro componente. Sem ele, a máquina trabalha com a posição teórica do arquivo, e a diferença em relação à posição real aparece depois nas soldas.

A prática consolidada pede três fiduciais globais por painel, em três cantos, a no mínimo 5 mm da borda, com 1,0 mm de diâmetro e área livre de máscara de solda de duas a três vezes esse valor. Componentes de passo fino, como BGA e QFN, pedem dois fiduciais locais próprios, em diagonal.

O fiducial ocupa poucos milímetros quadrados e elimina uma classe inteira de defeitos de registro. Entre as sete decisões, é a de correção mais barata.

BANNER-modelo ckd para reduzir custos e otimizar a produção

5. Passivos menores do que o projeto precisa

A escolha entre 0201, 0402 e 0603 é uma discussão rara, pois o menor encapsulamento da biblioteca acaba usado na placa inteira, mesmo onde um 0603 caberia. Componentes menores estreitam a janela de processo, exigem tolerância mais apertada na impressão de pasta e aumentam a taxa de defeito.

O problema dessa faixa é o tombstoning, em que a peça levanta de um lado durante a refusão e fica em pé sobre um único terminal. A causa mais comum é o desequilíbrio térmico entre os pads onde um deles ligado a um plano de cobre que dissipa calor e atrasa a fusão da solda daquele lado. A IPC-7351, norma de footprints para montagem em superfície, trata do dimensionamento simétrico de pads por esse motivo.

No layout, a correção é barata: pads simétricos, alívio térmico onde um dos lados encontra plano de cobre e uso do menor encapsulamento apenas onde a densidade exige.

O menor encapsulamento que a Enterplak monta é tamanho 0201 e o que recomenda como padrão quando há espaço na placa seria o tamanho 0402.

6. Via no pad sem preenchimento

Colocar a via dentro do pad economiza espaço e melhora o desempenho térmico e elétrico, por isso é frequente em projetos densos. Na refusão, porém, a solda escorre pelo furo por capilaridade, o volume que deveria formar a junta se perde e o resultado é junta insuficiente ou vazio interno. Em encapsulamentos como BGA e QFN, esse defeito só aparece na inspeção por raio X.

O tratamento correto é preencher e cobrir a via, conforme os tipos descritos na IPC-4761. Funciona, mas acrescenta etapas à fabricação da placa nua e aparece no preço unitário. A pergunta útil, ainda no layout, é se a via precisa estar ali, pois em boa parte dos casos ela pode sair do pad com um trecho curto de trilha, sem prejuízo elétrico relevante e sem custo adicional.

7. Serigrafia (silkscreen) que a inspeção não consegue ler

A serigrafia não afeta o funcionamento da placa e por isso costuma ficar por último. Ela afeta o tempo de montagem, de inspeção e de reparo, que é custo direto.

Os valores usuais de fabricação pedem linha de no mínimo 5 mil (0,13 mm), altura de texto de 25 mil (0,64 mm) e afastamento de 4 mil (0,10 mm) em relação a pads e vias, para que a tinta não invada área de solda. Designador e marca de polaridade precisam continuar visíveis com o componente montado. Uma referência escondida sob o capacitor obriga o inspetor a consultar o desenho, e essa consulta se repete em cada placa do lote.

O que enviar para uma análise de DFM

A análise é feita sobre os mesmos arquivos que seguiriam para a produção: arquivos de fabricação em Gerber ou ODB++, lista de materiais com código do fabricante, arquivo de coordenadas para a pick and place e desenho de montagem. Informar o volume previsto e a aplicação do produto ajuda, porque uma recomendação que compensa em lotes de milhares pode não compensar em dezenas.

O melhor momento é antes do primeiro protótipo, e de novo antes da liberação para produção seriada. Nesses dois pontos, qualquer ajuste ainda é uma alteração de arquivo. Na Enterplak, a avaliação considera o processo real das linhas de montagem e os critérios do sistema de qualidade certificado ISO 9001, o que mantém cada recomendação ligada ao que acontece na produção.

Conclusão: Layout que funciona e layout fabricável

Dupla face, furo passante e via no pad resolvem problemas reais de espaço, custo e desempenho. Nenhuma dessas decisões é errada em si. O que separa uma escolha boa de uma escolha cara é saber o que ela impõe à linha antes de fechar o arquivo.

Um layout que funciona é o mínimo. Um layout fabricável é o que segura o seu custo-alvo quando a produção sai das primeiras dezenas e entra no volume.

Está fechando o layout de uma placa nova? Envie os arquivos do projeto para a Enterplak e faça uma cotação do seu projeto.

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Perguntas frequentes sobre DFM em PCB

Dúvidas recorrentes de quem está fechando o layout de uma placa nova.

O que é DFM em projeto de PCB?

DFM, ou Design for Manufacturing, é a análise que verifica se um projeto de placa de circuito impresso pode ser fabricado e montado de forma estável com o processo disponível. Cobre footprints, espaçamentos, panelização, fiduciais, sequência de montagem e lista de materiais, e acontece antes da geração de ferramental.

Qual a diferença entre DFM e DFA?

DFM (Design for Manufacturing) trata da fabricabilidade do projeto como um todo, a começar pela placa nua. DFA (Design for Assembly) trata especificamente da montagem dos componentes. Na prática, quem monta a placa analisa os dois juntos, e é comum o termo DFM ser usado para o conjunto, como neste artigo.

Em que momento do projeto vale pedir a análise de DFM?

Antes do primeiro protótipo, e novamente antes da liberação para produção seriada. Corrigir no arquivo custa tempo de engenharia; corrigir depois do estêncil cortado e dos componentes comprados envolve retrabalho, sucata e prazo.

Componentes nos dois lados da placa sempre encarecem a montagem?

Sempre acrescentam uma passagem completa pela linha: segunda impressão de pasta, segunda colocação e segunda refusão, com estêncil e programa próprios. Compensa quando a área é crítica ou quando a alternativa é aumentar a PCB. O que não compensa é tomar a decisão sem ter comparado as duas opções.

Qual a largura recomendada de borda de processo?

A referência mais usada é 12,7 mm, com variação de 5 mm a 25 mm conforme a espessura da placa, o método de separação e os componentes que ultrapassam o contorno. O valor definitivo deve ser confirmado com quem vai montar a placa, porque depende do equipamento.

Por que componentes 0201 e 0402 aumentam o índice de defeito?

Porque estreitam a janela de processo. Variações de impressão de pasta e desequilíbrio térmico entre pads que um 0603 absorveria passam a gerar defeito, sendo o tombstoning o mais frequente. Pads simétricos e alívio térmico reduzem a ocorrência, mas o encapsulamento continua sendo a variável de maior peso.

Preciso de fiduciais mesmo em placas simples?

Sim, sempre que houver montagem automatizada. Sem fiducial, a máquina posiciona pela coordenada teórica do arquivo, sem corrigir o desvio real da placa. São três marcas globais por painel e duas locais em componentes de passo fino.

A Enterplak faz análise de DFM?

Sim. A Enterplak oferece suporte técnico ao desenvolvimento, com foco em otimizar o design da placa de circuito impresso para reduzir custo e evitar problemas na fabricação. A análise pode ser solicitada pela página de contato, com o envio dos arquivos do projeto.

Referências

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