Design for Excellence Wie Best Practices die Produktentwicklung verkürzen

Autor / Redakteur: Martin Ortgies * / Franz Graser

Durch konsequente Design-Evaluierung, eine veränderte Prototypenphase und Techniken für kürzere Durchlaufzeiten in der Fertigung können viele Änderungen sowie Zeit und Kosten eingespart werden.

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3-D-SPI: Beim Pastendruck wird die Druckschablonendicke nach dem kleinsten Rastermaß beziehungsweise dem kritischsten Bauteil auf der Leiterplatte ausgewählt.
3-D-SPI: Beim Pastendruck wird die Druckschablonendicke nach dem kleinsten Rastermaß beziehungsweise dem kritischsten Bauteil auf der Leiterplatte ausgewählt.
(Bild: Ortgies/Ihlemann)

Der Weg von der Produktidee bis zur Serienfertigung soll schneller werden und weniger Kosten verursachen. In der Praxis werden die Prozesse allerdings eher komplexer und schwerer beherrschbar. So ist eine typische Prozesskette aus Design, Entwicklungsmuster, EMV-Prüfung, Designkorrektur, Prototyp, Redesign, nochmals EMV-Labor, Nullserie und Fertigungsvorbereitung oft zeitintensiver und mit mehr Änderungen verbunden als geplant.

In diesem Trial-and-Error-Prozess können durch Best-Practice-Erfahrungen und durch eine engere Zusammenarbeit von Entwicklern und Fertigungsspezialisten mehrere Korrekturschleifen eingespart und der Produkteinführungsprozess erheblich verkürzt werden, so die Erfahrungen von Ihlemann. Der ZVEI spricht von der Parallelisierung von Design, Produktion der Prototypen und der Industrialisierung für die Serie („DfX-Design for Excellence“). Dabei gilt: Je früher Best-Practice-Erfahrungen im Produkteinführungsprozess berücksichtigt werden, umso größer ist die Zeit- und Kostenersparnis.

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Der Braunschweiger EMS-Dienstleister Ihlemann nennt als Hauptansatzpunkte

  • eine Design-Evaluierung des PCB-Layouts vor Abschluss der Designphase,
  • die frühzeitige Anwendung von Serienstandards bereits in der Prototypenphase,
  • neue Techniken und Methoden für kürzere Durchlaufzeiten in der Fertigung.

Design-Evaluierung des Leiterplattenlayouts

Noch in der Designphase, also vor dem ersten Bestellen der Leiterplatte, kann durch eine softwaregestützte virtuelle Bestückung geprüft werden, ob die maßgeblichen Standards wie die IPC-A-610 „Acceptability of Electronic Assemblies“, die Vorgaben der Bauteilhersteller sowie die maschinenspezifischen Designrichtlinien der Fertigung eingehalten werden. Die virtuelle Bestückung erkennt typische Designfehler wie

  • Probleme mit Bauelementen: zu geringe Abstände von Bauelementen zueinander; falsche Padgrößen und Bohrungen; Aufschwimmen von Bauteilen durch eine falsche Padgestaltung; falsche Bauformen aufgrund von falschen Artikelnummern (Stücklistenfehler);
  • Probleme mit Durchkontaktierungen: zu geringe Bohrdurchmesser verhindern die Kapillarwirkung und das Aufsteigen des Lots; möglicher Lötzinnabfluss bei den Vias direkt in SMD-Pads;
  • Aufbau der Leiterplatte: fehlende Wärmefallen in Innenlagen an den Durchsteigern / Bohrungen mit Verbindungen zu Masseflächen verhindern wegen nicht ausreichender Durchwärmung einen vollständigen Lötdurchstieg.

„Nach unseren Erfahrungen werden durch die Design-Evaluierung etwa 95 Prozent der Designfehler erkannt. Die restlichen 5 Prozent betreffen lediglich kundenspezifische Sonderentwicklungen“, berichtet Ihlemann-Vorstand Bernd Richter. Nach der virtuellen Bestückung erstellt der Fertigungs-Dienstleister einen ausführlichen Report und gibt Hinweise zur Beseitigung der festgestellten Probleme und zur Fertigungsoptimierung.

Dazu gehören auch Hinweise zum Materialmanagement, denn oft können problematische Bauteile durch Alternativen ersetzt werden. Hier berücksichtigt Ihlemann neben der Funktionalität auch Aspekte wie gesetzliche Normen, die langfristige Verfügbarkeit / Obsoleszenz-Management sowie die Materialpreisentwicklung.

Die vorgeschlagenen Designkorrekturen können in dieser frühen Phase des Produkteinführungsprozesses noch relativ einfach umgesetzt werden. Werden die Korrekturen nicht berücksichtigt, treten sie spätestens in der Serienfertigung als verdeckte Fehlerquellen auf. Das führt etwa dazu, dass automatisierte Lötprozesse wie das Selektivlöten durch nachträgliche Handlötstellen ergänzt werden müssen. Das erhöht die Fehlerquote, führt zu steigenden Kosten und verzögert die Auslieferung.

Die Erkenntnisse aus der Design-Evaluierung ermöglichen zudem eine kürzere Fertigungsvorbereitung, denn technisch ist weitgehend sichergestellt, dass beim Übergang von der Prototypen- zur Serienphase keine zeit- und kostenaufwendigen Korrekturen mehr erforderlich sind.

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