stringtranslate.com

Проектирование с учетом технологичности

Переработано для удобства производства

Проектирование для технологичности (также иногда называемое проектированием для производства или DFM ) — это общая инженерная практика проектирования изделий таким образом, чтобы их было легко изготовить. Эта концепция существует почти во всех инженерных дисциплинах, но ее реализация сильно различается в зависимости от технологии производства. DFM описывает процесс проектирования или разработки изделия с целью облегчения производственного процесса с целью снижения его производственных затрат. DFM позволит устранить потенциальные проблемы на этапе проектирования, который является наименее затратным местом для их решения. На технологичность могут влиять и другие факторы, такие как тип сырья, форма сырья, размерные допуски и вторичная обработка, такая как отделка.

В зависимости от различных типов производственных процессов существуют установленные руководящие принципы для практик DFM. Эти руководящие принципы DFM помогают точно определить различные допуски, правила и общие производственные проверки, связанные с DFM.

Хотя DFM применим к процессу проектирования, во многих организациях также практикуется схожая концепция под названием DFSS (проектирование по методологии Six Sigma).

Для печатных плат (ПП)

В процессе проектирования печатных плат DFM приводит к набору руководств по проектированию, которые пытаются обеспечить технологичность. Таким образом, возможные проблемы производства могут быть решены на этапе проектирования.

В идеале, руководства DFM учитывают процессы и возможности производственной отрасли. Поэтому DFM постоянно развивается.

По мере того, как производственные компании развиваются и автоматизируют все больше и больше стадий процессов, эти процессы, как правило, становятся дешевле. DFM обычно используется для снижения этих затрат. [1] Например, если процесс может быть выполнен автоматически машинами (например, размещение и пайка компонентов SMT ), такой процесс, скорее всего, будет дешевле, чем выполнение его вручную.

Для интегральных схем (ИС)

Проектирование полупроводников для производства (DFM)

Проектирование полупроводников для производства (DFM) — это комплексный набор принципов и методов, используемых в проектировании интегральных схем (ИС), чтобы гарантировать, что эти разработки плавно перейдут в крупносерийное производство с оптимальным выходом и надежностью. DFM фокусируется на прогнозировании потенциальных проблем производства и упреждающем изменении схем и схем микросхем для смягчения их влияния.

Фон

По мере того, как полупроводниковая технология масштабируется до более мелких узлов, транзисторы и межсоединения становятся невероятно плотными и чувствительными к тонким изменениям в процессе производства. Эти изменения могут привести к дефектам, которые вызывают сбои в работе чипов или ухудшают их производительность. DFM стремится минимизировать влияние этих изменений, повышая выход годных и делая производство чипов более рентабельным.

Ключевые концепции в DFM

Методы DFM

Некоторые распространенные методы DFM, используемые в проектировании полупроводников, включают в себя:

DFM и проектный поток

DFM интегрирован на протяжении всего процесса проектирования полупроводниковых приборов:

  1. Проектирование: проектировщики используют инструменты с поддержкой DFM, которые автоматически проверяют наличие нарушений правил и потенциальных проблем с технологичностью.
  2. Проверка: процессы проверки включают в себя обширные проверки DFM, чтобы гарантировать, что конструкция соответствует всем производственным требованиям.
  3. Физическая реализация: на этом этапе к проекту применяются такие методы, как вставка заполнения и OPC для оптимизации производства.
  4. Утверждение: выполняется тщательная проверка правил проектирования (DRC) и сопоставления макета со схемой (LVS), чтобы убедиться, что проект готов к изготовлению.

Важность DFM

DFM имеет важное значение для успешного и экономически эффективного производства современных полупроводниковых приборов. [2] Благодаря упреждающему решению проблем технологичности на этапе проектирования, DFM приводит к:

Для обработки на станках с ЧПУ

Цель

Целью является проектирование с более низкой стоимостью. Стоимость определяется временем, поэтому проектирование должно минимизировать время, необходимое не только для обработки (удаления материала), но и для настройки станка с ЧПУ , программирования ЧПУ, крепления и многих других действий, которые зависят от сложности и размера детали.

Время настройки операций (переворот детали)

Если не используется 4-я и/или 5-я ось, ЧПУ может подходить к детали только с одного направления. За один раз необходимо обрабатывать одну сторону (это называется операцией или op ). Затем деталь необходимо переворачивать из стороны в сторону для обработки всех элементов. Геометрия элементов определяет, должна ли деталь переворачиваться или нет. Чем больше ops (переворот детали), тем дороже деталь, поскольку она требует значительного времени на настройку и загрузку/выгрузку.

Каждая операция (переворот детали) имеет время настройки, машинное время, время загрузки/выгрузки инструментов, время загрузки/выгрузки деталей и время создания программы ЧПУ для каждой операции. Если деталь имеет только 1 операцию, то детали нужно загрузить/выгрузить только один раз. Если у нее 5 операций, то время загрузки/выгрузки имеет значение.

Низко висящий фрукт — это минимизация количества операций (переворачивание детали) для создания значительной экономии. Например, обработка поверхности небольшой детали может занять всего 2 минуты, но потребуется час, чтобы настроить станок для выполнения этой операции. Или, если есть 5 операций по 1,5 часа каждая, но всего 30 минут машинного времени, то 7,5 часов оплачиваются всего за 30 минут обработки. [3]

Наконец, объем (количество деталей для обработки) играет решающую роль в амортизации времени настройки, времени программирования и других действий в стоимости детали. В приведенном выше примере деталь в количестве 10 может стоить в 7–10 раз больше, чем в количестве 100.

Обычно закон убывающей доходности проявляется при объемах 100–300, поскольку время наладки, изготовление специального инструмента и крепление можно списать на шум. [4]

Тип материала

Наиболее легко обрабатываемые типы металлов включают алюминий , латунь и более мягкие металлы. Поскольку материалы становятся тверже, плотнее и прочнее, такие как сталь , нержавеющая сталь , титан и экзотические сплавы, их становится намного сложнее обрабатывать и это занимает гораздо больше времени, поэтому они менее технологичны. Большинство типов пластика легко обрабатывать, хотя добавление стекловолокна или углеродного волокна может снизить обрабатываемость. Пластики, которые особенно мягкие и липкие, могут иметь собственные проблемы с обрабатываемостью.

Материальная форма

Металлы бывают разных форм. В случае алюминия, например, пруток и пластина являются двумя наиболее распространенными формами, из которых изготавливаются обработанные детали. Размер и форма компонента могут определять, какую форму материала следует использовать. Обычно в инженерных чертежах указывается одна форма вместо другой. Пруток обычно составляет около 1/2 стоимости пластины на основе фунта. Таким образом, хотя форма материала не связана напрямую с геометрией компонента, стоимость можно исключить на этапе проектирования, указав наименее дорогую форму материала.

Допуски

Значительным фактором, влияющим на стоимость обработанного компонента, является геометрический допуск, с которым должны быть выполнены элементы. Чем жестче требуемый допуск, тем дороже будет обрабатываться компонент. При проектировании укажите самый свободный допуск, который будет соответствовать функции компонента. Допуски должны быть указаны для каждого элемента по отдельности. Существуют креативные способы проектирования компонентов с более низкими допусками, которые все еще работают так же хорошо, как и компоненты с более высокими допусками.

Дизайн и форма

Поскольку обработка является субтрактивным процессом, время удаления материала является основным фактором, определяющим стоимость обработки. Объем и форма удаляемого материала, а также скорость подачи инструментов будут определять время обработки. При использовании фрез прочность и жесткость инструмента, которые частично определяются соотношением длины к диаметру инструмента, будут играть наибольшую роль в определении этой скорости. Чем короче инструмент относительно его диаметра, тем быстрее он может проходить через материал. Оптимальным является соотношение 3:1 (Д:Д) или ниже. [5] Если это соотношение не может быть достигнуто, можно использовать решение, подобное изображенному здесь. [6] Для отверстий соотношение длины к диаметру инструментов менее критично, но все равно должно быть ниже 10:1.

Существует множество других типов элементов, обработка которых более или менее затратна. Обычно обработка фасок обходится дешевле, чем обработка радиусов на внешних горизонтальных кромках. 3D-интерполяция используется для создания радиусов на кромках, которые не находятся в одной плоскости, что требует в 10 раз большей стоимости. [7] Поднутрения обходятся дороже. Элементы, требующие меньших инструментов, независимо от соотношения L:D, обходятся дороже.

Проектирование для проверки

Концепция проектирования для инспекции (DFI) должна дополнять и работать в сотрудничестве с проектированием для технологичности (DFM) и проектированием для сборки (DFA) для снижения стоимости производства продукта и повышения практичности производства. Существуют случаи, когда этот метод может вызвать календарные задержки, поскольку он потребляет много часов дополнительной работы, например, в случае необходимости подготовки презентаций и документов для обзора дизайна. Для решения этой проблемы предлагается, чтобы вместо периодических инспекций организации могли принять структуру предоставления полномочий, особенно на этапе разработки продукта, когда высшее руководство уполномочивает руководителя проекта оценивать производственные процессы и результаты в сравнении с ожиданиями по производительности продукта, стоимости, качеству и времени разработки. [8] Эксперты, однако, ссылаются на необходимость DFI, поскольку она имеет решающее значение для контроля производительности и качества , определяя ключевые факторы, такие как надежность продукта, безопасность и жизненные циклы. [9] Для компании по производству аэрокосмических компонентов, где инспекция является обязательной, существует требование пригодности производственного процесса для инспекции. Здесь принимается такой механизм, как индекс инспекционной пригодности, который оценивает предложения по проектированию. [10] Другим примером DFI является концепция кумулятивного подсчета соответствующих карт (карта CCC), которая применяется при планировании инспекций и технического обслуживания для систем, где доступны различные типы инспекций и технического обслуживания. [11]

Проектирование для аддитивного производства

Аддитивное производство расширяет возможности проектировщика по оптимизации конструкции продукта или детали (например, для экономии материалов). Проекты, разработанные для аддитивного производства, иногда сильно отличаются от проектов, разработанных для операций обработки или формовки.

Кроме того, из-за некоторых ограничений по размеру машин для аддитивного производства иногда соответствующие более крупные конструкции разделяются на более мелкие секции с функциями самостоятельной сборки или локаторами крепежных элементов.

Общей характеристикой методов аддитивного производства, таких как моделирование методом послойного наплавления , является необходимость временных опорных структур для нависающих элементов детали. Удаление этих временных опорных структур после обработки увеличивает общую стоимость изготовления. Детали могут быть спроектированы для аддитивного производства путем устранения или снижения потребности во временных опорных структурах. Это можно сделать, ограничив угол нависающих структур до значения, меньшего, чем предел данной машины аддитивного производства, материала и процесса (например, менее 70 градусов от вертикали).

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Дольчемасколо, Даррен. «DFM помогает производителям снизить затраты, сохраняя при этом ценность». Надежный завод .
  2. ^ Овусу-Боахен, Кваме; Хан, Чанг (Карл); Сюэ, Чинг; Ким, Чулву (Джейк); Виджаякумар, Арун; Девендер, Фну; Моро, Дэвид Дж. (2021-02-22). «Обнаружение перетравки при обработке полупроводников с помощью электронного луча и связь уровня перетравки с параметрами обнаружения дефектов». В Adan, Ofer; Robinson, John C. (ред.). Metrology, Inspection, and Process Control for Semiconductor Manufacturing XXXV . Vol. 11611. SPIE. pp. 99–104. Bibcode : 2021SPIE11611E..0NO. doi : 10.1117/12.2584652. ISBN 978-1-5106-4055-9.
  3. ^ «Как проектировать дешевые обработанные детали и почему? - Параметрическое производство». 3 сентября 2016 г.
  4. ^ «Руководство по прототипированию и производству станков с ЧПУ — параметрическое производство». Август 2016 г.
  5. ^ Inc., eFunda. «Фрезерование: Правила проектирования». {{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )
  6. ^ "Руководство по проектированию" (PDF) . Pro CNC . Получено 30 января 2017 г. .
  7. ^ "Средство №1 для недорогой обработки деталей на станках с ЧПУ - параметрическое производство - цех станков с ЧПУ + электроэрозионная обработка". 17 июля 2016 г.
  8. ^ Андерсон, Дэвид (2004). Проектирование для технологичности и параллельное проектирование: как проектировать для низкой стоимости, проектировать с высоким качеством, проектировать для бережливого производства и проектировать быстро для быстрого производства . Камбрия, Калифорния: CIM Press. стр. 28. ISBN 978-1878072238.
  9. ^ Гупта, Правин (2006). Система показателей Six Sigma Business, Глава 3 - Необходимость системы показателей Six Sigma Business . Нью-Йорк: McGraw Hill Professional. стр. 4. ISBN 9780071735117.
  10. ^ Столт, Роланд; Элг, Фредерик; Андерссон, Петтер (2017). «Проектирование для инспекции — оценка инспекционной пригодности аэрокосмических компонентов на ранних стадиях проектирования». Procedia Manufacturing . 11 : 1193–1199. doi : 10.1016/j.promfg.2017.07.244 – через Elsevier Science Direct.
  11. ^ Чан, Лин-Яу; Ву, Шаомин (1 октября 2009 г.). «Оптимальная конструкция для политики инспекции и обслуживания на основе диаграммы CCC». Компьютеры и промышленная инженерия . 57 (3): 667–676. doi :10.1016/j.cie.2008.12.009. hdl :1826/4041. ISSN  0360-8352. S2CID  206721473.

Источники

Внешние ссылки

В Wikibooks есть книга по теме: Практическая электроника/Разметка печатных плат