Maximaal productieresultaat dankzij design for excellence

Reading time: 5 minutes

Author:

Rona Kousoureta-van Dam is freelancer. Ze schreef dit artikel in opdracht van TBP.

Design for excellence (dfx) levert grote meerwaarde op voor opdrachtgevers. Door in een vroeg stadium invloed te hebben op het ontwerp van een print kan TBP Electronics een hoge productkwaliteit en productbetrouwbaarheid, maatwerk, grote leveringsflexibiliteit en lage totale kosten realiseren. De beste resultaten zijn te behalen als opdrachtgevers alle drie de dfx-fases benutten, weet het bedrijf.

‘Fouten herstellen brengt kosten met zich mee die elke volgende processtap met een factor tien toenemen’, legt Marcel Swinnen van TBP Electronics uit. Hij is managing director test en design for excellence (dfx) bij de ems-specialist uit Dirksland. ‘Ook kunnen fouten de kwaliteit, en dus de levensduur, van het product beïnvloeden. Door al in de ontwerpfase productiekennis en -ervaring in te brengen, zijn dergelijke hoge kosten te voorkomen en is een zeer hoge uitleverkwaliteit te bereiken.’

Dfx bestaat uit opeenvolgende fases waarbij TBP het ontwerp van de opdrachtgever vanuit verschillende invalshoeken beoordeelt en aanbevelingen doet voor verbetering. Swinnen: ‘Het maximale productieresultaat bereiken we als we alle drie de dfx-fases volledig doorlopen. We kunnen ons productieproces dan optimaal inrichten.’

Fase 0 is de belangrijkste. Hierin selecteert de ontwerper van de opdrachtgever de key componenten. ‘Wij adviseren zo veel mogelijk zogeheten categorie A-componenten toe te passen’, zegt Swinnen. ‘Deze zijn altijd op voorraad onder geconditioneerde omstandigheden en we beschikken over alle productie- en testgegevens. Wij dragen de verantwoordelijkheid voor minimale besteleenheden, de opdrachtgever neemt uitsluitend de aantallen af die hij nodig heeft. Voor specifieke klanten hebben we ook categorie B en C op voorraad.’

TBP adviseert de ontwerpers van zijn opdrachtgevers en ontwerppartners niet alleen over de key componenten, maar probeert hen ook meer bewust te maken van de testbaarheid, maakbaarheid en leverbetrouwbaarheid. Dit gebeurt in fase 1, aan de hand van de analyses design for test (dft), design for manufacturing (dfm) en design for logistics (dfl). Het engineeringteam van TBP ontwikkelt daarbij ook speciale testtoepassingen geoptimaliseerd door dft, waaronder extended boundary-scantests.

Eenvoudig oplosbaar

‘Het elektrische schema dat de ontwerper aan ons voorlegt in fase 1 analyseren wij op testbaarheid en testtoegankelijkheid’, vertelt dft-engineer Steven Van Hout. De belangrijkste testmethode is onze extended boundary-scan waarmee wij de printed circuit board assemblies, de pcba’s, op productieniveau geautomatiseerd functioneel testen en zo de werking van de key componenten valideren. Het grote voordeel hiervan is het geautomatiseerd zoeken naar fouten en het aanmaken van een herstelticket. Door testpunten op te nemen in het ontwerp, kunnen we de extended boundary-scan optimaal inzetten. Bij onvoldoende testtoegankelijkheid kunnen we toch een maximale testdekking behalen met deze methode door gebruik te maken van software van de opdrachtgever.’

De extended boundary-scan voorkomt kostbare functionele testoplossingen bij de opdrachtgever en heeft een positieve invloed op het productierendement en de productkwaliteit, uitgedrukt in production yield (of first pass yield) respectievelijk slip through. Van Hout: ‘Wij berekenen deze voorlopige percentages op basis van de ontwerpcomplexiteit en de toegepaste teststrategie, en nemen ze op in onze rapportages en offertes naar de opdrachtgever. Ontwerpers beoordelen met name de functionaliteit van het ontwerp, wij denken mee over de testbaarheid en testtoegankelijkheid. Zonder overigens de economische kant uit het oog te verliezen. Dit doen wij door de testpunten zo efficiënt mogelijk in het ontwerp te verwerken.’

TBP ontwikkelt ook speciale toepassingen voor met name dft en dfm, waaronder extended boundary-scantests.

In fase 1 onderzoekt TBP ook de maakbaarheid van het ontwerp. ‘We controleren of de footprints op het pcb overeenkomen met de fysieke componenten en controleren met het softwaremodel of we alle componenten betrouwbaar kunnen plaatsen en solderen’, verklaart dfm-engineer Geert Gielis. ‘Ons doel is om dit automatisch te doen en daarom komt een pcba met alleen maar smd-componenten het best in aanmerking.’

Vanuit ontwerptechnisch standpunt kiest de ontwerper soms echter voor conventionele, through-hole componenten, signaleert Gielis. ‘Door dan deels pin in paste-varianten te selecteren, zijn ze toch door een pick-and-placemachine te plaatsen en zijn ze geschikt voor de hogere oventemperatuur van full reflow. Belangrijk is dat de overige conventionele componenten automatisch te solderen zijn met selective wave. Het handmatige alternatief, uitgevoerd door mensen, brengt meer fouten en meer kosten met zich mee, hoe zorgvuldig ze hun werk ook doen. Voor een geautomatiseerd selective wave-proces is ruimte tussen de componenten aan de soldeerzijde een vereiste. Hierop analyseren wij het ontwerp en onze aanbevelingen koppelen we terug naar de ontwerper.’

‘De praktijk heeft ons geleerd dat we in deze fase vrijwel alle productie-inefficiënties in het ontwerp ontdekken’, vervolgt Gielis. ‘Het komt bijvoorbeeld voor dat er enkele verkeerde componenten uit de stukslijst zijn geselecteerd. Dit is een administratieve fout die in deze fase nog relatief eenvoudig oplosbaar is. Hoe anders is het als we de hele productielijn al hebben ingesteld en de verkeerde componenten worden geleverd. Dan kunnen we helemaal opnieuw beginnen met alle kosten van dien. Het voorkomen van fouten voorkomt hoge kosten.’

In de dfx-strategie speelt ook de samenwerking met leveranciers een grote rol. Belangrijke prestatie-indicatoren zijn kwaliteit, logistiek, technologie, kosten, communicatie en risicomanagement. Dankzij intensieve samenwerking en grote bestelvolumes kunnen voorkeursleveranciers hun tarieven voor de categorie A-componenten laag houden. Zij zorgen bovendien voor betrouwbare levering, ook van de minder toegepaste B- en C-componenten op basis van verwachte orders.

Groeiend bewustzijn

‘In fase 2 controleren we zorgvuldig de maakbaarheid en testbaarheid van de hele pcba’, gaat Marcel Swinnen verder. ‘De definitief berekende percentages voor production yield en slip through nemen we als resultaatverplichtingen op in onze offertes. Deze berekeningen hebben nog steeds betrekking op de ontwerpfase.’

Na goedkeuring ontwerp neemt TBP alle uitgewerkte processtappen op in zijn productiebeheerssysteem. Dit systeem bewaakt of alle stappen daadwerkelijk worden gezet en vergelijkt de berekende en gemeten production yield- en slip through-percentages. Indien nodig worden direct corrigerende maatregelen genomen. Het uiteindelijke resultaat is een pcba met hoge productkwaliteit en productbetrouwbaarheid, volledig op maat, met grote leveringsflexibiliteit en lage totale kosten.

‘Wij helpen de ontwerper direct de beste componenten, de juiste productiestappen en de beste teststrategie te kiezen voor het hoogst haalbare productieresultaat’, concludeert Swinnen. ‘Natuurlijk kunnen we de pcba’s volledig volgens de specificaties van de opdrachtgever maken, maar dat levert niet het optimale eindresultaat dat wij met onze dfx-aanpak wél kunnen bereiken.’

Communicatie met de opdrachtgever en de ontwerpers in een vroegtijdig stadium is daarbij erg belangrijk. ‘Doordat wij onze bevindingen kunnen toelichten, ontstaat wederzijds begrip’, is Swinnens ervaring. ‘Het bewustzijn groeit en dit heeft veel toegevoegde waarde. De effecten zien wij bij vervolgopdrachten, waarbij de ontwerpers steeds meer rekening houden met alle relevante aspecten. Liever vóórdenken dan nadenken, en alles in één keer goed.’