「Design for..」という用語は、近年、特にメーカーやホビイスト、新興企業の間で一般的に使われるようになってきました。
この傾向は、おそらく手頃な価格のワンストップ製造サービスが普及したことによるものでしょう（そして、Seeed Fusion DFMマニュアルの貢献も少なからずあるかもしれません:D）。しかし、迅速なプロトタイピングとアジャイル製造の文脈で、これが実際に何を意味するのかについては多くの混乱が見られます。DFMやDFAのレビューサービスを提供する場合、それは具体的にどのようなことを指すのでしょうか？
従来、「Design for X」という用語は、大衆向けに数十万個の製品を生産する企業間で主に使用されていました。
「Design for X」または「Design for Excellence」のウィキペディアページでは、これを「Xは製造可能性、電力、変動性、コスト、歩留まり、信頼性など、多くの可能な値のうちの1つを取ることができる変数である」として、一連の特性やガイドラインの方法論として定義しています。
したがって、例えばDesign for Inspection（DFI）は、エラーや欠陥を効率的に特定するために製品の側面を改善することに焦点を当てます。Design for ManufactureまたはManufacturability（DFM）は、量産開始前に製造プロセスで発生する可能性のある問題に対応します。本質的に、あらゆる側面について設計を行い、管理者が良質な製品をリリースし、後の高コストな修正を避けるために、多岐にわたる要素をカバーすることが求められます。
「製品開発における基本原則はシンプルです：欠陥の発見が遅れれば遅れるほど、修正コストは高くなります。これは先制的に行動し、早期に問題を予測しようとするアプローチです。」
Seeed組立フロアマネージャー
Design for Excellenceの価値
自社工場を持つ大手ブランドを想像してみてください。オーナーは全プロセスを完全に管理し、何が機能し何が機能しないかについて直接的な経験を持っているでしょう。デザイナーはプロジェクト開始当初から生産フロアの技術者と緊密に連携できます。しかし、小ロット生産への移行と、それに続く独立した低コストの専門工場の出現により、DFXの価値は低下し、過小評価される傾向にありました。
「製造の背景を持たない多くの人々は、プロセスをカスタムプリントTシャツの注文のように扱います。発生しうる問題の種類を想定していません。そのようにマーケティングされているかもしれませんが、顧客と生産ラインの両方にとって多くの不満と遅延を招く結果となります。」
「名前は出しませんが、海外の顧客は特に設計ミスを起こしがちです。フットプリントの間違い、BOM数量の誤り、そういった基本的なことすべてです。そして、少数の部品価格に対して過度に厳しい態度を取る人々もいます。」
「おそらく、部品が深センのような場所ほど容易に入手できないからでしょう。製造に対する考え方も多少異質に感じられるかもしれません。私たちはすべてが非常に手頃な価格で入手できる環境に慣れていますから。」
Design for Assemblyの価値
Seeed Fusionは、迅速なターンキーPCBアセンブリサービスの一環として、無料のDesign for Assemblyサービスの提供を開始しました。受け付けられたすべての迅速注文には、リードタイムに1日程度を追加する形でレビューが実施されました。その結果は衝撃的であると同時に、安堵させるものでした。
ほぼすべての注文に高または中程度の懸念事項が見つかり、約70%の注文でランドパターンの不一致が発見され、部品を実装できない状態でした。
フットプリントの不一致問題は、一見それほど深刻に思えないかもしれませんが、プロジェクトの成否を分ける可能性があります。
Seeed Fusionは、不正確なフットプリントによる結果に慣れているわけではありません。実際、生産の遅延や停止の多くは、不正確なランドパターンが原因です。
「私たちはそのような問題に慣れており、『何とか合わせる』ためのコツさえ開発しています。USBコネクタが最悪で、スルーホールピンが長いタブ状なのに、ボードには小さなドリル穴が2つしかないような場合です。時にはボードを救う唯一の方法が、リードを切断したり曲げたりして、コネクタをボードに平らに取り付けることしかない場合もあります。理想的ではありませんが、プロトタイプの場合は顧客にとって十分な解決策となることもあります。」
「そして、0603部品なのに0402のランドパターンがあるような基本的な間違いもあります。幸運なことに、それが一般的な抵抗器であれば、棚から代替品を取り出すだけで対応できます。」
「セル0」手はんだ付けチームマネージャー
不一致のフットプリントによる結果は、発見が遅れるほどプロジェクトに深刻な悪影響を及ぼす可能性があります。輸入部品の到着に数週間かかることを考えると、単一の部品の間違いが再発注を必要とする場合、実質的にリードタイムが2倍になる可能性があります。不一致の部品がアセンブリの最終段階で初めて発見された場合、最悪のシナリオが現実化します。通常、表面実装部品が最初にはんだ付けされますが、技術者がすべての表面実装部品のはんだ付けを完了した後、重要なスルーホール部品が取り付けられないことが判明するのです。回避策が見つからない場合、唯一の選択肢はボードを廃棄し、設計を修正して最初からやり直すことになります。
このような設計エラーは、アセンブリ業者側のバックログや生産フロアの遅延の大部分を占めているため、早期に徹底的なレビューを行うことも彼らの利益となります。遅延は問題のある注文だけでなく、キュー内の他のすべての注文にも影響を与えます。特に、問題解決に多大な時間と人的リソースを投資する必要がある場合にはなおさらです。
「これはアジャイル製造に固有の問題であり、私たちは何年もそれを解決、あるいは少なくとも影響を軽減しようと取り組んできました。過去には危うい状況を乗り切ったり、締切を逃したりした経験もあります。」
「DFAレビューを迅速なPCBAサービスに含めた主な理由の一つは、それが最大の不確実性要因を排除するからです。すべてが正しいことを確認できれば、残りはいわばマニュアル通りに進むだけです。」
Seeed Fusion製品マネージャー
顧客からの肯定的なフィードバックとアセンブリラインでの効率大幅向上の結果、Seeed FusionはすべてのPCBA注文にDFAレビューを無料で提供することを決定しました。それ以来、ほぼすべての顧客がより迅速な納期とより高い信頼性を経験しています。完全な失敗から救われた注文の数と、節約された時間とコストは計り知れません。
DFAがカバーしていてDFMがカバーしていないものは何ですか？
従来の技術分野では、Design for Manufacturingが製品のハードウェア製造に関する全側面をカバーする場合がありますが、アセンブリも含まれます。しかし、現代のPCBターンキー製造慣行においてDesign for Xをより適切に関連付けるため、私たちはDFMとDFAを、分析対象と分析者という観点から区別しています：
DFMレビューは、ガーバーファイルやその他のサポート文書に含まれる情報に限定され、通常は異常パターンのチェックリストを通じて問題点を特定します。ショートや欠落したソルダーマスク開口部がないか確認しますが、PCB技術者は必ずしもPCB設計とアセンブリに関する専門知識を持っているわけではなく、設計に意図された部品が何であるかを知っているわけでもありません。
一方、DFAには最低でもガーバーファイルとBOMファイルが必要であり、可能であればピックアンドプレースファイルと回路図も求められます。レビューはより包括的で詳細であり、設計の全要素を半完成品として統合的に評価します。DFAレビューには、文書とその結果を完全に理解するために、PCBレイアウトと生産ラインの両方の経験を持つ資格のある電気技術者が必要です。そのため、このサービスを無料で提供するサプライヤーはほとんどいません。
「本質的に、これはすべての初心者、さらには経験豊富なPCB設計者が求めているものです。専門家による第二の意見です。私たちは、すべてのファイルを渡して問題がないか確認してほしいと依頼する人々を多く受け付けますが、これは簡単な作業ではありません。複雑な設計の場合、良い半日から丸一日かかることもあります。そして、何も問題が見つからなかったとしても、少なくとも設計に問題がないという安心感が得られます。」
「しかし、すべてがクリアだと思わないでください。DFMが検出してDFAが見逃す問題もあります。これは異なる段階で異なる工場と専門知識が関与する場合に予想されることです。彼らは利用可能なツール、生産プロセス、関心事がそれぞれ異なりますから。」
DFAチェックリスト
具体的な内容はサプライヤーによって異なりますが、Seeedの専門DFA技術者は現在、以下のチェックを提供しており、これらに限定されません：
フットプリント検証： フットプリント検証は最も重要であり、一部の見方では最も労力を要し退屈な作業です。おそらく、この種のエラーが最も一般的な理由でもあります。DFA技術者が利用する特定のデータベースやプログラムは、この作業をより迅速かつ容易にするよう設計されており、本質的にはPCBランドパターンをメーカーの仕様と比較します。部品供給不足が深刻な時期には最終的な部品代替が行われるため、フットプリント検証はさらに重要性を増します。
全体的な部品レイアウト： 個々の部品だけでなく、部品間の相対的な間隔とボード全体での配置が、部品の特性や機能、およびアセンブリプロセスへの影響を考慮して分析されます。これには、部品間の間隔（特にウェーブはんだ付けが必要な場合に重要）、ボードの脆弱な領域にある破損しやすい部品の配置、ボードの反りを避けるための重量配分、機能部品（例：SDカードソケット）へのアクセス性、エンクロージャーがある場合の適合性、および潜在的な再作業の必要性などが含まれます。
PCBの特徴： 実装される部品の種類に応じて、技術者はPCBボードに特定の機能や修正が必要かどうかを判断します。例えば、特定の部品やパッドピッチに適した表面仕上げの選択、初回の歩留まりと長期的な信頼性を向上させるはんだ接合品質改善のための追加処理や技術、ソルダーマスクダムを保持する方法、パッドとビアの設計などです。
データの完全性と正確性： 必要なすべての製造ファイルが存在するか、BOM数量とMPNが明確で一貫しているか、すべての部品の位置と向きを決定するのに十分な情報が利用可能か、ピックアンドプレースファイルの検証、シルクスクリーンテキストの明瞭さなど、これらの点を確認します。
パネル化の考慮事項： 小ロットアセンブリの場合、個々のボードをツーリングマージンを持つ大きなパネルにまとめることは、機械アセンブリにほぼ必須です。設計者は、機械アセンブリに影響を与える可能性のある張り出した部品、パネルサイズ、接続タイプ、部品の重量などの特徴を考慮する必要があります。DFA技術者は、そのような問題を予測し、PCBメーカーにパネルを設計する方法を指示する最適な立場にいます。顧客はこれを全く考慮する必要はありません。パネル化を適切に行わないと、特定の部品やボード全体の手はんだ付けが必要になったり、ボードの反り、パネルの破損が発生し、遅延と追加の再作業コストにつながる可能性があります。
Design for Assemblyの価値は過小評価できません。経験豊富な設計者であれ、初心者であれ、時間またはコストの面で非常に高くつく可能性のあるミスを犯す可能性があるのは誰も同じです。
今、あなたはSeeedの専門技術者による無料サービスとして、Seeed FusionのDesign for Assemblyサービスを利用できます。安心感を得て、プロフェッショナルなアセンブリパートナーとの協力でプロジェクトの成功を確保してください。
Seeed Fusionはまた、歩留まりを最大化し、リードタイムを短縮し、コストを削減するための多くの付加価値サービスを提供しています。機能テストはターンキーアセンブリプロセス全体を検証し、あなたのボードが生産ラインから直ちに意図通りに動作することを保証し、Seeed Open Parts Libraryは数千の部品を低コストで迅速なリードタイムで提供しています。今すぐSeeed Fusionでオンライン即時見積もりを取得してください！
Seeed Fusionはまた、メーカー/ビジネスユーザー向けの無料プロトタイプを含む多くのスポンサーシッププログラムを提供しています。ご参加ご希望の場合は、fusion@seeed.ioまでご連絡ください。
