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01PCB可制造性設(shè)計(jì)DFM的意義

可制造性設(shè)計(jì)DFM是DFx最重要最核心的內(nèi)容，DFM基于并行設(shè)計(jì)的思想,通過(guò)在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,就考慮到制造生產(chǎn)過(guò)程中的工藝要求和測(cè)試組裝的合理性,同時(shí)還要考慮到售后服務(wù)的要求,來(lái)保證在產(chǎn)品制造時(shí)滿足成本、性能和質(zhì)量的要求。

圖1  組裝完成的PCBA

DFM不再把PCB設(shè)計(jì)看成為一個(gè)孤立的任務(wù),而是利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工具EDA和DFM軟件分析工具設(shè)計(jì)具有良好可制造性的電子產(chǎn)品。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),電子產(chǎn)品成本的70%在設(shè)計(jì)階段就決定了,設(shè)計(jì)缺陷流到后端,其解決費(fèi)用會(huì)成百倍地增加。

圖2  后期變更造成更高成本

電子產(chǎn)品開發(fā)實(shí)施DFM可以帶來(lái)的意義包括:保證選擇的元器件能夠滿足本公司或外協(xié)廠家組裝工藝的要求,保證設(shè)計(jì)出的PCB滿足PCB供應(yīng)商的制造能力、成品率和效率要求,保證組裝工藝路線高效、可靠和低成本,降低產(chǎn)品試制中的DFM問題數(shù), PCBA組裝直通率達(dá)到公司的期望水平,元器件的布局和PCB的布線滿足DFM設(shè)計(jì)規(guī)則要求等。

通過(guò)這些設(shè)計(jì)規(guī)范要求的實(shí)施使得電子產(chǎn)品開發(fā)滿足產(chǎn)品進(jìn)度要求,同時(shí)制造成本低、制造效率高、上市時(shí)間短和改板次數(shù)少,從而提高客戶對(duì)產(chǎn)品的滿意度。

圖3 PCB傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與DFM設(shè)計(jì)的對(duì)比分析

電子產(chǎn)品可制造性設(shè)計(jì)的核心在于印制電路板PCB的DFM,即板級(jí)電路模塊面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù),此技術(shù)旨在開展高密度和高精度板級(jí)電路模塊的組裝設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)資源能力與狀態(tài)的約束性分析,最終形成支持開發(fā)人員對(duì)電路模塊的可制造性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)性規(guī)范 。

02PCB可制造性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

(1)基于公司產(chǎn)品特點(diǎn)的電子元器件的選擇技術(shù)和新型封裝元器件的焊盤圖形設(shè)計(jì)技術(shù)

不同電子產(chǎn)品采用的元器件封裝類型有很大的差別,比如便攜類電子產(chǎn)品,如手機(jī)、筆記本電腦等,采用的元器件一定是微型化的表面貼裝器件,因?yàn)檫@樣封裝的器件有助于產(chǎn)品的微型化和便攜性。

(2) PCB幾何尺寸設(shè)計(jì)、自動(dòng)化生產(chǎn)所需的傳送邊、定位孔和定位符號(hào)設(shè)計(jì)

盡管印制電路板種類繁多,制造工藝不盡相同,但是體現(xiàn)在產(chǎn)品可制造性上主要反映在設(shè)計(jì)要素上受設(shè)備加工尺寸和精度要求限制,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮最大和最小加工尺寸,尺寸精度和工藝邊的設(shè)計(jì)。

(3) PCB加工能力設(shè)計(jì)

包括最小線寬、最小線間距、最小過(guò)孔孔徑和最小厚徑比設(shè)計(jì)。

(4)組裝工藝輔助材料的選用技術(shù)

組裝工藝的輔助材料也是DFM設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,比如采用無(wú)鉛焊接后,相應(yīng)的助焊劑就需要更換為與無(wú)鉛焊料相兼容的。

(5) 印制電路板工藝路線設(shè)計(jì)

工藝路線是整個(gè)電路板組裝的加工流程,它決定了PCBA的加工效率、成本和元器件的選擇。對(duì)于不同的工藝路線,在選擇器件時(shí)就要考慮,如果PCBA設(shè)計(jì)為雙面SMT工藝,這時(shí)就要保證所有的元件都是SMD,并且在PCB布局時(shí)要考慮到那些質(zhì)量較大的IC器件不布局到第一次加工面(B面) ,因?yàn)閷?duì)于雙面SMT工藝來(lái)說(shuō),加工T 面時(shí), B面的器件會(huì)再次經(jīng)受一次回流過(guò)程,質(zhì)量較大的器件可能會(huì)在焊膏融化時(shí)出現(xiàn)掉件。

(6)  印制電路板印刷模板設(shè)計(jì)

模板是進(jìn)行SMT焊料印刷必須的工具,模板設(shè)計(jì)主要包括根據(jù)PCB和元器件的特點(diǎn)來(lái)選擇模板的加工類型,比如激光切割模板或電鑄模板等。對(duì)于復(fù)雜的PCB,往往有細(xì)間距IC器件,同時(shí)也有對(duì)焊膏需求量很大的器件,而細(xì)間距IC器件要求的錫膏量較少,模板的厚度要求薄,而要求錫膏量多的器件需要厚的模板才能保證焊接的可靠,這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)矛盾。這種情況階梯形模板就是一個(gè)很好的選擇。

(7) 印制電路板的可制造性設(shè)計(jì)規(guī)范

印制電路板的可制造性設(shè)計(jì)規(guī)范作為指導(dǎo)產(chǎn)品進(jìn)行DFM設(shè)計(jì)的綱領(lǐng)性文件是必不可少的,應(yīng)根據(jù)公司產(chǎn)品特點(diǎn)、質(zhì)量要求和加工能力制定本公司的DFM設(shè)計(jì)規(guī)范。DFM設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)對(duì)PCB設(shè)計(jì)主要方面進(jìn)行明確而具體的要求,用來(lái)指導(dǎo)公司PCB工藝設(shè)計(jì)。

(8)印制電路板的可制造性設(shè)計(jì)流程與平臺(tái)

可制造性流程與工藝平臺(tái)是進(jìn)行DFM設(shè)計(jì)的保證, DFM的工作實(shí)現(xiàn)必須有流程的保證和平臺(tái)的支撐,只有流程建立了,節(jié)點(diǎn)定義了,人員責(zé)任明確了,DFM的工作才能落實(shí);這些工作的技術(shù)支撐就是平臺(tái),比如DFM軟件分析平臺(tái),如望友、VALOR等軟件工具,可以對(duì)PCB 的可制造性進(jìn)行詳細(xì)的分析,將公司的設(shè)計(jì)規(guī)范加入軟件規(guī)則中,它就可以自動(dòng)對(duì)PCB進(jìn)行可制造性分析。

圖4  望友DFM軟件PCB審核舉例