01PCB可制造性设计DFM的意义

可制造性设计DFM是DFx最重要最核心的内容，DFM基于并行设计的思想,通过在产品的概念设计和详细设计阶段,就考虑到制造生产过程中的工艺要求和测试组装的合理性,同时还要考虑到售后服务的要求,来保证在产品制造时满足成本、性能和质量的要求。

 

图1  组装完成的PCBA

 

DFM不再把PCB设计看成为一个孤立的任务,而是利用现代化设计工具EDA和DFM软件分析工具设计具有良好可制造性的电子产品。

根据相关统计,电子产品成本的70%在设计阶段就决定了,设计缺陷流到后端,其解决费用会成百倍地增加。

 

图2  后期变更造成更高成本

 

电子产品开发实施DFM可以带来的意义包括:保证选择的元器件能够满足本公司或外协厂家组装工艺的要求,保证设计出的PCB满足PCB供应商的制造能力、成品率和效率要求,保证组装工艺路线高效、可靠和低成本,降低产品试制中的DFM问题数, PCBA组装直通率达到公司的期望水平,元器件的布局和PCB的布线满足DFM设计规则要求等。

通过这些设计规范要求的实施使得电子产品开发满足产品进度要求,同时制造成本低、制造效率高、上市时间短和改板次数少,从而提高客户对产品的满意度。

 

图3 PCB传统工艺设计与DFM设计的对比分析

 

电子产品可制造性设计的核心在于印制电路板PCB的DFM,即板级电路模块面向制造的设计技术,此技术旨在开展高密度和高精度板级电路模块的组装设计、制造系统资源能力与状态的约束性分析,最终形成支持开发人员对电路模块的可制造性设计标准及指导性规范 。

 

02PCB可制造性设计的主要内容

(1)基于公司产品特点的电子元器件的选择技术和新型封装元器件的焊盘图形设计技术

不同电子产品采用的元器件封装类型有很大的差别,比如便携类电子产品,如手机、笔记本电脑等,采用的元器件一定是微型化的表面贴装器件,因为这样封装的器件有助于产品的微型化和便携性。

(2) PCB几何尺寸设计、自动化生产所需的传送边、定位孔和定位符号设计

尽管印制电路板种类繁多,制造工艺不尽相同,但是体现在产品可制造性上主要反映在设计要素上受设备加工尺寸和精度要求限制,设计时应考虑最大和最小加工尺寸,尺寸精度和工艺边的设计。

(3) PCB加工能力设计

包括最小线宽、最小线间距、最小过孔孔径和最小厚径比设计。

 

(4)组装工艺辅助材料的选用技术

组装工艺的辅助材料也是DFM设计的重要内容,比如采用无铅焊接后,相应的助焊剂就需要更换为与无铅焊料相兼容的。

(5) 印制电路板工艺路线设计

工艺路线是整个电路板组装的加工流程,它决定了PCBA的加工效率、成本和元器件的选择。对于不同的工艺路线,在选择器件时就要考虑,如果PCBA设计为双面SMT工艺,这时就要保证所有的元件都是SMD,并且在PCB布局时要考虑到那些质量较大的IC器件不布局到第一次加工面(B面) ,因为对于双面SMT工艺来说,加工T 面时, B面的器件会再次经受一次回流过程,质量较大的器件可能会在焊膏融化时出现掉件。

(6)  印制电路板印刷模板设计

模板是进行SMT焊料印刷必须的工具,模板设计主要包括根据PCB和元器件的特点来选择模板的加工类型,比如激光切割模板或电铸模板等。对于复杂的PCB,往往有细间距IC器件,同时也有对焊膏需求量很大的器件,而细间距IC器件要求的锡膏量较少,模板的厚度要求薄,而要求锡膏量多的器件需要厚的模板才能保证焊接的可靠,这时就会出现矛盾。这种情况阶梯形模板就是一个很好的选择。

(7) 印制电路板的可制造性设计规范

印制电路板的可制造性设计规范作为指导产品进行DFM设计的纲领性文件是必不可少的,应根据公司产品特点、质量要求和加工能力制定本公司的DFM设计规范。DFM设计规范应对PCB设计主要方面进行明确而具体的要求,用来指导公司PCB工艺设计。

(8)印制电路板的可制造性设计流程与平台

可制造性流程与工艺平台是进行DFM设计的保证, DFM的工作实现必须有流程的保证和平台的支撑,只有流程建立了,节点定义了,人员责任明确了,DFM的工作才能落实;这些工作的技术支撑就是平台,比如DFM软件分析平台,如望友、VALOR等软件工具,可以对PCB 的可制造性进行详细的分析,将公司的设计规范加入软件规则中,它就可以自动对PCB进行可制造性分析。

 

图4  望友DFM软件PCB审核举例

 

来源：王文利频道

关键词： PCB 可制造性设计 DFM