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1、DFM电子产品可制造性设计,编写：颜林,2018/8/31,目录,DFM介绍,元器件可制造性需求PCB可制造性设计PCBA可装配性设计设计输出与审核,DFM基本概念,DFM: Design for Manufacturing 即可制造性设计。 DFT: Design for Test 可测试性设计 DFD: Design for Diagnosibility 可分析性设计 DFA: Design for Aseembly 可装配性设计 DFE: Design for Enviroment 环保设计 DFF: Design for Fabrication of the PCB PCB可加工性设计
2、 DFS: Design for Sourcing 物流设计 DFR: Design for Reliability 可靠性设计DRC: Design Rule Checking 设计规则检查作为一种科学的方法，DFX将不同团队的资源组织在一起，共同参与产品的设计和制造过程,通过发挥团队的共同作用，缩短产品开发周期，提高产品质量、可靠性和客户满意度，最终缩短从概念到客户手中的整个时间周期。DFM规则往往由生产工艺人员参与制定, 检查规则的设置，一般只与生产能力有关，与具体的产品关系不大。DRC设计规则检查的错误是一定要改的，而DFM却不一定。,1、DFM、DFR、DFx介绍,DFM基本概念,将
3、企业的资源、知识和经验一起应用于产品的开发、设计、和制造过程。从产品开发开始就考虑到可制造性与可测试性，使设计与制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的，具有缩短开发周期、降低成本、 提高产品质量等优点。,2、DFM的优点,元器件 元器件选择和评估 元件耐温 元件潮湿敏感性 元件静电敏感等级 元件焊端/引脚、镀层的结构和材料 新型封装元件、异性元件与现有工艺的匹配性 元件种类数量减少 候选元件：尽量从候选元件挑选，减少品种和数量。 异性元件的选择,PCB 板材的要求 镀层的要求 PCB尺寸和形状要求 元器件整体布局/拼板 布线设计 孔的设计 阻焊设计 丝印设计 蚀刻分析 印制板的热设计
4、 电源/地分析 焊盘与印制导线连接的设置,3、DFM的具体内容(一),DFM基本概念,PCBA 焊盘设计 焊盘结构、尺寸； 模板设计 设备对设计的要求 基准：MARK、基准孔、 PCB板边缘空间要求 工艺对设计的要求 插装、再流焊、波峰焊和清洗 返修的考虑 器件排布方向、间隔 拼板的排布和切割要求 检测考虑 测试盘尺寸和空间的要求,设计输出与审核 电路原理图 PCB设计图 元器件明细表BOM Gerber文件/元件坐标 样机,3、DFM的具体内容（二）,元器件可制造性需求,1、一般标准,选择元器件要根据具体产品电路要求以及PCB尺寸、组装密度、组装形式、 产品的档次和投入的成本进行选择。a)元
5、器件种类应最少化。以提高集成度、简化工艺和物料管理。b)优先选择可自动装配的元器件。SMD优先于通孔元器件;应尽可能多地使用SMD,减少通孔元器件和手插件的使用;电解电容也可选择引脚外伸型贴片装。c)元器件可焊性应符合相关规范。应符合企业缺省的元器件封装/尺寸,避免使用小于0402的片式元件/大于机制1812的片式元件、MELF元件及其他需非常规处理的元器件,如异形元器件的贴装需借助于人工操作或专门设备;d)元器件应能够承受回流焊和波峰焊接温度循环2-3次,企业对焊接参数如最大温升速率、波峰焊的变面温度等应有明确的规范约束,以保持焊接缺陷良好的可重复性;应有完整的MSD(温度敏感元件)规范;e
6、)异形元器件如连接器、开关等应采用阻燃设计,避免热变形和热开裂;f)如果产品需进行清洗,元器件应能承受水清洗工艺;,元器件可制造性需求,2、试用于我公司的元器件选型a）因设备限制暂不支持BGA,LGA封装芯片.b）避免使用小于0402封装片式元件.c）避免使用引脚小于0.4mm的IC.d）避免使用双列直插式封装插座,它除了延长组装时间外,这种额外的机械连接还会降低长期使用可靠性e）避免使用一些需要机器压力的零部件,如导线别针、铆钉等,除了安装速度慢以外,这些部件还可能损坏线路板而且它们的维护性也很低.f）建议用排阻代替单个电阻.g）选用特殊性，或异性元器件时，需评估是否有现有设备。h)良信电器
7、电子线路板均采用无铅制程，因此选择元件时也需考虑无铅。, PCB可制造性设计,PCB的工艺设计非常重要，它关系到所设计的PCB能否高效率、低成本地制造出来。新一代的SMT装联工艺，由于其复杂性，要求设计者从一开始就必须考虑制造的问题。因为一旦设计完成后再进行修改势必延长转产时间、增加开发成本。即使改SMT元件一个焊盘的位置也要进行重新布线、重新制作PCB加工菲林和焊膏印刷钢网、测试治具、贴片程式、图纸、作业指导书、工艺文件更改等一系列的变化，硬成本至少要两万元以上。对模拟电路就更加困难，甚至要重新进行设计、调试。但是，如果不进行修改，批量生产造成的损失就会更大，所付出的代价将是前一阶段修改成本
8、的数十倍以上。因此，设计者必须从设计工作开始起就重视工艺问题，问题越早解决对公司也越有利。,PCB的工艺设计重要性,1. PCB工艺边，工艺孔不能满足生产需求。 2. PCB外形异形或尺寸过大过小。 3. Mark点设计不良。 4. PCB上焊盘与过孔，导线设计布局不良。 5. 波峰焊接设计不良 6. PCB选材以及元器件选配不合理。 7. 测试点选计不合理 8. PCB表层处理选用方式不合理 9. 拼板设计不合理,PCB设计常见不良, PCB可制造性设计,PCB设计常见不良,2.焊盘上设计测试孔,1.元器件封装尺寸选择错误.,3.Bottom面只有7个贴片元件.,4.无ICT测试点,5.晶振
9、金属壳容与焊盘接触短路,6.三个元件相互干涉, PCB可制造性设计,基材：应适当选择g较高的基材玻璃化转变温度g是聚合物特有的性能，是决定材料性能的临界温度，是选择基板的一个关键参数。环氧树脂的Tg在125140 左右，再流焊温度在220左右，远远高于PCB基板的g，高温容易造成PCB的热变形，严重时会损坏元件。 *Tg应高于电路工作温度。厚度：通常采用0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm （标准） 、2.0mm、2.5mm、3.0mm。建议一般只装配集成电路、小功率晶体管、电阻、电容等小功率无器件的没有较强负荷振动的产品采用1.6mm。,1.板材的选择,目前我司主要采用FR-4 材
10、质：玻璃纤维、环氧树脂。 热冲击 ： 288，10 sec 成品板翘曲度 ： 0.7 最小SMT贴片间距 ： 0.15mm(6mil) 成品最小钻孔孔径 ： 0.25mm(10mil) 最小线宽/间距： 0.1mm(4mil) 线宽控制能力 ： +-20 参考文件：PCB制作要求说明书模板, PCB可制造性设计,1、尺寸范围 从生产角度考虑，理想的尺寸范围是“宽（200 mm250 mm）长（250 mm350 mm）”。对PCB长边尺寸小于125mm、或短边小于100mm的PCB，采用拼板的方式，使之转换为符合生产要求的理想尺寸，以便插件和焊接。,目前我司的设备所支持的PCB范围为：300m
11、m*300mm。设计人员在设计单板或拼板尺寸时要考虑必须在此范围内。超出此尺寸将导致无法生产。, PCB可制造性设计,2.PCB尺寸大小,对波峰焊，PCB的外形必须是矩形的（四角为R=1 mm2 mm圆角更好，但不做严格要求）。偏离这种形状会引起PCB传送不稳、插件时翻板和波峰焊时熔融焊料汲起等问题。因此，设计时应考虑采用工艺拼板的方式将不规则形状的PCB转换为矩形形状，特别是角部缺口一定要补齐，否则要专门为此设计工装。对纯SMT 板，允许有缺口，但缺口尺寸须小于所在边长度的1/3，应该确保PCB 在链条上传送平稳。, PCB可制造性设计,3.PCB外形,1）作为PCB 的传送边的两边应分别留
12、出5mm的宽度，传送边正反面在离边5mm的 范围内不能有任何元器件或焊点；能否布线视PCB 的安装方式而定，导槽安装的PCB 一般经常插拔不要布线，其他方式安装的PCB可以布线。2）元件离板边缘至少有3.5mm(最好为5mm)的距离，这将使线路板更加易于进行传送和 波峰焊接，且对外围元件的损坏更小。如无法实现需增加工艺边 。, PCB可制造性设计,4.PCB板边,(1) 当设计的PCB板最小尺寸小于生产设备所支持的最小尺寸时；我司设备所支持的PCB最小尺寸为：50mm*50mm,最大为：300mm*300mm。(2) 考虑到车间实际生产效率时。,1.拼板设计主要考虑三个问题：为什么要拼板？,
13、PCB可制造性设计,5.PCB拼板,2.拼板设计主要考虑三个问题：如何拼板？,拼板设计首先考虑是小板如何摆放，拼成较大的板，考虑如何拼最省材料、最有利于提高拼板后的PCB刚度以及更有利于生产分板。关于拼板尺寸，建议以拼板后最终尺寸接近理想的尺寸为拼板设计的依据，过大，焊接时容易变形。推荐使用的拼版方式有三种：同方向拼版，中心对称拼版，镜像对称拼版。,a.对于一些不规则的PCB（如L型PCB），采用合适的拼版方式可提高板材利用率，降低成本。,b.若PCB要经过回流焊和波峰焊工艺，且单元板板宽尺寸60.0mm，在垂直传送边的方向上拼版数量不应超过2。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？,
14、PCB可制造性设计,5.PCB拼板,c.如果单元板尺寸很小时，在垂直传送边的方向拼版数量可以超过3，但垂直 于单板传送方向的总宽度不能超过150.0mm，且需要在生产时增加辅助工装夹 具以防止单板变形。d.同方向拼版 规则单元板:采用V-CUT拼版，如满足4.1的禁布要求，则允许拼版不加辅助边,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？, PCB可制造性设计,5.PCB拼板,不规则单元板：当PCB单元板的外形不规则或有器件超过板边时，可采用铣槽加V-CUT的方式。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？, PCB可制造性设计,5.PCB拼板,e.中心对称拼版*中心对称拼版适用于两块形状较不
15、规则的PCB，将不规则形状的一边相对放置中间，使拼版后形状变为规则。 *不规则形状的PCB对称，中间必须开铣槽才能分离两个单元板 *如果拼版产生较大的变形时，可以考虑在拼版间加辅助块（用邮票孔连接）,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？, PCB可制造性设计,5.PCB拼板,*有金手指的插卡板，需将其对拼，将其金手指朝外，以方便镀金。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？, PCB可制造性设计,5.PCB拼板,f.镜像对称拼版使用条件：单元板正反面SMD都满足背面过回流焊焊接要求时，可采用镜像对称拼版。,操作注意事项：镜像对称拼版需满足PCB光绘的正负片对称分布。以4层板为例：若其
16、中第2层为电源/地的负片，则与其对称的第3层也必须为负片，否则不能采用镜像对称拼版。采用镜像对称拼版后，辅助边的mark 必须满足翻转后重合的要求。具体的位置要求请参见下面的拼版的基准点设计。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？, PCB可制造性设计,5.PCB拼板,3.拼板设计主要考虑三个问题：拼板如何连接？,V-CUT连接a. 当板与板之间为直线连接，边缘平整且不影响器件安装的PCB可用此种连接。V-CUT为直通型，不能在中间转弯。b. V-CUT设计要求的PCB推荐的板厚3.0mm。c. 元器件距离PCB板边3mm。包括与V槽，邮票孔，定位孔距离。（极限距离，非常情况下也需要1.5mm）, PCB可制造性设计,5.PCB拼板,同时还需要考虑自动分板机刀片的结构，如图2所示。在离板边禁布区5mm的范围内， 不允许布局器件高度高于25mm的器件。,采用V-CUT设计时以上两条需要综合考虑，以条件苛刻者为准。保证在V-CUT的过程 中不会损伤到元器件，且分板自如。,
