DFM基本概念

DFM基本概念王豫明主要内容一、概述二、DFM介绍三、DFM的实施介绍一、概述1.产品开发全过程†产品开发全过程需求定位-产品定义-设计实施-样机制作、验证-(NPI)-中试生产-大规模投产†产品开发过程中考虑的问题¾需求定位：消费人群，市场购买力，盈利模式；¾产品定义：产品的性能和成本。产品的最初设计决定产品总成本60%。¾设计实施：设计产品各功能，成本，设计周期。设计说明、设计规范、预计成本，上市时间等。¾样机制作、验证：产品实现，验证产品功能、外观；¾新产品导入NPI：产品由试制转向规模生产的必经环节。¾中试生产：规模生产出现的问题；¾大规模投产：产量（效率）、交货期和质量。一、概述2.传统的设计方法‡传统的设计方法¾传统设计总是强调设计速度，而忽略产品的可制造性问题，于是，为了纠正出现的制造问题，需要进行多次的重新设计，每次的改进都要重新制作样机。¾造成问题：设计周期长，延误产品投放市场的周期；成本高。‡HP公司DFM统计调查表明¾产品总成本60%取决于产品的最初设计，¾75％的制造成本取决于设计说明和设计规范，¾70－80％的生产缺陷是由于设计原因造成的。一、概述3.现代设计方法†信息时代市场对产品的要求当今信息世界，一切变化太快，市场要求产品不断地更新换代，以手机为例，市场要求3个月就得推出新款式，在如此短的时间内开发新产品是非常艰巨的任务。需要从设计－试生产－批量投产达到一次成功的目的。这就要求每一个环节都能预知新产品中可能出现的问题和生产所需要的时间.因此，设计是关键。†信息时代市场产品设计提出信的要求：现代设计方法。现代设计是将企业的资源、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。一、概述3.现代设计方法：DFX系列†DFM:DesignforManufacturing可制造性设计†DFT:DesignforTest可测试性设计†DFD:DesignforDiagnosibility可分析性设计†DFA:DesignforAseembly可装配性设计†DFE:DesibnforEnviroment环保设计†DFF:DesignforFabricationofthePCBPCB可加工性设计†DFS:DesignforSourcing物流设计†DFR:DesignforReliability可靠性设计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，缩短参品开发周期，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。二、DFM介绍：1.DFM的起源†在70年代初，美国G.布斯劳博士在机械行业提出DFA（DesignforAssembly）方法，用于简化产品结构和减少加工成本。1991年，鉴于DFA的应用对美国制造业竞争优势的形成所做的贡献，美国总统布什给G.布斯劳博士和P.德赫斯特博士颁发了美国国家技术奖。†DFA很快被许多的制造业企业采用，包括汽车、国防、高科技和医疗设备领域等。†1994年SMTA(SurfaceMountingTechnologyAssociation)首次提出DFX概念。1995年DFX成为表面贴装国际会议的主题，1996年SMTA发表了6篇相关性文章。二、DFM介绍：2.DFM－定义†DFM:主要研究产品本身的物理设计与制造系统各部分之间的相互关系,并把它用于产品设计中以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，是保证PCB设计质量的最有效的方法。†DFM就是从产品开发设计时起，就考虑到可制造性，使设计和制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的。二、DFM介绍：3.DFM－优点‡企业追求目标：低成本、高产出、良好的供货能力。长期高可靠性的产品。‡DFM优点DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点，是企业产品取得成功的途径。z缩短开发周期：由于更多部门参与到设计过程中，增强下游各方与设计的沟通,加上一些软件手段的应用，使设计过程早期就能找出问题，并及时纠正。避免部门间或与协力厂商间不断往返所造成的时间浪费，这样减少工程验证时间和改善错误的时间，能更快地交付设计。使产品投放时间节约（50％）。二、DFM介绍：3.DFM－优点z降低成本例：G.E公司100多项开发计划采用DFM，产品从日用家电到喷射引擎发动机。公司从中获利2亿美元9降低新工艺引进成本，减少工艺开发的庞大费用。例1：大型EMS公司在本部实验室研发的新工艺0201焊盘设计，制定成标准后，全球伟创力设计、工厂共享。例2：L公司，BGA0.5间距贴装工艺。提前3年试工艺和焊盘设计。有利于设计采纳。工艺人员参考现有的资料、经验（如0805焊盘设计）等采用现有焊盘设计，进行简单试验，适合自己，最终修订采用。二、DFM介绍：3.DFM－优点9减少改版次数或不需修改设计，减少开发成本。没有DFM规范控制的产品，在产品开发的后期，甚至常在批量生产阶段才会发现各种生产问题，此时又更改设计，无疑增加开发成本，例：BGA的焊盘间距设计：公英制转换误差。9降低返工、返修成本、发现各种生产问题，往往花费人力、物力进行返工、返修，才能达到目的。例：焊盘上有过孔的问题。二、DFM介绍：3.DFM－优点z提高产品质量和可靠性产品生产最好一次成功，任何返修、返工都会使可靠性下降。同时影响声誉。例：在售后维修的产品中，80％出自产品出厂前返修过的产品。例：某公司开展2年DFM后，波峰焊不良率下降为原来的1/10。z有利于技术转移，简化产品转移流程。企业一般外包，则企业与OEM、EMS/CM之间的有效沟通非常必要。具有良好可制造性的产品可与OEM、EMS/CM间实现平滑的技术转移和过渡，快速组织生产。二、DFM介绍：3.DFM－优点z有利于加工工艺的标准化。DFM规范是将企业内部各部门在制造过程中的知识、经验总结出来变成企业规范或标准。所以DFM在企业内外部起到了一个良好的桥梁，它把设计、制造和与产品相关部门有机地联系起来，大家共同遵守这个规范，同时不断补充、完善这个规范。有了标准，个人因素的影响就很小。z建立沟通标准：公司内有同样的质量标准，沟通文件有相同的格式，数据传输有一致的版本控制，以这样的标准沟通，能够使效率大幅提升。z提高生产力：以标准化流程与系统来处理更多项目,让员工精力使用在更重要的方面(设计,沟通),而非重复性的工作(抓错)。二、DFM介绍：3.DFM－优点z提升PCB设计者的水平z建立管理评估依据：将DFM工作数据化,分析设计质量、制造良率、新产品导入成本的变化,并进一步规画教育训练来提升人员知识技术水准,以及设计与制造的改善。z保护智慧资产：将研发知识与制造经验整合成专家系统,降低人员流动的风险。z快速响应客户需求：建立与客户沟通的设计与质量标准，实时响应客户设计变更，缩短新产品导入时间、提升公司专业形象、巩固与客户间的伙伴关系。三、DFM的实施：1.要点第一：认识DFM的必要性管理者和员工都必须认识到DFM的重要性。要作为企业文化的一部分贯穿企业的始终。管理者：DFM帮助你节省时间、金钱。设计者：帮你提高设计技能，不是挑毛病。工艺者：帮你减少生产缺陷，工作更顺利。质量者：提高一次产品合格率，提高产品质量。第二：制定内部标准－DFM文件指南zDFM文件指南是公司所必需的，是设计与制造之间的桥梁。z制定一般参照IPC、SMEMA、EIA等国标标准，结合本公司的实际情况，如制造能力、工艺水平、设计规范，以及供应商提供的资料等来制定。zDFM文件既可以是一页简单合理的行动列表，类似检查表，也可以是一本复杂、全面的手册，定义每一个部分和过程。zDFM文件指南放在WEB网站，可以随时升级、维护。三、DFM的实施：1.要点第三：在不影响功能的前提下，设计必须考虑并遵守DFM的要求。在PCB制造、PCBA装配、测试、检验、返修等整个产品制造过程中，尽量减少制造成本、减少工艺流程；选择标准元器件和标准工艺；减少制具、工具的复杂性和成本。第四：形成专门的DFM队伍，加强信息沟通。公司有专门的DFM队伍，人员来源于各个部门。如：生产、研发、测试、供应以及质量部门的工程师。专职或兼职（企业标准化人员）DFM工程师来协调工作。全面了解工程和制造两大块，既懂设计又懂生产，同时不断进行培训，学习掌握新的技术和工艺。在设计之初就参与设计。这样他不仅可以在新产品开发周期内的修正阶段影响产品，还可以给设计在整个产品设计、生产过程中提供各种建议。例如：PCB尺寸的规范化，节约材料和工装。三、DFM的实施：1.要点第五：DFM反馈通过反馈步骤来证实所有DFM的内容对生产的影响，起到的作用。第六：利用DFM工具和软件1.PCB设计软件中的DFM功能2.DFM软件工具（1）购买商业性DFM软件工具ValorTrilogy是一种广泛应用的DFM分析设计软件。（2）自行创建适合自己的DFM软件工具世界级公司常常这样做。第七.DFM审核报告DFM审核报告是反映整个DFM过程中所发现的问题。三、DFM的实施：2.DFM具体内容包括：‡板级产品的DFM具体内容包括：z元器件zPCB可制造性设计z板级产品装配可装配性设计z设计输出与审核三、DFM的实施：2.DFM具体内容包括：†元器件z元器件选择和评估¾元件耐温¾元件潮湿敏感性¾元件静电敏感等级¾元件焊端/引脚、镀层的结构和材料¾新型封装元件、异性元件与现有工艺的匹配性z元件数量减少¾候选元件：尽量从候选元件挑选，减少品种和数量。¾异性元件的选择z外购件的关键清单‡PCBz板材的要求z镀层的要求zPCB尺寸和形状要求z元器件整体布局z布线设计z孔的设计z阻焊设计z丝印设计z蚀刻分析z印制板的热设计z电源/地分析z焊盘与印制导线连接的设置三、DFM的实施：PCB、PCBA可制造性设计‡PCBAz焊盘设计¾焊盘结构、尺寸；¾模板设计z设备对设计的要求¾基准：MARK、基准孔、¾PCB板边缘空间要求z工艺对设计的要求¾插装、再流焊、波峰焊和清洗¾返修的考虑¾器件排布方向、间隔¾拼板的排布和切割要求z检测考虑测试盘尺寸和空间的要求†设计输出与审核z输出zPCB设计图z元器件明细表z样机z审核z审核的目的、z审核程序、z审核标准和依据、z审核方法和范围z审核报告