DFM电子产品可制造设计

DFM电子产品可制造性设计编写：颜林2019/9/12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:DesignforManufacturing即可制造性设计。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:DesignforEnviroment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DRC:DesignRuleChecking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BOMGerber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)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Ｔg较高的基材——玻璃化转变温度Ｔg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125~140℃左右，再流焊温度在220℃左右，远远高于PCB基板的Ｔg，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材质：玻璃纤维、环氧树脂。热冲击：288℃，10sec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（200mm～250mm）×长（250mm～350mm）”。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：300mm*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①对波峰焊，PCB的外形必须是矩形的（四角为R=1mm～2mm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。②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。以防损坏PCB传送带（纤维皮带）2mm2mm最好将PCB加工成圆角或45°倒角●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。≥5mm器件辅助边PCB传送方向●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？●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。•辅助边•铣槽•均为同一面•数量不超过2a.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？●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•辅助边•A•A•A•V－CUT•V－CUT2.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。铣槽超出板边器件V－CUT铣槽宽度≥2mm2.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）辅助边均为同一面铣槽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拼板如果板边是直边可作V－CUT*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•TOP面•Bottom面•镜像拼板后正面器件•镜像拼板后反面器件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）≥1.5mm器件器件≥1.5mmV-CUTV-CUT自动分板PCB禁布要求●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。5mm25mm自动分板机刀片带有V-CUTPCB自动分板机刀片对PCB板边器件禁布要求●PCB可制造性设计5.P