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1,可制造性设计-Design For Manufacturability,Prepared by:,2,目錄,DFM誕生背景DFM 设计概念DFM的基本理念SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核DFT 测试点Layout 原则附錄1并行工程为什么能提高产品设计开发能力附錄2腾博公司推出-DFM软件附錄3腾博公司推出-DFT软件附錄4PCB之DFM检验附錄5DFM通用指導原則,3,DFM誕生背景,电子产品不论是电视机,计算机,手提电话或其它产品,基本上是由产品设计,量产制造,然后上市行销.但长久以来产品设计与量产制造之间始终存在着需多沟通不良的情形,也因此造成许多不必要的争执与人力,物力或成本上的损失传统上,产品在设计部门设计完成后,便交付生产线试产及量产,但是在生产线上我们常可听到工程师的抱怨 PCB设计不佳,造成SMD或传统零件组装困难或组装后高不良点数,相反的在产品设计或其它部门我们也常听到产品制造品质太差的检讨声.在讨论问题的时后也常常会有产品制造品质不良应该由生产线 负责的主张,但生产线也会提出产品在设计本来就不易生产的反应,因此到底 该如何有效整合,这不只牵涉到设计与制造单位,同时也影响整体的利益.实际上在许多的产品生产与设计的争执中,经过沟通讨论后大部分都是可以取得共识并解决问题,主要差别是在于沟通的时机与方法,虽然产业界许多厂商已了解此问题的存在,同时也推动许多如所谓同步工程,共同开发等,多种方法以设法改善此一问题,但仍然存在着许多灰色地带待解决,传统上许多产品开发设计到量产的模式,生产线是在准备试产时才收到产品相关信息,但是 即便是生产线此时发现设计瑕疵不易生产,但如果改善牵涉到PCB LAYOUY 的大幅修改,可能也无法被接受,因为PCB 重新LAYOUT 耗时过长将严重 影响产品整体进度.,4,DFM誕生背景,许多所谓“沟通”的方法通常是,当生产线抱怨产品设计不佳不易生产时,由生产线订定一份类似所谓“产品制造设计准则”,交由产品设计单位执行,但却又常因为许多所谓“准则”内容不符合产品设计基本需求,或因生产单位不了解产品设计过程,因此许多所谓“标准”设计单位根本无法采用,或因造成设计单位之 困扰而被拒绝使用又未经当面讨论,所谓“沟通”又回到原点,然后生产线与设计单位各自想办法,各自解决问题,实际上真正要解决问题不只是定标准,或听哪 个单位的议建而已,而是共同参与互了解各自的需求与困难后,取得共识并共同解决问题.一项产品虽然是从设计而后到量产上市,但产品设计与量产间常因需求 不同,甚至会有互相矛盾的标准,举例而言,现代许多产品趋向所谓轻,薄,短,小,因此在产品设计上会缩小PCB,增加零件密度,及使用小型零件,但 对制造而言,PCB缩小,零件密度增加,及小型零件,都可能因此增加零件及产品组装甚至维修困难,另外大部分的产品设计人员可能并不了解,生产线上所谓 阴影效应,墓碑效应,森林效应,闸流效应等特性,与锡炉焊接与回焊 焊接应该用不同的焊盘形式及尺寸,而生产线人员可能也不了解设计上所谓COMPONENTS LIBRARY,EMI,VIA 孔径标准等各种设计上电气规格与需求等.PCB在生产线上过锡炉后,产生许多空焊,短路等不良焊点,需要许多人工 做修补,其原因可能只是因为产品设计人员,不了解PCB 及零件过锡炉时要考虑方向,有些短路可能只要设计上稍做调整,就可彻底解决,另外对生产线而言,可能并不了解,虽然以制造的标准可能某些零件并须选择在PCB上某些特定区域,但是在产品原始设计上就已受限于外形或其它因素,而无法满足所需,此类问题不只发生在业界,甚至许多国外俱有数10 年知名的厂商也同样存在.,5,DFM誕生背景,要追究这些问题的原因,实际上也不能归咎任何一方,产品设计与制造单位平日忙碌于各自专业范围内的工作,也不一定会有机会能接触到专业以外的事务,要改善这些问题实际上并不困难,只要将生产线参与产品设计的时程提早,从零件选择,零件 LIBRARY 的建立,到 PCB COMPONENT PLACEMENT 的规划初期,就加入生产线相关工程人员的讨论与建议,虽然不一定能完全预防产品制造问题的发生,但至少对严重瑕疵可有所防范,加上后续试产后实质的检讨,后续即便是设计上需要局部修正,也不致“牵一发而动全身”,甚至产品设计人员也可以因生产线设备或技术之提升,而能协助解决许多产品设计上的困扰,举例而言,许多零件供应厂商所发出之SMD零件焊盘设计标准,并不一定完全 实用,某些情况下稍作修改后能使PCB LAYOUT 更加容易,但必须由生产线 提出相关技术资料,如在选择某些BGA零件焊盘尺寸时,如果能将焊盘尺寸 稍作修改,BGA 焊盘间走线,就可由原先1条增加为2条,而省下PCB 空间 及LAYOUT 困难度,但此举必须配合生产线机器及制程控制能力,因此需要 生产线提供相关信息.并讨论可行性 随着时代的进步与市场的需求,许多电子产品设计势必更加小型化,也因此 将造成PCB上可使用面积更加拥挤且零件密度更高,PCB的表面可用空间可谓 寸土寸金,如笔记本型计算机或其它携带式产品,产品从设计到制造的困难度将越来越高,在产品规划或设计之初,就能先行沟通并提早做好应变措施,产品设计与制造间积极而有效之沟通并建立一定模式,相信不只有利于设计及制造单位,也同时能改善整体之效益.,6,DFM设计概念,現狀 电子产品研发工程师，特别是硬件开发人员，普遍存在对制造工艺技术的不熟悉，可制造性概念比较模糊。对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，热设计，生产测试手段等方面的实际经验不足，导致设计出的产品不具备可生产性或可生产性差，需要多次反复改板，影响了产品的推出日期，甚至影响了产品的质量和可靠性。可制造性设计概念不论我们从事的是什么产品，不论我们的顾客是内部或是外部顾客，他们对我们的要求都可说是一致的。他们的要求都离开不了三方面。即优良或至少满意的品质、相对较低的成本（或价格）、和较短而及时的交货期。而身为一个产品的设计人员，对以上的三个方面是绝对有影响和控制能力的。目前新一代的设计师，他们的职责已不是单纯的把产品的功能和性能设计出来那么简单，而是必须对以上所提到的三方面负责，并做出贡献。,7,DFM设计概念,为什么现今的管理对设计师在这方面的表现特别重视呢？主要是因为设计是整个产品寿命的第一站。以效益学的观点来说，问题越是能够尽早解决，其成本效益也就越高，问题对公司造成的损失也就越低。在电子生产管理上，曾有学者做出这样的预测，即在每一个主要工序上，其后工序的解决成本费用为前一道工序的10倍以上。例如设计问题如果在试制时才给予更正，其所需费用将会较在设计时解决高出超过10倍，而如果这设计问题没有在试制时解决，当它流到再下一个主要工序（批量生产）时，其解决费用就可能高达100倍以上。此外，对于设计造成的问题，即使我们厂内拥有最好的设备和工艺知识，也未必能够很完善的解决。所以基于以上的原因，把设计工作做好是很重要的管理项目。所谓把设计做好，这里指的是包括产品功能、性能、可制造性和质量各方面。SMT是一门复杂的科技。因此目前的设计师也面对许多方面知识的压力。身为一个SMT产品设计师，必须对很多方面如元件封装、散热处理、组装能力、工艺原材料、元件和组装寿命等等数十种科目具备一定的知识。许多这方面的问题都是以往的插件技术中不必加以考虑和照顾的，但如今却成了必备的知识。所以当今的设计师，他们应该具备的知识面，已不能像以往处理电子产品设计时的范围一样。而现在谈到的DFM技术，也正是当今SMT设计师必备的知识之一。,8,DFM设计概念,目前在工业界里，几乎没有人不谈品质管理的。先进管理观念强调，品质不是制造出来，而应该是设计出来的。这观念有其重要的地方，是使用户从以往较被动的关注点（生产线上）移到较主动的关注点（设计上）。但说法不够完善。严格和具体来说，品质既不是生产来的，也不是单靠设计来的，而应该是配合来的。好的品质是通过良好的设计（配合工艺和生产能力的设计），优良的工艺调制，和生产线上的工艺管制而获得的。而这三者又是需要有良好的品质管理理念、知识、系统和制度来确保的。要确保产品高而稳定的品质、高生产效率和低生产成本、以及准确的交货时间，我们的生产线必须要有一套坚固工艺（Robust Process）。而坚固工艺是必须通过设计、工艺能力、和设备性能之间的完好配合才能实现的。所谓坚固工艺，是指其对外界各种影响它表现的因素的灵敏度很低。也就是说，对这些因素的大变化，其整体效果还是稳定不变或只限于合格范围内的变动。在我们计划引进一条生产线时，我们必须确保此生产线能处理我们所要制造的产品范围。但当我们有了生产线后，我们则应该尽力使我们的产品设计，能适用于此生产线上制造。,9,DFM设计概念,坚固的工艺是相对的，所以一套设计规范也是有其针对性的。它在某一生产环境下（设备、管理、材料、工艺能力、品质标准）也许是坚固的，但在另一个环境下却可能变得不坚固。因此，设计的好与不好，也是有它的特定性。用户必须了解和牢记这一点。产品寿命，是另一设计上应该注重的地方。由于产品在服务期内会受到各种不同的环境压力（如热变化、机械振动等等），产品的设计必须确保在这方面能经得起使用环境中会遇上的各种压力。另一个要照顾到的是制造方面，可制造性和寿命有什么关系？一个设计得非常难组装的产品，其对服务寿命的威胁一般也较大，而制造工艺上的小变化常常也会缩短其服务寿命。比如一个热处理做得不好的设计，其制造过程中所受到的焊接热冲击会较大，因温差较大使焊点的可靠性也不容易得到保证。这就影响了此产品的寿命。产品寿命的设计考虑，始于对产品寿命的定义。设计人员应该考虑和寿命有关的一切条件，如寿命期（多少年）和允许的故障率、故障定义、维修保养政策、使用环境条件、验证方法等等。再从使用环境条件的定义下，设计产品的寿命测试方法、选择元件材料、选择设计规范，并通过寿命测试来验证设计和开发工艺等等。,10,DFM设计概念,影响寿命的因素很多，可分为主因素和次因素两大类。主因素如元件引脚种类、元件的尺寸大小、元件和基本材料的匹配等等，这些对寿命的影响较明显严重。次因素虽然单独的影响不是很明显严重，但几种次因素的作用加起来，其整体作用也可以是相当可观的。这方面的例子如焊点的形状、成品的保护涂层（conformal coating）、基板的外形比等等。在影响产品寿命的种种因素之中，热处理的考虑应该算是SMT应用中最重要的一部分。因为在SMT应用上，许多和寿命有关的问题都是和热处理有关。它同时也是影响可制造性的重要因素，所以在热问题的考虑上，用户应该同时兼顾到制造工艺上和产品寿命上的问题。另外一个对热处理关注的原因，是绝大多数使用在电子产品上的材料，他们的性能都会随温度（即关系到热处理）而发生变化的，轻则性能不稳定，重则可能失效（暂时性）或甚至被损坏（永久性）。我们了解到设计规范对我们的产品寿命（即质量）、成本和交货期都有影响，那我们该采用什么设计规范或标准呢？我们可以发现，公开市场上有不少类似IPC等机构推荐的设计标准。他们之间都有差别，加上各大电子厂也都有自己本身的一套规范，标准可谓五花八门。他们之中那一个较好呢？为什么大电子厂不采用如IPC这类世界有声望机构推荐呢？而我们是否可以采用呢？首先我们必须了解和认同的一点，是 SMT工艺是一门复杂的科技学问，在SMT应用工作中，常出现一个问题现象是由无数因素联合形成的这一现象。而有效的解决这些问题，有赖于我们对整体的配合能力。这是所谓的技术整合。由于因素众多，也随时间在改变，所以要找到两家完全一样的工厂的机会是很微小的。既然设计规范在优化的情况下是必须配合工艺和设备能力等方面的，也就是说设计标准都有其适用范围，越是要优化其适用范围就越小。所以如果要很好的使用设计来解决问题，一套适用于本身的规范标准是必须按本身特有的条件而开发的。,11,DFM设计概念,产品开发，应该将它当成是整个技术整合的一部分，而不是单独的产品开发工作。把整个技术合成一起管理，才能真正做到最优化的程度，才有可能朝向无缺陷或零缺陷方向发展。在产品开发的初期，设计小组应该将产品的品质和寿命要求定下，如果厂内开发多种产品，有需要时可以按他们之间的不同分成几个档次。各档次都有相应的设计规范和工艺、材料规范来配合。这些规范可以是以前开发验证过的经验，也可以是为了应付新需求而开发的新规范。如果是新规范，设备方面也必须确保能够给予配合，或是引进新设备，或是提升改进现有的设备。配合设计和工艺规范的设备再通过如TPM等的先进管理，来确保其稳定性和可靠性。同时在不断标定的设备能力工作中使设计规范稳定和标准化。在另一方面，材料的规范化也应该推出相应的供应商选择和管制系统。通过对供应商能力的要求和评估来确保对工艺和材料方面的配合。厂内的技术水平，由于直接决定厂内的工艺管制能力，也是个必须注意、检测和调整的方面。由于当今设计工作范围和职责的改变，以及为了应付日趋强烈的开发时间压力，标准化和资讯管理成了非常重要的管理工作。对设计软件的要求，也不像以往那样注重现有的数据库，而是较注重软件的更改和兼容能力。对于CAD和PDM等管理软件和数据方面的结合也开始越来越被重视了。目前产品的更改频繁，产品的市场寿命较短等现象，使得许多工厂误入歧途，过分的注重生产线的灵活性或柔性，而忽略了相等重要的稳定性。标准化的推行，可以在这两者之间获得一个很好的平衡。适当的标准化有许多成本、质量和效益上的优势，但太多或不当的标准化对柔性和设计空间起了限制，所以用户必须培养能力来维持这两者的平衡。,12,DFM设计概念,總之，设计阶段决定了一个产品80%的制造成本，同样，许多质量特性也是在设计时就固定下来，因此在设计过程中考虑制造因素是很重要的，設計工作者同加工業者已愈來愈重視此問題。設計者持續要求專工業者提供各方面的可製造性設計建議，視產品而加以運用，以確保自家產品的良率及穩健度。所以可說，可製造性設計方案是專工業者與設計業者共同為提昇產品良率所發展出來的溝通介面。,13,DFM的基本理念,1.DFM的诞生设计卓越（DFX）的概念是20世纪90年代中期由美国表面贴装理事会首次提出的，它的目的就是提倡产品的可制造性设计及相关论题。传统产品的研制方法通常是设计、生产制造和销售各个阶段串行完成。由于设计阶段不可能全面考虑制造要求，加之设计人员知识和经验的欠缺，总会出现这样那样的问题，这就需要设计者对设计方案进行修改，再次投入生产。要想得到较满意的产品就需要多次重复这一过程，使得产品开发周期延长，成本增高。发达国家广泛重视的并行工程（CE，即Concurrent Engineering）已成为制造企业计算机集成制造系统（CIMS）研究和应用的热点，可制造设计(DFM，即Design For Manufacture）是并行工程中的主要应用工具。并行工程是对产品及其相关过程（包括制造和支持工程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。,14,DFM的基本理念,2.DFM基本理念DFM正是基于并行设计的思想，在制造产品时要满足成本、性能和质量的要求，即在产品的概念化设计和详细设计阶段，就必须考虑到制造生产过程中的工艺要求、测试组装的合理性，同时还要考虑到售后服务的要求。DFM不再把设计看成为一个孤立的任务，它包括成本管理、整个系统的配合、PCB裸板的测试、元器件的组装工艺、产品质量检验和生产线的制造能力等。利用现代化设计工具电子设计自动化(EDA，即Eiectronic Design Automation）得到精确的一次性设计.,15,DFM的基本理念,3.DFM文化启动和建立DFM不是一件容易的事，它不仅耗费时间，而且耗费精力，但实践证明这种付出是值得的。DFM的实施战略应包括以下部分：DFM必须成为企业文化的一部分；DFM必须由用户的需求驱动；DFM必须有集体精神和创造性思维；DFM必须具备可供衡量和判断的定量目标；DFM必须简单适用。4.DFM的建立DFM的目标是建立和实施一种便于控制、高度优化的工艺。首先要建立一个DFM小组，由设计、制造、工艺、计划、质量等方面的代表参加，从原始资料着手，优化工艺，降低成本，建立EDA数据库。EDA数据库主要要考虑以下几个因素：缩短开发周期；降低生产成本；提高产品质量；利用最新技术；集成设计技术（利用并行工程）。为了解决上述问题，在电路设计和物理布线中必须考虑制造工艺后期所出现的问题。,16,DFM的基本理念,产品设计周期中应考虑的制约因素有：基本设计成本、尺寸、封装；热设计能量损耗、通风冷却；焊接方法再流焊、波峰焊；信号完整性定时、相互干扰、EMC；可测试性测试通道、夹具定位；机械性能封装、基板材料；元器件焊接、成本、利用率；基板材料、稳定性、电气性能；制造产量、成本、结尾工作；测试裸板测试、MDA（生产检测分析器）、界面扫描；组装生产线的建立、机器性能、视觉系统；检验AOI、文件编制；以SMT为例,编制一份DFM作业指导书至少应包括以下内容：器件选用标准；PCB尺寸和形状要求；焊接区结构、间距尺寸的要求；标记和命名规则；印刷和配方的考虑；插装和再流的考虑；波峰焊和清洗的考虑；检测和返修的考虑；器件排布方向的要求；器件的间隔要求；基准孔和工装孔的考虑；PCB板边缘空间要求；测试盘尺寸和空间的要求；基板的排布和切割要求；引线宽度、形状和间距要求；阻焊膜和丝网印刷的考虑；环境保护的考虑；,17,DFM的基本理念,5.DFM的实施（1）基本设计使用EDA作出周密的一次性设计，把DFM方法列入到EDA中去，使产品集成设计和制造周期中的诸因素有直观、详细的制约；（2）热设计具有精确模拟元件、基板以及系统热特性的热仿真EDA软件能使设计师在设计阶段就能够发现热点并且可改进设计去消除热点；（3）焊接SMT中波峰焊和再流焊的焊盘设计是不一样的。设计师在开始阶段就应该十分清楚运用哪种焊接技术，以便让CAD软件包自动地根据元件位置选择波峰焊或再流焊；（4）信号的完整性在设计的初期，就应该利用EDA提供的帮助，进行简单的单元扫描以检查信号的延迟，或者进行线路板的模拟运行，从而调整元件的排列；（5）裸板裸板的设计制造有一定的限制，包括物理和电气两方面的制约，其物理制约包括常用的和最小的线宽以及印制线寿命；电气制约包括信号屏蔽、信号延迟等。这些制约包含在EDA数据库中，一旦布线完成，设计师就应该借助EDA系统提高电路性能；,18,DFM的基本理念,（6）组装SMT技术同传统的装配技术相比，其自动化程度更高，因此EDA应有SMT组装数据库。利用计算机模拟生产环境，生成EDA规则库；（7）测试EDA数据库测试部分的参数应包括测试点的最小焊盘尺寸、通道测试、双面测试能否实现以及测试点阵或最小间隙；（8）基于元件的EDA系统应把测试模型、元件值、间隙和其它测试仪编程所必须的数据都建立到元件库中去。6.Internet/Intranet工具由于许多企业都有Intranet或Internet,我们可以利用Web网站,把DFM作业指导书放到Web网站上,通过安全的方法实现访问管理和版本控制。7.DFM评估系统建立DFM指数评估系统，内容可包括以下部分：处理步骤（布局、波峰焊等）；材料清单（SMT、通孔、接线等）；器件选择（细间距、BGA等）；电路板设计（标准尺寸或非标准尺寸）。,19,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,摘要：SMT产品设计评审和印制电路板可制造性设计审核是提高SMT加工质量、提高生产效率、提高电子产品可靠性、降低成本的重要措施。本文叙述了设计评审和印制电路板可制造性设计审核的内容，评审和审核程序，以及审核方法。SMT是一项复杂的综合的系统工程技术。涉及到基板、元器件、工艺材料、设计技术、组装工艺技术、高度自动化的组装和检测设备等多方面因素。含概了机、电、气、光、热、物理、化学、物理化学、新材料、新工艺、计算机、新的管理理念和模式等多学科的综合技术。,20,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,SMT技术体系如图1所示。,21,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,SMT技术体系的核心是SMT设计技术，主要包括总体设计、SMT电路（印制电路板）设计、基板和元器件设计、PCB外协加工设计、工艺设计、组装设计和检测设计等。SMT工艺与传统插装工艺有很大区别，对PCB设计有专门要求。除了满足电性能、机械结构、散热、高频、电磁效应等常规要求外，还要满足SMT自动印刷、自动贴装、自动焊接、自动检测要求。特别要满足再流焊工艺的再流动和自定位效应的工艺特点要求。SMT具有全自动、高速度、高效益的特点，不同厂家的生产设备对PCB的形状、尺寸、夹持边、定位孔、基准标志图形的设置等有不同的规定，如果设计不正确不仅会导致组装质量下降，还会造成贴装困难、频繁停机，影响自动化生产设备正常运行，影响贴装效率，增加返修率，直接影响产品质量、产量和加工成本，严重时还会造成印制电路板报废等质量事故。又由于PCB设计的质量问题在生产工艺中是很难甚至无法解决的，如果疏忽了对设计质量的控制，在批生产中将会带来很多麻烦，会造成元器件、材料、工时的浪费，甚至会造成重大损失。因此要求产品设计人员应根据SMT工艺特点以及SMT生产设备要求进行设计，同时在开发设计、模样、正样、小批试生产和大批生产各阶段都必须执行设计评审和印制电路板可制造性设计的审核制度。特别是在批生产前必须严格按照设备和工艺对PCB设计的要求进行审核。在给印制电路板加工厂提交CAD设计资料前，必须一一确认。如果等到印制电路板加工后发现问题，会给企业造成严重损失。,22,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,一SMT产品设计评审 设计评审是从研究设计要求的明确性和完整性出发，对产品的功能任务、环境条件进行全面分析，对技术途径、设计、试验方法、使用标准、规范进行系统的详细的审查；对一切影响性能、可信性、进度、费用等因素进行认真研究和鉴别。对产品从研发到正式投产之前每个阶段所形成的软件、硬件图纸、文件、以及样机的功能指标、试用效果进行审核和评价。SMT产品设计评审要结合SMT工艺和设备的特点，除了对产品的性能指标、可靠性、可信性进行评审，还应特别注意工艺性和可制造性的评审。要制定出产品功能、性能指标、成本以及整机的外形尺寸等总体目标。并制定出总体设计、电路设计、PCB外协加工、样机组装和正式投产每个阶段的时间进程，每个阶段要作总结和定期检查评估。通过每个阶段的检查评估，不仅能够更加完善设计，还能为按时完成并实现产品预期的功能、性能指标、成本等总体目标起到监督、检查、落实和保证作用。设计评审、设计验证、设计确认三个阶段之间的关系及每个阶段的作用见图2和表1。,23,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,24,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,产品设计评审应有设计人员、工艺人员、整机承制单位（生产部门）、质管部门、计调、外协、经营部门、必要时请非本单位的同行专家参加。在设计确认阶段还应邀请部分用户参加。设计评审程序：a 设计部门提出“设计评审报告”，汇报研发工作进展情况；b 工艺部门提出“产品工艺小结报告”，汇报工艺实施情况；c 整机承制单位（生产部门）汇报产品在试生产过程中有关设计、工艺、生产管理及其它方面出现的问题；d 外协和质管部门分别反映有关试制、技术、质量的情况；e 经营部门反映维修及用户反馈信息；f 设计部门提出整改意见；g 针对设计、试生产和试用中反映的问题,进行详细审核和评价，对存在问题提出改进意见；h 研发部门主管领导听取各方面意见后,对存在的问题提出解决办法,作出结论；i 设计、工艺人员将会议内容进行整理、归纳,编写“产品试制阶段评审会议纪要”；j 主管领导对“会议纪要”签署意见；如果经过评审验证产品设计已满足预期的功能、性能指标、成本等总体目标。并具有合理性、可靠性、可生产性和可维护性即可决策进入批量生产。,25,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,二.PCB可制造性设计审核标准、依据和需要审核的文件1.1 PCB可制造性设计审核标准和依据a 本企业SMT印制电路板可制造性设计（DFM）标准(规范)；b 参考IPC、EIA、SMEMA等国际标准以及国内SJ/T等标准；c 元器件厂商提供的元器件尺寸和推荐的焊盘设计图形或元器件实物。1.2 需要审核的文件1.2.1 PCB设计图纸资料（硫酸纸图）顶视图（主视图）；底视图；字符、丝网图（如果双面板要提供两张）；1：1装配图（如果双面板要提供两张）；打孔图；内1、内2等内层图；电原理图；元件总汇表及元件明细表（如果双面贴片要提供两张明细表）；,26,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,1.2.2 PCB设计软盘资料（CAD设计文件，需要用专用软件打开）(a)要求生成光绘文件提交CAD软盘。必须包括以下CAD文件：顶视图（主视图）底视图如果多层板，有内1、内2等。字符、丝网图（如果双面板要提供两个）阻焊图（如果双面板要提供两个）打孔图要提供孔径，打孔文件要求孔径归类。例如有0.4、0.6、0.7、0.8mm的孔，没有特殊要求时，可以将0.7、0.8的孔都归到0.8mm。数控层要提供孔的坐标。漏板文件（如果双面贴片要提供两个）这是纯贴片元器件的焊盘图，用来加工印刷焊膏用的金属模板。PCB坐标文件（如果双面贴片要提供两个）贴装机、点胶机、AOI等设备的编程用。元件总汇表及元件明细表（如果双面贴片要提供两个明细表）其中：交给制板厂，用来加工印制电路板。交给SMT加工部门，用来加工模板和编程。1.2.3 对审核人员的要求审核人员对SMT工艺、设备应比较了解，对SMT印制电路板可制造性设计规范非常熟悉，最好具有一定的SMT实践经验，而且一定要具有工艺人员必须具备的认真、严谨的素质。这样才能检查出不规范、不合理和不可靠的项目，才能真正达到通过审核使SMT印制电路板的设计更具有合理性、可靠性、经济性、继承性、可生产性和可维护性的目的。,27,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,2审核程序和要求2.1 审核程序 如果EAD有专人绘图时，可按照以下审核程序：EAD绘图人员自审设计审查负责人签字标准化审核出图工艺审核并写出审核报告主管工艺师批准。如果设计人员自己绘图，首先是设计人员自审，然后由工艺人员逐项审核，完成审核后要写出审核报告，提出修改建议，与设计人员协商后进行修改，最后必须由主管工艺师批准。2.2 审核要求必须认真看完图再签字。图纸有问题可以更改。软盘必须同时更改，软盘和图纸必须一致。如果制板回来发现问题，损失大。,28,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,3.PCB可制造性设计审核内容3.1 PCB的尺寸和结构形状、安装孔的位置，孔径的尺寸，电源、接插件、开关、电位器、LED或液晶显示器等布局，散热口的位置、尺寸，边缘尺寸等是否符合要求。3.2 PCB组装形式和工艺设计是否合理PCB设计时在满足整机电性能、机械结构以及可靠性要求的前提下，还要从降低成本和提高组装质量出发，应该做以下几方面考虑：a 最大限度减少PCB层数能采用单面板就不用双面板，能采用双面板就不用多层板，尽量减少PCB加工成本。b 尽量采用再流焊工艺，因为再流焊比波峰焊具有以下优越性：元器件受到的热冲击小。焊料组分一致性好，焊点质量好，可靠性高；有自定位效应（self alignment）适合自动化生产。生产效率高；工艺简单，修板的工作量极小。从而节省了人力、电力、材料。c 最大限度减少组装工艺流程,尽量采用免清洗工艺。3.3 是否满足SMT设备对PCB设计要求a PCB形状、尺寸是否正确，小尺寸PCB是否考虑了拼板工艺；b 夹持边设计是否正确；c 定位孔设计是否正确；d 定位孔及非接地安装孔是否标明非金属化；e 基准标志图形及设置位置是否符合规定，基准标志图形周围是否留出11.5mm无阻焊区；f 是否考虑了环境保护要求；,29,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,3.4 是否符合SMT工艺对PCB设计的要求a 基板材料、元器件及元器件包装的选用是否符合要求；b 焊盘（形状、尺寸、间距）是否符合DFM规范；c 引线宽度、形状、间距、引线与焊盘的连接是否符合要求；d 元器件整体布局、元器件之间最小间距是否符合要求，大器件周围是否考虑了返修尺寸；e 再流焊面元器件排布方向是否符合要求；f 波峰焊时元器件排布方向是否符合要求；g 插装元器件的孔径、焊盘设计是否符合DFM规范；h 元器件的极性排列方向是否尽量一致；i 阻焊膜及丝网图形是否正确，元件极性与IC第1脚是否标出；j 轴向元件插装孔跨距是否合适（或元件成形是否正确）；k 径向元器件插装孔跨距是否与引脚中心距或元器件成形尺寸一致；l 相邻插装元件之间距离是否有利于手工插装操作；m PCB上接插件位置是否有利于布线与插拔；3.5 是否满足检验、测试要求a 测试点（孔）焊盘尺寸及间距设计是否正确，是否满足AOI、在线测、功能测要求；b 是否考虑了测试通道、夹具问题；3.6 是否考虑了散热、高频、电磁干扰、防静电、防振动、防潮、防腐蚀等可靠性问题。3.7 工艺材料的选用是否考虑了既要满足工艺、质量可靠性的要求，又考虑了节约成本。,30,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,3.8 检查设计输出文件是否完整和正确除满足印制电路板加工标准中规定的印制电路板设计输出文件外，SMT印制电路板设计还需生成以下三个文件。PCB坐标纯文本文件此文件的内容包括基准标志的位号，X、Y座标和贴片元器件的位号、X、Y座标、T旋转角度以及元器件的封装形式或型号规格说明（可省略）。要求以纯文本（.TXT）文件或符合ASCII码的纯文本文件形式输出。此文件可以由PCB的CAD设计软件生成。（CAD设计软件中有一个生成贴装机的CAM文件的功能）例如：元件名称 位号 X轴座标 Y轴座标 T旋转角度说明2125 R103R20 X 2008Y 491180 Missing RI11-1/8-10k2125 C101 C15 X 3800 Y 1950 90 Missing CC41-50V-100PSOP16 D19 X 6800 Y 2650 270 Missing 74FC374SS1MK MK1 X 200 Y 200 0(PCB基准标志)SS1MK MK2 X 2200 Y 1800 0(PCB基准标志)元器件明细表位号 型号规格 封装类型 C1 C101（或CC41-50V-100P）0805（或Chip2125）C2 C104（或CT41-50V-0.1F）0805（或Chip2125）R1 R122（或RI11-1/10W-1.2k）0805（或Chip2125）R2 R103（或RI11-1/8-10k）1206（或Chip3216）D1 74FC374 TSOP48 D2 EPM7128SQC160P QFP160 D3 TC528257 SOJ40 narrow（或SOJ40N）D4 74HC245D SOP20 wide（或SOP20W）纯贴装元器件的焊盘Gerber图形文件（简称漏板文件，用于加工印刷模板）。,31,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,3.9 检查贴片程序、Mark、元件名命名方法是否正确为了便以贴片、AOI、在线测等设备的编程，同时为了便于文件和数据管理，对贴片程序、Mark、元件名(Code)应规定一个统一的名命名方法。每个单位可以有自己的命名方法，下面介绍一种比较直观，便于操作、编程和管理的命名方法。3.9.1 贴片程序名的命名方法贴片程序以产品PCB代号为文件名。3.9.2 Mark名的命名方法1 PCB Mark以产品代号为名；2 局部Mark以器件名称为名，当局部Mark的形状尺寸与PCB Mark相同时，可采用与PCB Mark相同的名字。,32,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,3.9.3 元器件名的命名方法元件名(Code)是编程时用来联系各种库数据的编码。每一种元件都有一个Code，通过Code把程序编辑器和库联系起来。因此要求在同一个产品在贴片程序、拾片程序以及元件、图像等各种库中同一种元件的Code必须一致。另外，如果同一条生产线统一元件名，有利于库的统计管理。3.9.3.1 一般电阻电容 举例：a)2125 R 100 表示元件封装尺寸为2mm1.25mm，阻值为100?的片式电阻。b)3216 R 20K 表示元件封装尺寸为3.2mm1.6mm，阻值为20K?的片式电阻。c)2125 C100P 表示元件封装尺寸为2mm1.25mm，容值为100Pf的片式电容。d)2125 C0.1u 表示元件封装尺寸为2mm1.25mm，容值为0.1uf的片式电容。3.9.3.2 钽电容、电位器、电感器、圆柱形元器件a)C47u/16V 表示容值47uf耐压为16V的片式钽电容。b)W10K 表示阻值为10K的片式电位器。c)L82uH 表示82uH的片式电感器。d)MELF_4148 表示型号为4148、圆柱形封装的片式二极管。3.9.3.3 晶体管（晶体管有三种封装类型）a)SOT23 表示此种封装类型的三极管。b)SOT89 表示此种封装类型的晶体管。c)SOT143 表示此种封装类型的晶体管。d)SOT23-1 其中“-1”表示某种三极管的代号。,33,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,3.10 其它3.10.1 检查PCB设计使用单位（公制或英制）是否统一。3.10.2 检查不同厂家元器件尺寸公差，特别在高密度窄间距情况下，应按元器件的实际尺寸进行设计。3.10.3 双面组装的PCB应分别提供A、B面的PCB座标文件和漏板文件。3.10.4 高密度设计时应采用泪滴（椭圆）形焊盘图形。3.10.5 高可靠性PCB焊盘设计时焊盘宽度=1.1元件宽度。3.10.6 PCB座标文件、元器件明细表和漏板文件应单独提供软盘，软盘上应标有“SMT”字样。3.10.7 文件的审批、更改按规定执行。3.10.8 标有“SMT”的软盘按批生产发图，只发SMT生产单位。,34,SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核,四.PCB可制造性设计审核方法PCB可制造性设计审核可以在CAD设计软件中进行，也可以用专用软件进行审核。ECAM软件就是一种电路设计审核的专用软件，下面简单介绍ECAM软件的功能和操作。5.1 CAD设计文件需要用专用软件打开Gerber图形文件；5.2 输入设计文件和孔径文件5.3 装入各Gerber层图形数据5.4 进入图形显示，开始逐层打开图形进行检查5.5 检查时可以看全图、可以放大、缩小，看图时可以平移图形。5.6 有错误时可以通过改变D码进行修改、重绘焊盘形状、改变图形大小和导线粗细，然后检查修改效果。还可以增加、删除、复制移动图形。5.7 可以自定义每层的颜色5.8 可以同时打开多层图形检查并修改层间对准。5.9 可以运行设计规则进行自动检测，并将检测结果记录在检测结果报告中。还可以对设计规则文件进行编辑和修改。6完成审核后要写出审核报告，指出存在问题、提出修改建议，然后与设计人员协商后进行修改，最后必须由主管工艺师批准。审核报告的格式可根据本单位的具体情况和要求进行设计。,35,DFT 测试点Layout 原则,测试方面的考虑测试，虽然本意是用来确保产品是合格的，但应用不当却会伤害产品的寿命。所以在设计产品时不得不小心加以考虑。测试用的探针对产品不利，但很多时候我们还是得借用它。尤其是在ICT（在线测试）上使用的特多。飞针式的测试，在对产品的破坏危险性上较小，但因为目前的速度还不理想而常常还是由针床式所替代。在使用针床式治具时，因为探针的数目可能相当可观，而每一探针都需要一定的力度来确保可靠的电气接触性，其总压力可以是十分大的。如果加上压力的分布不均等问题，是有可能给测试中的产品造成内在的破坏，缩短其服务寿命。为了减少这方面的破坏，应该在设计测试点时使其均匀的分布在整个基板面上，采用虚设测点，采用正反面平衡测点或足够的支撑和下压柱等等技巧。虽然占用地方，但应该尽量采用个别的测试点而不是采用元件焊盘或元件引脚作为测试点。在密度较大的组装板上可以考虑使用接