电子工艺工程师培训-电子产品生产工艺质量控制.ppt

电子产品生产工艺质量控制,Module 6,1,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计技术 2、可测试性设计技术 3、DFM/DFT实施建议,2,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1）电子产品DFM应用,装备性能,电子产品DFM,PCB工艺,组装工艺,整机装配,装备性能,工艺特性,工艺特性,DFM研究和应用是产品制造环节对产品设计的反向约束或要求。 研究表明：产品总成本60%取决于最初设计，75的制造成本取决于设计规范，7080的生产缺陷是由于设计原因造成的。,1、可制造性设计应用,元器件,封装规格,应用要求,可操作,可维修,3,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,电子产品的可制造性设计基本内容： 产品应用：成本、规格尺寸、寿命、使用环境； 电路：功能、信号完整性、电磁兼容； 元器件：功能、焊盘图形、封装、耐热性、耐焊性、敏感特性、供给； 热分布：元器件布局、电功率分布、冷却、通风； PCB制作：板层构造、布局布线密度、基材、阻焊、工艺； 组装与焊接：焊接方式、基材、布局、可靠性、返工返修、工艺类型； 测试：电路网表、测试点。,4,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1）电子产品DFM应用,1、可制造性设计应用,产品质量和可靠性是设计出来的，而设计产品的终极目标就是要高效、高质量地制造出产品。 产品制造成本的80%由设计与决定。 制造阶段发现的设计问题其重新设计的代价要高出原有设计时的10倍以上。 制造阶段发生的返工返修将是正常生产成本的10倍级数。,5,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,2）DFM的优势,提高制造质量水平，减少返工返； 提高设备利用率； 缩短工艺流程，增加作业效率； 提高产品质量和可靠性； 缩短研发周期； 降低产品制造成本。,1、可制造性设计应用,6,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,2）DFM的优势,1、可制造性设计应用,降低研制成本2/3以上；,缩短研制周期2/3以上；,一次通过率提高10%；,提高产能10%以上；,7,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,3）板级电路DFM的目标,8,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,3）板级电路DFM的目标,焊点可靠性,初级设计,强化设计,焊端形状,焊盘尺寸,焊点形成区域,热分布,焊点完好度,共晶颗粒度,焊点轮廓,焊料均匀性,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,4）DFM涉及内容,PCB焊盘（垫）设计图形、尺寸（设备）； 元器件封装、焊端形状尺寸（元器件）； 焊料成分及质量（材料）； 焊盘、元件焊端可焊性（设备、元器件）； 安装精度（设备）； 焊接温度（设备）。,DFM规范,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,布局： 在满足电性能基础上，要考虑所可能应用的组装、焊接、测试方法，选择适宜的元件种类，尤其是封装类型及尺寸，避免出现不可实现的情况！ 单面板？ 双面板？ 仅这些还仍显欠考虑！产品的可靠性要求是如何的？布局上要考虑可靠性，如高可靠性产品中的元器件在所有组装焊接工序中均不应超过三次热冲击！,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,PCB的元器件布局要求,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,热分布的考虑,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,工艺类型,通孔插装,表面贴装,PCBA组装焊接工艺：,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,布局 元器件：,某些封装元器件在满足安装、焊接工艺的应用时，对布局有特定要求。 焊接工艺波峰焊（插装件引脚需预成型）： 焊接面不应安放细间距QFP、BGA、PLCC、无引线封装、电解电容（封装体耐热性差易爆）、钽电容（吸湿放气）、2125以上多层陶瓷电容（吸湿易裂、短路）、磁珠（拉尖）、散热片、屏蔽盒、金属及玻璃外壳封装、非密闭器件、0805以下片式件等；,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,焊接面元件高度、引脚长度均不应超过6mm； 贴装件厚度沿走板方向，依次从低到高安放 焊接面不设置通孔件。,布局 元器件：,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,布局 元器件：,焊接工艺再流焊： 大尺寸细间距QFP、BGA等元件对应板底部设禁布元件，尤其是芯片； 较大重量的元器件置于二次再流焊板面，一次再流焊面的元件重量应满足重量限制要求（可采取固定措施）； 元件分布间距密度适中。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,焊接工艺再流焊： 高热容量、高功率元件分散安放，并尽量靠近板边，该种情形往往要求支架安装，且其离板距离至少2mm； 需随时调整、替换、操作的按钮、开关等的安放应与操作口或空间匹配和准确；,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,温度敏感件，如三极管、电解电容、塑壳元件等要远离桥堆、大功率器件（或电阻）、散热器等的地方安放，以空气流通较好的板边部位为佳；, 插拔件、插座、长的接线端子等与周边部件要保持安全、可操作、应力缓冲的间距，通常位于板边。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,定位准则：符合设备精确定位所需,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,数量：三个最佳、两个次之； 布局：应是非对称放置，尤其是对于正方形板； 位置：元件面、焊接面均应放置，而且是镜像对应； 标识点表面处理：裸铜、镀镍、镀锡等； 多层板的标识底部内层建议附加局部铜箔以增强其识别效果； 间距：标识点视作元件对待。,六、可制造/测试性设计技术应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,间距：元件、导线、部件等相互之间满足电性能及安全操作空隙！,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,基本原则： 间距：依产品特性、电路工作电压范围选择； 线宽：工作电流负荷，信号线最小0.15mm、地线1.2mm1.5mm。依导线宽度依次增大地线、电源线、信号线。与焊盘连接的过渡线宽一般为焊盘宽度的一半，最小0.3mm。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,元件之间的间距,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,元件之间的间距,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,元件之间的间距,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,元件之间的间距,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,焊盘与过孔：应各自独立存在，不然会造成焊料流失、立碑现象。以细导线连接过渡，又充分利用PCB制作阻焊是最佳选择！,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,高度限制：元件、导线、部件等相互之间满足电性能及安全操作空隙！,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,设计元素：应满足相应的PCB制作、PCBA组装焊接所涉及的各工序的能力。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,公差因素： 元器件封装尺寸、PCB尺寸、焊盘尺寸、设备精度要综合考虑。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,焊接工艺特性的相符，焊盘图案及尺寸、布局方向、角度的变化,表面贴装片式元件波峰焊,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,符合胶剂应用工艺 在条件允许下增设虚焊盘或走导线，以增强胶剂粘结力！,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,工艺焊盘,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,散热焊盘,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,PCB基材特性的相符 避免产生使用过程中应力作用造成焊点或焊盘的脱落！,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,与元件安装工艺特性的相符 避免产生元件安装压力、PCB支撑过程中应力作用造成元件安装的不准确、丢件！ 改变PCB尺寸规格、布局方式或者支撑作业标准。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,与元件安装焊接作业要求相符：元件焊端与周边留下安全间隙,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,返工返修,可操作空间：烙铁头、喷嘴、模板等； 关键芯片周边空置区域：通常至少2mm为好； 双面元件布局：回避大芯片镜像安放、密集元件放置； 附近及底部较高元件； PCB、热敏元件、静电敏感件、不耐热元件外壳等。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,PCB拼版,基本原则和作用： 通常板面小于50mm50mm均应制作拼版或补偿边； 不规则单板的补偿； 产品系列成套一批生产； 提高制造效率； 降低成本。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,PCB拼版,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,PCB拼版,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,基本原则和作用： 满足工艺装备在PCB传送、停止、压紧方面的边距要求； 传送皮带； 再流焊链条； 波峰焊挂爪； 点胶机、贴装设备压紧装置； 检测设备装夹PCBA。,工艺边,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,工艺边,额外附加的工艺边通常为5mm，工艺边不得有元件安放及电路走线。,不同设备的PCB承载、压紧边的宽度有所不，工艺边应按最大尺寸设计。,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,六、可制造/测试性设计技术应用,1、可制造性设计应用,课程内容六,阻焊图形： 1）完整、无遗漏； 2）阻焊准确，未污染焊盘、测试点； 3）附着强度满足焊接、清洗等工序。,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,元器件封装特点,组装工艺质量特征,检测技术应用原则,组装焊接故障履盖率,性价比,周期、场所,电性能,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,类似于DFM，DFT着重于保障产品性能检测和过程质量水平验证。 DFT必然紧密围绕检查、检测手段的实施开展工作，目的是确保测试接入方式及对PCBA设计的要求。 高密度布局布线的PCBA产品要实现良好的DFT有很大的难度。,1）一般要求,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,AOI：避免存在“看不到”、“看不清楚”的影响因素，如屏蔽、涂胶等！,X光：现在的X光检测技术应能看到95%以上的元器件及PCB内层走线情况，难的是分析诊断！,X光：现在的X光检测技术应能看到95%以上的元器件及PCB内层走线情况，难的是分析诊断！,在线测试等电测试技术：历来是DFT最为看重的一方面，也是顺利实现电性能验证、电路故障分析及维修的最直接的唯一有效手段！,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,测试点最小间距达0.18mm； 最多两个测试隔离点； 飞针与垂直板面的夹角,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,2）应用考虑,测试点：,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,2）应用考虑,测试点： 测试点形状及规格与测试探针尖端形状相对应！,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,测试点： 特定过孔可变通做为测试点，但尺寸规格要符合测试设备探针要求！,2）应用考虑,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,2）应用考虑,测试点之间的间距； 测试点与周边元件、板边的安全间距； 测试点附近元件高度的影响，尤其是飞针测试实施时； 在线测试技术的综合应用，如非向量测试、边界扫描等是实现复杂、新型元器件、高密度PCBA的高故障覆盖率检测的有效方法； 多项检测技术的应用可以大大减少在线测试故障定位的工作效率！,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,2）应用考虑,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,测试点选择： 测试点通常安放于焊接面，除非采用双面夹具； 每个信号网路至少安放一个测试点； 电源或接地网络至少设计5个测试焊盘； 所有测试焊盘尽量分布放置，不可集中在某个区域 优先测试点：测试点及上锡过孔、插装件引线、贯穿孔（无滤油覆盖）、裸铜焊盘（一般不建议）。,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,测试点要求： 测试点间距不得小于 1.27mm，以大于2.54mm为佳； 测试点与元件外间距应以2.54mm为佳，如元件高度超过3mm应有所扩大； 测试点以正方形为好（较相同连长圆焊盘面积大约21%），圆形测试点至少直径不小于0.6mm；,六、可制造/测试性设计技术应用,2、可测试性设计应用,课程内容六,用于测试点的焊盘或过孔均不应有阻焊膜，避免直接使用裸铜焊盘，其接触效果差； 测试点与板边间距不得小于2.54mm为佳； 高精度测量或允许的情形下，需要考虑符合测试装备应用多设置相应的测试点或隔离点。 若确实无法放置测试点时，可以考虑VIA孔，但是需保证10mil以上的铜环。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,机制建设： 要建立一个DFM实施小组，由设计、制造、工艺、材料、质量、计划、供方、外协等各方面人员参与，从原始数据资料敉入手，制订各类规范，并建立和维护EDA数据库。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,实施模式：,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,实施模式：,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,统一产品设计度量衡单位： 1）毫米是首选基本单位： 统一的度量制单位，公制、英制避免混用！基本上应选择米制（常用标准网格为0.05mm）进行电路设计布局布线。,2）围绕核心、关键器件封装标准规范来选择量制单位。 世界行业标准有MIL、JEDEC、NEMI、EIA、IPC、EIAJ、IECQ等。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,PCB版面尺寸 规范设计、工艺装备应用、生产作业周转装置利用率及效率提升； 制板成本控制。PCB制作以覆铜板剪裁利用率报价。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,元器件封装图形,标准图形,自行设计,软件自带：软件商认定适用,购买：中间方，专业应用，需认证,元件方提供：推荐，需工艺验证,标准基本修订：需认证,按元件实物设计：需认证,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,元器件封装图形,标准图形,自行设计,软件自带：软件商认定适用,购买：中间方，专业应用，需认证,元件方提供：推荐，需工艺验证,标准基本修订：需认证,按元件实物设计：需认证,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,制订企业内部统一的命名规则： 字母、数字的含义； 封装、规格尺寸； 焊端数量、形态、尺寸； 方向、极性标记； 零度角位置； 工艺信息，无铅、波峰焊、再流焊等。,元器件封装图形,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,布局布线规则定制,PCB形式：单面板、双面板、多层板； PCB规格尺寸：基板材质、尺寸、形状； 元器件应用：封装类型、耐热耐焊、引脚形状、功率、热分布效应等； 工艺类型：SMT、THT 、混装；无铅； 焊接特征：再流焊、波峰焊、手工焊； 检验检测：覆盖范围和缺陷检出程度综合； 返工返修：空间、间距要求。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,布局布线规则定制,所有布局布线规则均按照EDA软件的布局、布线功能模块、参量进行定制化工作。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,标准化：,设计文件输出,电子文档要确保其在制造环节的完整够用、准确性、适用性、可追溯性。 完整的文档应满足DFM的需求： PCB构成信息； 元器件列表； 电气连接关系； 版图：布局图、接线图、装配图； 替代物料信息。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,工艺技术应用规范：,PCBA产品设计构成已初步明确其工艺应用主线，对该类工艺技术的应用也需要有针对性地编制： 产品工艺技术应用规范； 元器件安装及焊接规范； 焊接材料应用技术要求； 组装焊接质量评价指南； 供方能力评估要求； 质量成本分析。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,工艺技术应用规范：,应明确预期应用工艺的装备技术指标： PCB规格； 元器件规格及范围； 精度； 公差； 速度； 工艺材料； 工序能力。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,工艺技术应用规范：,焊接材料应用： 类型：焊料合金成份、规格形态； 基本材料特性：有铅、无铅、清洗、免清洗； 适用工艺类别：再流焊、波峰焊、汽相焊、浸焊、手工焊或其他； 性能指标：焊接温度、润湿性、温敏、湿敏、静电敏感； 助焊剂应用：去氧化能力、残留物、腐蚀性； 合金成份监测和分析。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,工艺技术应用规范：,元器件选用指南： 基本特性：电气性能、可靠性等级；有铅、无铅； 封装标准：封装定义、外观尺寸规格、焊端分布及其形态，包装形式； 组装、焊接工艺适用程度：精度、环境要求；耐温性、耐焊性、耐清洗程度； 市场占有与供应能力：性价比、供应服务的便利性。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,采购（外包、外协）管理规范：,PCBA的整个实现中，不能回避工装夹具的制作，除元器件的采购外，还包括： SMT模板：涉及模板材质、制作工艺、开口效应、质量评价等； 再流焊、波峰焊载具：载具的结构性设计、材料选择、精度与公差、使用寿命； 其他夹具：柔性电路板专用治具，类似于波峰焊载具的要求； 测试工装：针床的设计制作，使用可靠性； 其他应满足单位供方能力评估准则。 需PCBA设计人员的密切响应。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,DFM/DFT规范制订：,主要内容 1）PCB相关； 基材：类别、电气特性、热效应等； 规格尺寸：标准尺寸系列、拼版应用指南； 布局：单面板、双面板、多层板，板边、板基准、孔规格等； 布线：线宽线径、孔线连接、最小电气间隙； PCB制作工艺及材料：工艺能力、阻抗特征、HDI、可焊性涂层及其工艺、无铅； 阻焊：图形、规格、材料、阻焊工艺 标识、字符图案。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,DFM/DFT规范制订：,主要内容 2）元器件相关； 封装：类别、规格、尺寸（长、宽、厚）、重量、封装材料、焊端数量与形状； 焊接特性：焊端可焊性涂层材料、耐热性、耐焊性、热鼓胀系数； 命名规则：代码及其含义； 焊盘图形：按照EDA软件库的要求设计其图形、涉及到PCB制作、组装的所有信息必须齐全； 标记：标识、字符的规格尺寸。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,DFM/DFT规范制订：,主要内容 4）PCBA组装相关 工艺类型：元器件安装方式、焊接方式，典型工艺工序； 焊料：类别、合金成份规格、形式； 元器件布局：单面板、双面板的基本规定，元件之间间距、件与各类孔间距、焊端与导线间距、禁布区、返修、检验与测试的操作间距等； 基准点、测试点：图形、标识、字符的规格尺寸；安放部位及间距要求。 产品所需的其他要求。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,DFM/DFT规范制订：,主要内容 5）PCBA装配 安装孔：安装方式、材料类型、禁布区、应力作用区； 接线：线材规格、加工成型、端子类别； 标记：管材、标识、字符的规格尺寸等； 散热与屏蔽：材料、类别、辅助工装或材料； 面板：对位精度及公差、高度及平整度、工装； 电气间隙：PCBA各部件与壳体、周边部件的安全距离； 标签：铭牌、安全提示与警示、条形码等。,六、可制造/测试性设计技术应用,3、DFM/DFT实施建议,课程内容六,DFM/DFT设计审核：,相关信息： （1）PCB设计文件，包括： 版图（单、双面、内层）； 字符丝印图； 阻焊图 设计BOM及元器件座标； 装配