电子产品可制造性设计DFM课件.ppt

0,电子产品可制造型设计-DFMDesignforManufacturability,主要内容,目的PCBA制造过程基板与元件的工艺设计和选择板级热设计PCB布局、布线设计焊盘设计钢网设计电子工艺技术平台的建立,推行DFM目的,DFM是基于后端制造能力制定规则来设计指导PCB设计，旨在提高产品的可制造性、高可靠性。可制造的设计的好处是可以获得良好的质量、缩短生产周期、降低的劳动成本和材料成本、重复设计的次数削减。产品设计要素：DFV、DFR、DFM、DFA、DFT、DFS,2,PCBA制造过程,THT和SMT工艺THT：通孔插装技术（ThroughHoleTechnology）SMT：表面贴装技术（SurfaceMountedTechnology）SMT典型工艺波峰焊工艺,3,SMT典型工艺,锡膏印刷目前多采用模板印刷方式点胶适用于波峰焊的SMD器件、双面回流焊的大重量器件对于standoff较大的元件，可能造成掉件。贴片工艺基板处理系统：传送基板，定位贴片头：真空拾放元件供料系统元件对中系统,4,回流焊工艺,特点焊接用的锡和热量通过两个独立的工序提供技术要点找出最佳的温度曲线温度曲线处于良好的受控状态技术分类：按热传播方式：传导、辐射、对流按焊接形式：局部焊接、整体焊接,5,回流焊工艺,热风回流炉基本结构回流炉子按PCBA温度变化分为：预热区、恒温区、再流区、冷却区工艺窗口器件对热风回流焊的影响热风回流焊不能控制局部温度不能焊接高温器件、焊锡封装的组件、热容量大器件我们尽量使PCB板上所有器件的温度曲线一致，以获得良好的焊接效果。,6,波峰焊工艺,特点焊锡和焊接用的热能量由同一工序提供工艺流程单波与双波单波Highpressureturbulentwave双波Smoothlaminarwave,7,波峰焊问题,8,特点组装密度较低细间距易出现连锡SMD器件易出现阴影效应BGA等器件不适合波峰焊双波有助于减少阴影效应，但可能出现冒锡问题防止阴影效应措施：合适的焊盘尺寸：比回流焊盘长合适的原件间距：大于器件高度其他波峰焊技术：热风刀、局部、选择性,PCB基板和元件的工艺设计和选择,基材种类公司常用基材为FR-4温度高、需多次返工、多余20层，宜用：BT、PI、CEBT、PI、CE成本高于FR-4PI不具备阻燃性能CE含氰，不利于环保介电常数越低，传输速率越快，特性阻抗越高。,基板选取准则,电气性能（信号速率、频率、阻抗）机械性能（层数、厚度）热性能（Tg）成本：低端产品（纸基，复合基材）我司企业标准要求：双层板所用基材类型推荐使用CEPGC-32F,基材厚1.6mm0.14mm,基材铜箔厚度为35um.带贴片元器件的印制板翘曲度应0.7%.PCB板曲翘和热系数,时间,长度有关.注：Tg玻璃转化温度，为非晶态聚合物从玻璃脆性态转化为粘流态或高弹态时的温度，是衡量产品耐热性能的指标,元件选择要素,电气性能使用条件下的可靠性适合于所采用的组装工艺所选器件要求能满足现有设备工艺能力，且承受焊接工艺环境，如铝电解电容对高温敏感，不适合波峰焊，对卤化物（清洗剂）敏感塑料膜电容价格高，对高温敏感电子组件不能承受波峰焊和清洗工艺线绕电感等SMD器件不能过波峰焊标准件（减少种类、低成本，普遍供应、封装容差）,单板热设计重要性,热设计关注要点元件PN结结温（工作稳定性）焊点温度：老化，疲劳失效温度对产品/元件的影响绝缘性能退化元器件减低寿命或损坏材料的热老化低熔点焊缝开裂、焊点脱落。,13,影响热设计的因素,IC引脚结构设计、材料；封装材料；硅片连接方式、材料、尺寸PCBA基材、布局密度散热器的应用、冷却方式产品使用条件环境条件功率循环频率,14,改善热设计措施,热敏感器件在冷却气流的上游大功率发热器件分开布置，以降低热量密度大功率发热器件靠近冷墙大功率器件在较高器件的上游并远离下游的高器件长、高的器件平行于气流方向布局实例：阻容供电方式中的氧化膜电阻，要求与PCB板、MKT电容、二极管等器件保持一定的距离。要根据氧化膜电阻的功率，表面温度和周围器件的散热特性来制定。,15,PCB布局、布线设计,基板设计从设备对基板的处理开始考虑工艺边我司要求：PCB应保证在插装元件后，其元件边至少和PCB的板边相距3mm，不足3mm应增加工艺边，工艺边的宽度在3mm以上，但一般10mm。基准点：用于设备自动定位，增加定位精确度分类：全局、单元电路、局部/个别器件良好的光学反差特性基准点的位置最好是在基板的对角，且距离越远越好基准点数量至少为2个，基准点不能中心对称我司要求：基准点为1mm；,基板设计要素,2019/12/14,16,可编辑,定位孔与标记,定位孔一般定位孔为圆形，可将对角PCB定位孔改为椭圆形可防止PCB变形我司要求：定位孔为圆孔，孔径为3.2mm。在水平方向，孔位与边框的距离14mm。在垂直方向孔位相等。标记作用：用于生产、检测、维护和可追溯性等内容：产品型号、版本号、基板制造商号和批号、线路标号等我司要求：所有印制板必须标记印制板号和本公司徽标及设计日期、厂家生产日期（按年、周标示）。印制板每改版一次必须进行标示。每改版一次在版本号后面加一个“*”号。,17,元件布局,尽量做到同类封装元件方位一致相同功能的下路集中在一起，并印下方框所有元件编号的丝印方向相同元件方向与PCB应力的关系实例：元件方向要与波峰焊板传送方向一致偷锡焊盘在波峰焊中的应用大功率、热敏器件对PCB布局的影响我司要求：PCB在设计时应考虑在生产线的行进方向，以PCB的行进方向为X向，其垂直方向为Y向，则应保证XY（指尺寸）,18,元件布局-间距,元件间距与可制造性的关系：阴影效应元件间距大于前面元件高度可避免阴影效应元件间距与可测试性的关系要求考虑到测试点与元件、焊盘的间距元件间距与可维修性的关系回流焊最小25mil；波峰焊最小为35mil，可根据公司实际情况制定元件间距与检测的关系引脚类型（焊点形状）、元件间距是影响检测的两个主要因素。如我司要求：DIP器件相邻元件引脚之间的最小中心间距不能小于2.0mm，如果DIP器件引脚大于0.7mm，则最小中心间距应大于2.2mm；,19,PCB拼版设计,20,优点提高制造效率、提高设备对小型版、异型板的处理能力拼版连接方式邮票孔、V形槽我司要求：PCB的最大尺寸：其长宽最大不能大于330200(mmmm)，单板尺寸小于80mm80mm，均需采用拼板形式，拼板的最大尺寸不得大于250mm200mm；拼板在布版时所有单板朝向应尽量一；1.6mm厚印制板槽深度应为板的正反两面各1/3板厚。元器件距印制板边和槽的距离mm。,V形槽,拼板开V槽的一般要求拼板之间必须开V槽，V槽应从PCB的两面开设，一般情况下，V槽在PCB的两面各开1/3，即如果板厚为1.6mm，则板的两面V槽深度应各为0.53mmPCB过小情况下对开V槽的要求如果PCB的尺寸小于40mm40mm，V槽应比正常情况开设更深，如1.6mm厚板，两边V槽深度可达到0.6mm。不规则板不规则板V槽开设不能相互垂直，可采取平行方向开V槽，垂直方向切开拼板工艺边的要求凡需进行拼板的PCB单板，其四边必须保证在装上元件后，元件边至少距板边2mm以上。拼板作为一块整板，在满足上一条的情况下，其工艺边要求与单板相同。,21,测试点,测试点的设置尽量采用专用测试焊盘避免采用元件焊盘或引脚作为测试点密度较高时可采用过孔兼测试点及双面测试虚拟测试点采用虚拟测试点，足够的支撑和下压柱等其他：过孔类型：盲孔、埋孔、通孔;建议通孔厚径比H/D10可参照QJOKRW_017.1017.32011_印制板规范,22,焊盘设计与工艺,焊盘设计不良造成的影响阴影效应、连锡、立碑现象、胶粘脱落、飘移焊点、引脚对品质的影响良好的焊盘设计取决于工艺路线和工艺能力焊盘设计要确定的因素1.SMD元件占地面积，外形尺寸及公差2.阻焊窗尺寸3.焊盘本身尺寸考虑器件的三维尺寸和焊端形状4.粘胶用假焊盘,23,良好焊盘设计的保证,建立元件封装资料档案对每一个SMD建立器件的封装尺寸库确定不同供应商的尺寸误差建立基板规范制定工艺和设备能力规范对制造工艺和内控品质标准有一定的了解,24,回流焊/波峰焊工艺知识,回流焊公式Xmin=Lmax+2T+2PltolDmax=Smin-2HYmin=Wmax+2Ef+2PltolWhereT=min.toesolderfilletlengthH=min.heelsolderfilletlengthEf=min.edgesolderfilletlengthPltolSMDthickness/4,25,回流焊/波峰焊工艺知识,波峰焊公式Xmin=Lmax+WfTc+2PltolDmax=0.9Smin-2PltolEmax=Dmax-0.2mm-PCBtolEmin=Glds+2GltolYmin=Wmax+2Ef+2PltolWhereTc=ChipthicknessEf=min.edgesolderfilletlengthGltol=TotalGlueprocesstolerancesGlds=Gluedotsize(diameter),26,焊盘设计,偷锡焊盘点胶焊盘自对准焊盘特殊焊盘,27,钢网设计,通常情况下，印锡钢网钢片厚度的选择以PCB中IC最小的pitch值为依据，其关系如下表所示:器件管脚间距越小，钢网加工和印刷工艺难度越大。0.4mm间距的IC开口时激光加工的极限（质量控制难），0.3mm间距IC的开口只能采用电铸发加工（成本高）。,28,钢网制