用于小批量多品种的PCB可制造性分析.doc

用于针对小批量多品种性质的PCB可制造性分析系统纵观现今国内的电子系统设计装配行业，大致可分为大批量多品种和小批量多品种两种模式，所谓大批量多品种模式，顾名思义，及每年的品种及批量非常大，这种类型的企业主要以消费类电子厂商及代工厂商为主；而小批量多品种的模式，则主要集中在国内研究型机构及专业行业领域的电子系统产品设计、加工企业，这种企业每年的品种种类多则上千种，而每种产品的批量则少至几十、乃至几块。针对这种小批量多品种的性质，如何为企业从设计、工艺到生产的无缝衔接提供一套完整、平滑的流程也就成为了现今电子行业内同类型企业的一大难题。随着西方30年先进的生产经验不断的发展，国内电子行业不断的吸取西方设计、生产模式的精华，使得现今的企业早已建立起自有的电子系统自动化设计平台（Electronic Design Automation系统）、生产自动化平台（Electronic Manufacture Automation平台），通过先进的设计工具和自动化生产设备的辅助，可以使得整个设计、生产环节逐步趋于平滑且顺畅。但是，西方电子系统生产30年高速发展的经验告诉我们，任何新技术的出现，都是伴随着工艺不断发展提高而更新换代的，这也是现阶段需要引起国内电子系统研究机构及厂商所引起重视的一点，如何避免模仿西方电子系统设计、提高国内电子设计、工艺人员的技术水平，已然是每个企业需要破解改善的环节所在。以下结合本人几年对国内电子行业的理解，大胆提出设想，望能够给读者带来一些思想上的灵感。首先，先浅谈下国内电子行业从设计到生产的大致情况，如下图：在PCB设计到生产的整个环节中，大致可以经历上图中几个阶段，可以看出，在前期原理图设计、PCB设计阶段，单位有专业的EDA系统、SI仿真系统进行保障、后期的调试、生产有专业的测试设备、生产加工设备进行保障，唯独中间红色的工艺保障环节中，仍采取传统的人工审查保障，这就使得电子产品从设计到生产的各个环节中存在着很高级别的隐患。可靠性如何保障、产品生命周期如何定义以及项目周期如何优化均不能得到有效地管理。这种情况具体体现在：l 在产品试制调试阶段发现问题，如无法通过定型，返回至PCB设计阶段进行设计修改优化，同时再进行产品的试制、调试，如问题无法完全解决，需要几次的反复，其间每次反复需要花费大概2周左右的周期，同时每个产品可能要经历2-4次左右的反复。l 在产品批量生产阶段或交付用户以后，如果发现问题，会及时返回至PCB设计阶段进行再次的设计修改优化，即重复一次完整的流程，此过程如果反复需要花费大概4-6周左右的时间，同时对于企业的影响无非是致命的。上述现象在国内电子行业里非常普遍，尤其是小批量多品种性质的企业，如何引入一套机制，既能够保证产品的质量可靠性，又能使得整个流程顺畅，优化项目时间周期，成为了企业的首要问题。以色列华尔莱公司（Valor Computerized, Israel）推出的从设计到生产全过程解决方案正好解释了国内小批量多品种的电子企业仍然与国外先进的电子厂商存在差距所在-“设计工艺与工艺设计的整合”。所谓设计工艺，是指在PCB设计环节中，通过对PCB设计工程师加载工艺加工的规范要求，使得电子系统设计在成型后符合工艺加工的精度、可靠性等规范要求；而工艺设计是指通过对PCB加工手段以及加工能力的深入了解，工艺工程师不断的提高企业对于PCB设计的精度、可靠性等规范要求，从而达到不断的辅助及优化电子设计的高集成度、高可靠性以及高效率加工。因此，只有两者相辅相成，互相依赖、互相促进，且有机的整合起来，才能发挥最大效能，从而促使国内电子行业不断的向前发展，是的国内的电子产品设计不断的自主更新换代，逐渐追上西方先进的电子系统设计、生产水平。上述提及Valor公司的解决方案很好的解释了国内外电子系统设计的主要差距，以下便简单介绍下Valor公司如何优化小批量、多品种类型的企业从设计到生产全过程。首先，Valor公司提供的解决方案包含以下几大块内容：l DFM (Design For Manufacture)-PCB板可靠性分析l ALE (Assembly Engineering)-PCB板实装优化l MES (Manufactory Execute System)-PCB板生产装配执行系统这里我们着重介绍DFM：DFM (Design For Manufacture)-意指通过计算机辅助仿真的手段，在产品设计流程及引入工艺加工装配的理念，以达到“制造前移”的效果，在电子产品并未做出实物前，即模拟出其在加工制造过程中的各种情况，仿真结果应不断靠近100%真实环境。Valor DFM解决方案主要包括PCB板光板可制造性分析、实装板可装配性分析、高密度板分析以及可测试性分析几大模块。通过加载已固化至系统内的行业标准（IPC、国军标等）、实物封装3维数据模型两个专业模型，以达到对现实情况的完全模拟仿真，具体架构如下图所示：DFM的功能简介：DFM系统通过将电子系统设计数据导入至内核后，通过加载相匹配的检查规范（如：汇集PCB板厂家的制造规范、本公司的设计规范及生产工艺规范）并进行整理，将所有规则都输入到VALOR的规则库中，以保证规范的完整性，为全面实现自动DFM评审做准备。同时，可以让PCB设计工程师在布局、布线的各个阶段并行进行PCB的自动DFM评审，减少人工评审的局限，做到真正的并行设计，以达到“零错误、一次性成功”的目的，从而减少研发投板后的改板次数，提高研发效率，降低设计和制造成本，提高单板质量。针对工艺审查方面，PCB光板可制造性检查，实现与PCB制造厂家间的无缝连接，确保顺利投产，减少扯皮现象；并且，检查料单准确性，可解决生产备料和制造工序问题；PCBA（实板）可装配性检查，可解决实际元件与PCB焊盘不匹配、元件碰撞干涉、焊接不良等问题。针对可测试性检查，PCB可测试性网络覆盖率，对提高公司单板的测试覆盖率很有帮助。注：以上所有规则检查与EDA软件的种类无关，确保统一规范，适应多种设计。产品研发中心“为制造着想的设计”DFx检测中心Gerber数据的分析处理PCB裸板的制作和测试分析Drill 数据的分析处理PCB 菲林片的制作PCB 裸板的分析检测OK生产程序和工艺文件的制作AI/SMT 程序制作AOI/X-Ray 程序制作生产工艺文件制作Glue/SP 程序制作BOMAVL可制造性分析报告DesignForFabrication可测试性分析报告DesignForTestability可装配性分析报告DesignForAssemblyNGNG测试治具和程序的制作ICT 程序制作Fly Probe 程序制作PCB 测试治具制作CNC 程序制作OKOKNGDFM可靠性、可制造性分析系统工作原理及架构综上所述，针对国内小批量、多品种性质的电子系统厂商，Valor提供的D