DFM通用技术要求

可制造的设计 DFM 是板子设计的一种技术 这种技术使用现有的工艺和设备 可以合理的成本生产板子 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 耗用上百万 美元的最快捷的方法来设计 SMT 而最后的设计结果并不一定能够实现使用现 有的设备进行组装 返修和测试 可制造性的设计最基本的问题就是生产能力 的问题 因此也是成本的问题 其在降低印制电路组装的缺陷中起到了关键作 用 人们清楚地看到 仅靠制造工程师是不能够控制和降低印制电路组装成本的 所以 人们对可制造的设计 DFM 越来越重视 在降低成本方面 印制电路板 的设计人员也起到关键作用 将设计直接转到制造工程师的日子已一去不复返 了 如果确实曾经存在这种现象的话 每个公司都需要有其自己独特的 DFM 某些指南是有关设备和工艺方面的指南 而并不适用于所有的制造设施 有关选择元件方面的问题 DFM 的主要部分 也是各公司持有各自独特的方案 还有一些指南是通用指南 因此 适用于每 个公司 IPC SM 782 是结合通用指南的一个很好的起点 不过 应注意的是 IP C SM 782 主要是一份焊盘图形标准文献 DFM 的一个子系统 据 SMT 组装分承包商说 由于设计是由 OEM 来完成的 所以他们确实对设计没 有再实施什么控制 这已是司空见惯的事了 然而 基本上是正确的 不过 不应该这样 例如 一般来说 满足 DFM 要求的产品报价应高于没有达到 DFM 要求的那些产品的报价 当然 这应引起 OEM 注意 此外 应对 OEM 进行免费 的 DFM 知识的培训 遗憾的是 并不是每个分承包商都有内部的 DFM 因此 实际上没有准备任何 DFM 来帮助和提供给 OEM 1 DFM 组织结构 实施连续设计的传统方法 从逻辑设计人员或电路设计人员到物理设计人员 C AD 布局 乃至制造和最后的测试工程进行了考察 是不适用的 因为每个工程 师在评估和选择替代产品时都是独立地进行决策 这样就导致了次优化设计 更糟糕的是 制造工程师了解到的设计仅以物理的方式设计 PCB 当分承包商 在组装车间制造产品时这是普遍存在的现象 在此 特别建议逻辑设计人员 CAD 布局设计人员 制造 测试和工艺工程师 以及采购和市场营销的代理人会坐在一起探讨该设计 并对替代产品进行讨论 以满足热 电气 实际占用面积 成本和投放市场的时间要求的并行设计方法 这些都应在设计的初期完成 以便在由他们制定的公司内部 DFM 文件的范围 内对各种不同的替代产品进行评估 DFM 团队应由不同机构的不同人员构成 如像 逻辑设计 CAD 布局 制造 测 试和元件工程和购置和市场营销等部门 应由具有良好技能的程序管理人员和 得到团队成员全力支持的有技能人员及其经理领导这个团队 为了制定可以提 高生产能力和降低成本的有意义的 DFM 该团队应完全了解 SMT 的设计和工艺 问题是至关重要的 设计人员置身于生产现场对制造工艺的开发和实施中的制 造工程是有帮助的 所以应作为重点考虑 这样就可以防止设计人员将 设计 越过栅栏甩给 制造 如果设计团队没有制定 DFM 文件的话 由于缺少业主和对一些问题的误解 实 施将是个问题 多次出现过 DFM 的违规 因为参与的各方还没有意识到其决策 的意义 这就是应说明制定 DFM 规则原因的理由 随着时间的推移 如果原因 有所变化的话 那么 设计团队可以相应地改变规则 设计团队在使用 SMT 的任何产品的成功和财政上的可行性中起到了关键作用 在设计通孔组装中也是如此 不过 程度有所不同 通孔板的组装只有一种方 法 涂料和进行焊接 然而 在 SMT 的应用中 根据组装的类型 设计人员有 很多可选择的方案 例如 在 SMT 的应用中 在每种情况下 采用不同的制造 工序 可将相同的元件贴装在板子的上面或贴装在板子的下面 显然 为了了 解其决策的影响 设计团队需要完全与表面组装制造工艺类似相同 这并不是轻视 DFM 在通孔组装中的重要性 因为 DFM 对于自动插装是很重要的 不过 SMT 不同于通孔组装 SMT 不能够选用手工组装的方法 而且采用的可 测试性的规则是完全不同的 因为在 SMT 的应用中 我们不再将器件的末端作 为测试节点 简言之 在成功的 SMT 中 不能够过分地强调 DFM 和设计团队的 作用 2 设计规则与指南 对于能够设计一种可制造的产品的设计团队来说 制定指南和规则是很重要的 但是 指南和规则之间的区别是很重要的 规则对于计划的制造设备和工艺 兼容性是必不可少的 如果不按照设计规则行事的话 就不能够制造产品 或 者是必须用手工方法进行制造 对于采用 SMT 的制造技术 必须使用手工制造 方法对于完全不能够制造是等效的 另一方面 有了指南是一件很好的事 对 于制造工程师来说 使得生活更轻松 但是 在产品出厂时 并不是关键的 这意味着这些规则是不能够违反的 但是 如果有正当的和充分理由的话 可 以宣布指南无效 根据产品和市场营销的制约 只要产品团队的成员了解每次违规的后果 并达 成一致的意见 还是可以违反这种规则的 一般来说 DFM 团队可以违反这些 指南的 不过 除了得到团队的批准外 违规要求由公司指定的更高一级的管 理人员作为其 DFM 的权力机构签字 为了进一步完善 DFM 的指南和规则 使这种策略的落实到位是很重要的 此外 DFM 中还应有举措 要求团队指出每次违规 试图使用的替代产品和违规给 产品成本和规划带来的影响的原因 此外 不论是违反了指南 还是违反了规 则决不能接着其它产品而发生 一般来说 不能将这样的策略视为墨守成规的 障碍 由于其是由必须依赖它来谋生的团队成员而制定的 这意味着首先在制 定 DFM 文件中他们竭尽了全力 此后将其作为其策略 而且他们可以遵守实施 这是制定企业内部 DFM 指南和规则和根据常规的做法对其刷新的另一个原因 然而 制定可制造性的设计规则和指南是远远不足的 必须对每个人在 DFM 的 知识方面进行全面的培训 而最重要的是要支持 DFM 贯彻落实 就像其它重点 企业采取的策略和规程那样 必须具有协作精神的团队文化 3 表面组装元件的焊盘图形 表面组装的焊盘图形 通常指的是印脚和焊盘 规定待焊接到印制电路板的元 件的位置 焊盘图形的设计是至关重要的 因为其不仅决定了焊点强度及可靠 性 而且还影响到焊接缺陷的面积 可清洗性 可测试性和返工 返修 换言之 表面安装组件的可制造性取决于焊盘图形的设计 不过 表面安装组件的可 制造性并不仅仅是由焊盘设计所决定的 材料 工艺 元件和板子的可靠性都 起着极其重要的作用 不良元件的容差和没有实现标准化的表面组装封装使得焊盘图形设计的标准成 为一个问题 该行业推出的许多类型的封装和特定类型封装的变化也是不小的 更重要的是 元件容差有着明显的差别 导致焊盘图形设计的实际问题 而 且还增加了 SMT 用户的制造问题 考虑到在 标准的 1206 电阻和电容中发现的元件容差问题 这些问题与标准 决无关系 最重要的尺寸 端子宽度的容差在最小 10mil 最大 30mil 范围内 标称尺寸为 20mil 变化 采用这一数量级的容差变化 确实将焊盘图形设计 卷到了竞争的风头浪尖上 就元件标准化和容差而论 像互连和封装电子电路学会 电子工业协会 表面 组装协会这样的技术学会正竭尽全力来改善当前的状态 通过表面组装协会的努力 现在 在 EIA 和 IPC 之间展开了大力协作 以确保 元件外形 由 EIA 制定 和其焊盘图形 由 IPC 制定 之间的兼容性 例如 I PC SM 782 标准就是该行业努力以促进表面组装技术的标准化一个很好的例子 IPC SM 782 标准还讨论了不同类型封装的焊盘图形设计的基本概念 包括用 作为焊盘图形基础的方案 由于这种方案是确实可行的或当现有的元件尺寸有 所变化 该方案可用于开发更新型元件的焊盘图形 许多人还将 IPC SM 782 标准作为 DFM 文件使用 其有助于说明与 DFM 相关的问 题 应切记的是这是一份有关焊盘图形的文件 而不是 DFM 文件 焊盘图形是 DFM 的子系统 其还涉及到元件 裸板 焊料掩膜 贴装 焊接 返修和测试 这样的问题 每个公司都应有公司内部的专用的 DFM 文件 以便利用其各自独 特的工艺 元件 焊料掩膜 板和组件要求的优势 如果焊盘图形设计已通用于现行的制造工艺中的话 那么 你就会受益匪浅 例如 有一些公司在焊接元件底部时要焊接两次 使用再流和波峰这两种焊接 工艺 在这种工艺中 有印刷焊膏 涂覆胶粘剂 贴装元件和随后的再流工 艺 所有这些器件不是采用再流焊 就是采用波峰焊工艺 不过 有时不是这 样的 因此 采用两步焊接的公司采用一个步骤焊接应该是足够了 很有可能 产生问题的原因是由于不良的元件或板子的可焊性 应通过要求供应商提供可 焊的元件来纠正这些问题 而不是采取增加不必要的步骤的方法 这样会使产 品成本上升 4 波峰焊和再流焊的不同焊盘图形 焊接方法中的工艺曲线和热曲线的差别 每种焊接方法的焊盘图形设计应是不 同的吗 从优化焊盘图形设计的观点来看 不同的焊接工艺采用不同的焊盘图 形是个优点 不过 从系统的观点来看 不同的焊接工艺采用不同的焊盘图形 会带来一些问题 例如 某些 CAD 系统限制了可支持的焊盘图形尺寸的总数 即使 CAD 的能力不是个问题 但是 对于设计人员必须对 CAD 库中的相同元件 坚持采用不同焊接工艺而采用不同的焊盘图形的做法感到极为难 因为没有一 种工艺能够完全满足要求 在很多情况下 如果企业在不同的应用中使用不同 的焊接工艺的话 这种方法可能是极受限制的 再流焊和波峰焊采用不同的焊盘图形的主要原因是防止在焊接过程中元件有可 能移位或坚起 在波峰焊接过程中 由于元件上涂有胶粘剂 所以 元件移位 不是个问题 因此 为再流焊接而优化的焊盘图形设计在波峰焊接中也是起作 用的 显然 元件的焊盘图形设计对于波峰焊和再流焊这两种工艺的显而易见 的效果是满意的 应切记普通焊盘图形的这个问题只适用于分立器件 如像 电阻 电容 小外形晶体管 SOT 和有时使用的小外形集成电路 SOIC 有 源器件 如像 有引线塑料芯片载体 PLCC 和细间距封装是不使用波峰焊接 工艺的 所以 对于这类元器件就不存在这样的问题 对于不同的或相同的焊盘图形设计是否使用不同的焊接工艺 在将这些焊盘图 形应用于产品之前 必须对焊盘图形的可靠性和可制造性进行确认 5 结论与建议 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 降低劳动成本和 材料成本及减少重复设计的次数 每个公司都需要有其由一组设计人员独特设 计的 DFM 设计人员在使用 SMT 的任意产品的成功和财政上的可行性起到了关 键作用 就设计人员能够设计出可制造的产品而言 为 DFM 的修订制定指南和 规则以及控制步骤是很重要的 为了使 DFM 指南和规则更加完善 应使这样的 一些举措到位是很重要的 IPC SM 782 在结合通用指南方面是一个很好的起点 不过 应注意 IPC SM 782 主要是一份焊盘图形标准文献 DFM 的一个子系统 然而 对于制定可制造 性的设计规则和指南是远远不够的 在 DFM 知识方面 应对每个设计人员进行 全面的培训 与其它重点企业的举措和规划是一样的 最重要的是 必须具有 协作精神 促进 DFM 的贯彻落实 DFM 是极为重要的 我们还必须切记仅有可制造性的设计是不能够消除 SMA 中 的所有缺陷的 缺陷主要分为三类 与设计相关的问题 与来料相关的问题 如像 PCB 胶粘剂和焊膏等 与制造工艺和设备相关的问题 对每种缺陷的根 源应进行分析 以便采取适当的校正措施 简单地说 必须对设计 材料和工 艺方面的所有主要问题进行细致的调整 以实现零缺陷 也就是说 除了 DFM 外 每个公司还必须对材料和工艺进行企业内部的 诀窍 印制电路板印制电路板 DFMDFM 通用技术要求通用技术要求 本标准规定了单双面印制电路板可制造性设计的通用技术要求 包括材料 尺 寸和公差 印制导线和焊盘 金属化孔 导通孔 安装孔 镀层 涂敷层 字 符和标记等 作为印制板设计人员设计单双面板 Single Double sided board 时参考 1 一般要求 1 1 本标准作为 PCB 设计的通用要求 规范 PCB 设计和制造 实现 CAD 与 CAM 的有效沟通 1 2 我司在文件处理时优先以设计图纸和文件作为生产依据 2 PCB 材料 2 1 基材 PCB 的基材一般采用环氧玻璃布覆铜板 即 FR4 含单面板 2 2 铜箔 a 99 9 以上的电解铜 b 双层板成品表面铜箔厚度 35 m 1OZ 有特殊要求时 在图样或文件中 指明 3 PCB 结构 尺寸和公差 3 1 结构 a 构成 PCB 的各有关设计要素应在设计图样中描述 外型应统一用 Mechanical 1 layer 优先 或 Keep out layer 表示 若在设计文件中同时 使用 一般 keep out layer 用来屏蔽 不开孔 而用 mechanical 1 表示成形 b 在设计图样中表示开长 SLOT 孔或镂空 用 Mechanical 1 layer 画出相应 的形状即可 3 2 板厚公差 3 3 外形尺寸公差 PCB 外形尺寸应符合设计图样的规定 当图样没有规定时 外形尺寸公差为 0 2mm V CUT 产品除外 3 4 平面度 翘曲度 公差 PCB 的平面度应符合设计图样的规定 当图样没有规定时 按以下执行 4 印制导线和焊盘 4 1 布局 a 印制导线和焊盘的布局 线宽和线距等原则上按设计图样的规定 但我司会 有以下处理 适当根据工艺要求对线宽 PAD 环宽进行补偿 单面板一般我司 将尽量加大 PAD 以加强客户焊接的可靠性 b 当设计线间距达不到工艺要求时 太密可能影响到性能 可制造性时 我 司根据制前设计规范适当调整 c 我司原则上建议客户设计单双面板时 导通孔 VIA 内径设置在 0 3mm 以上 外径设置在 0 7mm 以上 线间距设计为 8mil 线宽设计为 8mil 以上 以最大 程度的降低生产周期 减少制造难度 d 我司最小钻孔刀具为 0 3 其成品孔约为 0 15mm 最小线间距为 6mil 最细 线宽为 6mil 但制造周期较长 成本较高 4 2 导线宽度公差 印制导线的宽度公差内控标准为 15 4 3 网格的处理 a 为了避免波峰焊接时铜面起泡和受热后因热应力作用 PCB 板弯曲 大铜面上 建议铺设成网格形式 b 其网格间距 10mil 不低于 8mil 网格线宽 10mil 不低于 8mil 4 4 隔热盘 Thermal pad 的处理 在大面积的接地 电 中 常有元器件的腿与其连接 对连接腿的处理兼顾电 气性能与工艺需要 做成十字花焊盘 隔热盘 可使在焊接时因截面过分散 热而产生虚焊点的可能性大大减少 5 孔径 HOLE 5 1 金属化 PHT 与非金属化 NPTH 的界定 a 我司默认以下方式为非金属化孔 当客户在 Protel99se 高级属性中 Advanced 菜单中将 plated 项勾去除 设置 了安装孔非金属化属性 我司默认为非金属化孔 当客户在设计文件中直接用 keep out layer 或 mechanical 1 层圆弧表示打孔 没有再单独放孔 我司默认为非金属化孔 当客户在孔附近放置 NPTH 字样 我司默认为此孔非金属化 当客户在设计通知单中明确要求相应的孔径非金属化 NPTH 则按客户要求 处理 b 除以上情况外的元件孔 安装孔 导通孔等均应金属化 5 2 孔径尺寸及公差 a 设计图样中的 PCB 元件孔 安装孔默认为最终的成品孔径尺寸 其孔径公差 一般为 3mil 0 08mm b 导通孔 即 VIA 孔 我司一般控制为 负公差无要求 正公差控制在 3mil 0 08mm 以内 5 3 厚度 金属化孔的镀铜层的平均厚度一般不小于 20 m 最薄处不小于 18 m 5 4 孔壁粗糙度 PTH 孔壁粗糙度一般控制在 32um 5 5 PIN 孔问题 a 我司数控铣床定位针最小为 0 9mm 且定位的三个 PIN 孔应呈三角形 b 当客户无特殊要求 设计文件中孔径均 0 9mm 时 我司将在板中空白无线 路处或大铜面上合适位置加 PIN 孔 5 6 SLOT 孔 槽孔 的设计 a 建议 SLOT 孔用 Mechanical 1 layer Keep out layer 画出其形状即可 也可以用连孔表示 但连孔应大小一致 且孔中心在同一条水平线上 b 我司最小的槽刀为 0 65mm c 当开 SLOT 孔用来屏蔽 避免高低压之间爬电时 建议其直径在 1 2mm 以上 以方便加工 6 阻焊层 6 1 涂敷部位和缺陷 a 除焊盘 MARK 点 测试点等之外的 PCB 表面 均应涂敷阻焊层 b 若客户用 FILL 或 TRACK 表示的盘 则必须在阻焊层 Solder mask 层画出 相应大小的图形 以表示该处上锡 我司强烈建议设计前不用非 PAD 形式表 示盘 c 若需要在大铜皮上散热或在线条上喷锡 则也必须用阻焊层 Solder mask 层画出相应大小的图形 以表示该处上锡 6 2 附着力 阻焊层的附着力按美国 IPC A 600F 的 2 级要求 6 3 厚度 阻焊层的厚度符合下表 7 字符和蚀刻标记 7 1 基本要求 a PCB 的字符一般应该按字高 30mil 字宽 5mil 字符间距 4mil 以上设计 以免影响文字的可辨性 b 蚀刻 金属 字符不应与导线桥接 并确保足够的电气间隙 一般设计按字 高 30mil 字宽 7mil 以上设计 c 客户字符无明确要求时 我司一般会根据我司的工艺要求 对字符的搭配比 例作适当调整 d 当客户无明确规定时 我司会在板中丝印层适当位置根据我司工艺要求加印 我司商标 料号及周期 7 2 文字上 PAD SMT 的处理 盘 PAD 上不能有丝印层标识 以避免虚焊 当客户有设计上 PAD SMT 时 我司 将作适当移动处理 其原则是不影响其标识与器件的对应性 8 层的概念及 MARK 点的处理 层的设计 8 1 双面板我司默认以顶层 即 Top layer 为正视面 topoverlay 丝印层字 符为正 8 2 单面板以顶层 Top layer 画线路层 Si