DFM电子产品可制造设计

DFM电子产品可制造性设计,编写：颜林,目录,DFM介绍,元器件可制造性需求PCB可制造性设计PCBA可装配性设计设计输出与审核,DFM基本概念,DFM:DesignforManufacturing即可制造性设计。DFT:DesignforTest可测试性设计DFD:DesignforDiagnosibility可分析性设计DFA:DesignforAseembly可装配性设计DFE:DesignforEnviroment环保设计DFF:DesignforFabricationofthePCBPCB可加工性设计DFS:DesignforSourcing物流设计DFR:DesignforReliability可靠性设计DRC:DesignRuleChecking设计规则检查作为一种科学的方法，DFX将不同团队的资源组织在一起，共同参与产品的设计和制造过程,通过发挥团队的共同作用，缩短产品开发周期，提高产品质量、可靠性和客户满意度，最终缩短从概念到客户手中的整个时间周期。DFM规则往往由生产工艺人员参与制定,检查规则的设置，一般只与生产能力有关，与具体的产品关系不大。DRC设计规则检查的错误是一定要改的，而DFM却不一定。,1、DFM、DFR、DFx介绍,DFM基本概念,将企业的资源、知识和经验一起应用于产品的开发、设计、和制造过程。从产品开发开始就考虑到可制造性与可测试性，使设计与制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的，具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点。,2、DFM的优点,元器件元器件选择和评估元件耐温元件潮湿敏感性元件静电敏感等级元件焊端/引脚、镀层的结构和材料新型封装元件、异性元件与现有工艺的匹配性元件种类数量减少候选元件：尽量从候选元件挑选，减少品种和数量。异性元件的选择,PCB板材的要求镀层的要求PCB尺寸和形状要求元器件整体布局/拼板布线设计孔的设计阻焊设计丝印设计蚀刻分析印制板的热设计电源/地分析焊盘与印制导线连接的设置,3、DFM的具体内容(一),DFM基本概念,PCBA焊盘设计焊盘结构、尺寸；模板设计设备对设计的要求基准：MARK、基准孔、PCB板边缘空间要求工艺对设计的要求插装、再流焊、波峰焊和清洗返修的考虑器件排布方向、间隔拼板的排布和切割要求检测考虑测试盘尺寸和空间的要求,设计输出与审核电路原理图PCB设计图元器件明细表BOMGerber文件/元件坐标样机,3、DFM的具体内容（二）,元器件可制造性需求,1、一般标准,选择元器件要根据具体产品电路要求以及PCB尺寸、组装密度、组装形式、产品的档次和投入的成本进行选择。a)元器件种类应最少化。以提高集成度、简化工艺和物料管理。b)优先选择可自动装配的元器件。SMD优先于通孔元器件;应尽可能多地使用SMD,减少通孔元器件和手插件的使用;电解电容也可选择引脚外伸型贴片装。c)元器件可焊性应符合相关规范。应符合企业缺省的元器件封装/尺寸,避免使用小于0402的片式元件/大于机制1812的片式元件、MELF元件及其他需非常规处理的元器件,如异形元器件的贴装需借助于人工操作或专门设备;d)元器件应能够承受回流焊和波峰焊接温度循环2-3次,企业对焊接参数如最大温升速率、波峰焊的变面温度等应有明确的规范约束,以保持焊接缺陷良好的可重复性;应有完整的MSD(温度敏感元件)规范;e)异形元器件如连接器、开关等应采用阻燃设计,避免热变形和热开裂;f)如果产品需进行清洗,元器件应能承受水清洗工艺;,元器件可制造性需求,2、试用于我公司的元器件选型a）因设备限制暂不支持BGA,LGA封装芯片.b）避免使用小于0402封装片式元件.c）避免使用引脚小于0.4mm的IC.d）避免使用双列直插式封装插座,它除了延长组装时间外,这种额外的机械连接还会降低长期使用可靠性e）避免使用一些需要机器压力的零部件,如导线别针、铆钉等,除了安装速度慢以外,这些部件还可能损坏线路板而且它们的维护性也很低.f）建议用排阻代替单个电阻.g）选用特殊性，或异性元器件时，需评估是否有现有设备。h)良信电器电子线路板均采用无铅制程，因此选择元件时也需考虑无铅。,PCB可制造性设计,PCB的工艺设计非常重要，它关系到所设计的PCB能否高效率、低成本地制造出来。新一代的SMT装联工艺，由于其复杂性，要求设计者从一开始就必须考虑制造的问题。因为一旦设计完成后再进行修改势必延长转产时间、增加开发成本。即使改SMT元件一个焊盘的位置也要进行重新布线、重新制作PCB加工菲林和焊膏印刷钢网、测试治具、贴片程式、图纸、作业指导书、工艺文件更改等一系列的变化，硬成本至少要两万元以上。对模拟电路就更加困难，甚至要重新进行设计、调试。但是，如果不进行修改，批量生产造成的损失就会更大，所付出的代价将是前一阶段修改成本的数十倍以上。因此，设计者必须从设计工作开始起就重视工艺问题，问题越早解决对公司也越有利。,PCB的工艺设计重要性,1.PCB工艺边，工艺孔不能满足生产需求。2.PCB外形异形或尺寸过大过小。3.Mark点设计不良。4.PCB上焊盘与过孔，导线设计布局不良。5.波峰焊接设计不良6.PCB选材以及元器件选配不合理。7.测试点选计不合理8.PCB表层处理选用方式不合理9.拼板设计不合理,PCB设计常见不良,PCB可制造性设计,PCB设计常见不良,2.焊盘上设计测试孔,1.元器件封装尺寸选择错误.,3.Bottom面只有7个贴片元件.,4.无ICT测试点,5.晶振金属壳容与焊盘接触短路,6.三个元件相互干涉,PCB可制造性设计,基材：应适当选择g较高的基材玻璃化转变温度g是聚合物特有的性能，是决定材料性能的临界温度，是选择基板的一个关键参数。环氧树脂的Tg在125140左右，再流焊温度在220左右，远远高于PCB基板的g，高温容易造成PCB的热变形，严重时会损坏元件。*Tg应高于电路工作温度。厚度：通常采用0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm（标准）、2.0mm、2.5mm、3.0mm。建议一般只装配集成电路、小功率晶体管、电阻、电容等小功率无器件的没有较强负荷振动的产品采用1.6mm。,1.板材的选择,目前我司主要采用FR-4材质：玻璃纤维、环氧树脂。热冲击：288，10sec成品板翘曲度：0.7最小SMT贴片间距：0.15mm(6mil)成品最小钻孔孔径：0.25mm(10mil)最小线宽/间距：0.1mm(4mil)线宽控制能力：+-20参考文件：PCB制作要求说明书模板,PCB可制造性设计,1、尺寸范围从生产角度考虑，理想的尺寸范围是“宽（200mm250mm）长（250mm350mm）”。对PCB长边尺寸小于125mm、或短边小于100mm的PCB，采用拼板的方式，使之转换为符合生产要求的理想尺寸，以便插件和焊接。,目前我司的设备所支持的PCB范围为：300mm*300mm。设计人员在设计单板或拼板尺寸时要考虑必须在此范围内。超出此尺寸将导致无法生产。,PCB可制造性设计,2.PCB尺寸大小,对波峰焊，PCB的外形必须是矩形的（四角为R=1mm2mm圆角更好，但不做严格要求）。偏离这种形状会引起PCB传送不稳、插件时翻板和波峰焊时熔融焊料汲起等问题。因此，设计时应考虑采用工艺拼板的方式将不规则形状的PCB转换为矩形形状，特别是角部缺口一定要补齐，否则要专门为此设计工装。对纯SMT板，允许有缺口，但缺口尺寸须小于所在边长度的1/3，应该确保PCB在链条上传送平稳。,PCB可制造性设计,3.PCB外形,1）作为PCB的传送边的两边应分别留出5mm的宽度，传送边正反面在离边5mm的范围内不能有任何元器件或焊点；能否布线视PCB的安装方式而定，导槽安装的PCB一般经常插拔不要布线，其他方式安装的PCB可以布线。2）元件离板边缘至少有3.5mm(最好为5mm)的距离，这将使线路板更加易于进行传送和波峰焊接，且对外围元件的损坏更小。如无法实现需增加工艺边。,PCB可制造性设计,4.PCB板边,(1)当设计的PCB板最小尺寸小于生产设备所支持的最小尺寸时；我司设备所支持的PCB最小尺寸为：50mm*50mm,最大为：300mm*300mm。(2)考虑到车间实际生产效率时。,1.拼板设计主要考虑三个问题：为什么要拼板？,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,2.拼板设计主要考虑三个问题：如何拼板？,拼板设计首先考虑是小板如何摆放，拼成较大的板，考虑如何拼最省材料、最有利于提高拼板后的PCB刚度以及更有利于生产分板。关于拼板尺寸，建议以拼板后最终尺寸接近理想的尺寸为拼板设计的依据，过大，焊接时容易变形。推荐使用的拼版方式有三种：同方向拼版，中心对称拼版，镜像对称拼版。,a.对于一些不规则的PCB（如L型PCB），采用合适的拼版方式可提高板材利用率，降低成本。,b.若PCB要经过回流焊和波峰焊工艺，且单元板板宽尺寸60.0mm，在垂直传送边的方向上拼版数量不应超过2。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,c.如果单元板尺寸很小时，在垂直传送边的方向拼版数量可以超过3，但垂直于单板传送方向的总宽度不能超过150.0mm，且需要在生产时增加辅助工装夹具以防止单板变形。d.同方向拼版规则单元板:采用V-CUT拼版，如满足4.1的禁布要求，则允许拼版不加辅助边,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,不规则单元板：当PCB单元板的外形不规则或有器件超过板边时，可采用铣槽加V-CUT的方式。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,e.中心对称拼版*中心对称拼版适用于两块形状较不规则的PCB，将不规则形状的一边相对放置中间，使拼版后形状变为规则。*不规则形状的PCB对称，中间必须开铣槽才能分离两个单元板*如果拼版产生较大的变形时，可以考虑在拼版间加辅助块（用邮票孔连接）,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,*有金手指的插卡板，需将其对拼，将其金手指朝外，以方便镀金。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,f.镜像对称拼版使用条件：单元板正反面SMD都满足背面过回流焊焊接要求时，可采用镜像对称拼版。,操作注意事项：镜像对称拼版需满足PCB光绘的正负片对称分布。以4层板为例：若其中第2层为电源/地的负片，则与其对称的第3层也必须为负片，否则不能采用镜像对称拼版。采用镜像对称拼版后，辅助边的mark必须满足翻转后重合的要求。具体的位置要求请参见下面的拼版的基准点设计。,2.拼板设计主要考虑三个问题：该如何拼板？,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,3.拼板设计主要考虑三个问题：拼板如何连接？,V-CUT连接a.当板与板之间为直线连接，边缘平整且不影响器件安装的PCB可用此种连接。V-CUT为直通型，不能在中间转弯。b.V-CUT设计要求的PCB推荐的板厚3.0mm。c.元器件距离PCB板边3mm。包括与V槽，邮票孔，定位孔距离。（极限距离，非常情况下也需要1.5mm）,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,同时还需要考虑自动分板机刀片的结构，如图2所示。在离板边禁布区5mm的范围内，不允许布局器件高度高于25mm的器件。,采用V-CUT设计时以上两条需要综合考虑，以条件苛刻者为准。保证在V-CUT的过程中不会损伤到元器件，且分板自如。,自动分板机刀片对PCB板边器件禁布要求,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,V-CUT连接,此时需考虑到V-CUT的边缘到线路（或PAD）边缘的安全距离“S”，以防止线路损伤或露铜，一般要求S0.3mm。,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,V-CUT连接,对于拼板中单板面积小于20mm*20mm的，残厚需走下限。,邮票孔设计参数,邮票孔连接a.推荐铣槽的宽度为2mm。铣槽常用于单元板之间需留有一定距离的情况，一般与V-CUT和邮票孔配合使用。b.邮票孔的设计：孔间距为1.5mm，两组邮票孔之间推荐距离为50mm。,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,长槽孔（俗称断签式）,长槽孔分板需要对应的分板机。,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,目前我公司缺少分板机，暂不支持此连接方式。,如果单板板边符合禁布区要求，则可以按下面的方式增加辅助边，辅助边与PCB用邮票孔连接,板边有缺角时应加辅助块补齐，辅助块与PCB的连接可采用铣槽加邮票孔的方式。,辅助边与PCB的连接方法,器件布局不能满足传送边宽度要求（板边5mm禁布区）时，应采用加辅助边的方法。PCB板边有缺角或不规则的形状时，且不能满足PCB外形要求时，应加辅助块补齐，使其规则，方便组装。,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,当板边有缺口，或板内有大于35mm*35mm的空缺时，建议在缺口增加辅助块，以便SMT和波峰焊设备加工。辅助块与PCB的连接一般采用铣槽邮票孔的方式。,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,辅助边与PCB的连接方法,板边缘5mm内有SMD元件的PCB板，此处工艺边需要开槽。开槽主要为防止分板时硬力造成的不良，如焊盘脱落，断路等。,辅助边与PCB的连接方法,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,普通拼板：,鸳鸯拼板：,阴阳拼板：,拼版案例,PCB可制造性设计,5.PCB拼板,2.5mm,12mm,因设备相机定位局限，MARK点的中心应距非传输边12mm以上；距传输边2.5mm以上。,（1）Mark点位置要求,PCB可制造性设计,6.Mark点,（a）单面板防呆设计,非对称式设计：a1a2或b1b2,单面的MARK点不能采用对称式设计，否则机器无法识别运输方向，必须采用非对称式设计。或者设计三个MARK点,对称式设计：|a1=a2和|b1=b2,PCB可制造性设计,6.Mark点,（b）双面板防呆设计：,Bottom面MARK点,两面的MARK点不能穿透设计，正反两面对应的MARK点必须错位设计。,PCB可制造性设计,6.Mark点,（c）特殊案例：,如果PCB拼板旋转180之后元器件的位置没有发生任何变化，那MARK点按对称式设计，也可提高生产效率。如下图所示：,旋转中,旋转前,旋转后,PCB可制造性设计,6.Mark点,（d）引线中心距0.5mm（20mil）的QFP以及中心距0.8mm（31mil）的BGA等器件，应在通过该元件中心点对角线附近的对角设置光学定位基准符号，以便对其精确定位。,（e）在密度很高的板上，并且没有空间放置元件的参考点，那么在长和宽100mm的区域中，可以把它们看作一个整体,在其对角位置设计两个光学定位基准符号。,MARK点,PCB可制造性设计,6.Mark点,（2）MARK点尺寸及设计要求,第一种情况：光学定位基准符号设计成直径是1mm（40mil）的圆焊盘（也可以是矩形，三角形等图形，但是推荐使用圆形图形），无孔无绿油，再加一个3mm同心圆，无铜皮无阻焊的图形。,1,PCB可制造性设计,6.Mark点,第二种情况：周围10mm无布线的孤立光学定位符号应设计一个内径2.3mm，环0.5mm的保护圈。,为了增加MARK点和基板之间的对比度，可在MARK点下面敷设大的铜箔。对于多层板建议MARK点内层铺铜以增加识别对比度，区别于焊盘。,PCB可制造性设计,6.Mark点,孔间距,孔距离要求：孔与孔盘之间的间距要求：B5mil；孔盘到铜箔的最小距离要求：B1测试点需均匀分布。3、测试点的添加尽量满足如下要求：,PCB可制造性设计,8.测试点设计,4、应有有符合规范的工艺边5、对长或宽200mm的线路板应留有符合规范的压棒点6、需测试器件管脚间距应是1.25mm的倍数7、低压测试点和高压测试点的间距离应符合安规要求。,工艺边定位孔在ICT测试时起定位作用。,PCB可制造性设计,8.测试点设计,8、测试点添加规则:每一条走线选一个点作为测试点,若该走线的两端为贴片元件,则必须在走线上添加测试点;若走线的两端,有一端为插件元件则该走线可以不加测试点,但须满足与其它线路测试点的间距2.0mm,具体如下图。（两测试点之间的间距要求大于2.0mm，否则需要重新选择测试点位置。）,PCB可制造性设计,8.测试点设计,9、直插式IC引脚脚距2.0mm，其引脚不能作为测试点（如东芝809、846IC元件引脚不能作为测试点用）。10、测试点的位置都应在焊接面上(二次电源该项不作要求)，因插件元件的引脚焊盘可直接作为测试点用,这样保证插件元件,SMC,SMD元件的测试点在同一面,否则需制作双面治具.11、电源和地的测试点要求。每根测试针最大可承受2A电流,每增加2A,对电源和地都要求多提供一个测试点。12、对于数字逻辑单板,一般每5个IC应提供一个地线测试点。13、焊接面元器件高度不能超过150mil（3.81mm）,若超过此值,应把超高器件列表通知装备工程师,以便特殊处理。,PCB可制造性设计,8.测试点设计,14、是否采用接插件或者连接电缆形式测试。如果结果为否,对、项不作要求。接插件管脚的间距应是1.25mm的倍数。所有的测试点应都已引至接插件上。15、对于ICT测试,每个节点都要有测试;对于功能测试,调整点、接地点、交流输入、放电电容、需要测试的表贴器件等要有测试点。16、对电源和地应各留10个以上的测试点，且均匀分布于整个PCBA板上，用以减少测试时反向驱动电流对整个PCBA板上电位的影响，要确保整个PCBA板上等电位。17、对带有电池的PCBA板进行测试时，应使用跨接线，以防止电池周围短路而无法测试。,PCB可制造性设计,8.测试点设计,三、注意事项：,1、测试点不能被条形码等挡住,不能被胶等覆盖。2、如果单板需要喷涂”三防漆”,测试焊盘必须进行特殊处理,以避免影响探针可靠接触。3、测试点应都有标注(以TP1、TP2.进行标注)。4、PCB上应有两个或以上的定位孔，定位孔的大小为35mm（一般要求为4）；为防止PCB放反，定位孔位置在PCB上应不对称，不能为腰形。5.所有测试点都应已固化(PCB上改测试点时必须修改属性才能移动位置)。,PCB可制造性设计,8.测试点设计,1.组装形式选择,组装形式，即SMD与THC在PCB正反两面上的布局。不同的组装形式对应不同的工艺流程，它受现有生产线限制。针对公司实际情况，应该优选下表所列形式之一，采用其他形式需要与工艺人员商议。,PCBA可装配性设计,1.PCBA组装形式,a)关于双面纯SMD板两面全SMD，这类板采用两次再流焊工艺，在焊接第二面时，已焊好的第一面上的元件焊点同时再次熔化，仅靠焊料的表面张力附在PCB下面，较大较重的元件容易掉落。因此，元件布局时尽量将较重的元件集中布放在A面，较轻的布放在B面。b)关于混装板混装板B面（即焊接面）采用波峰焊进行焊接，在此面所布元件种类、位向、间距一定要符合波峰焊接的规定。c)另外还应该注意在波峰焊的板面上尽量避免出现仅几个SMD的情况，它增加了组装流程。,综合考虑PCB性能和加工的效率选择加工流程。加工工艺的优选顺序为：元件面单面贴装元件面贴、插混装（元件面插装焊接面贴装一次波峰成型）双面贴装元件面贴插混装、焊接面贴装。,2.组装形式说明,PCBA可装配性设计,1.PCBA组装形式,a).元器件尽可能有规则地、均匀地分布排列。在A面上的有极性元器件的正极、集成电路的缺口等统一朝上、朝左放置，如果布线困难，可以有例外。有规则地排列方便检查、利于提高贴片/插件速度；均匀分布利于散热和焊接工艺的优化。遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局b).超高的元器件在线路板设计时，不能将该元器件放置到PCB边缘。按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局c).对于吸热大的器件,在整板布局时要考虑焊接时热均衡原则,不要把吸热多的器件集中放在一处,以免造成局部供热不足,面另一处过热现象。d).布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短，关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件,1.器件布局通用要求,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,e).需安装散热器的SMD应注意散热器的安装位置，布局时要求有足够大的空间，确保不与其它器件相碰。确保最小0.5mm的距离满足安装空间要求。说明：1、热敏器件（如电阻电容器、晶振等）应尽量远离高热器件。2、热敏器件应尽量放置在上风口，高器件放置在低矮元件后面，并且沿风阻最小的方向排布防止风道受阻。,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,f).器件之间的距离满足操作空间的要求（如：插拔卡）。,g).不同属性的金属件或金属壳体的器件不能相碰。确保最小1.0mm的距离满足安装要求。,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,a).细间距器件推荐布置在PCB同一面，并且将较重的器件（如电感，等）器件布局在Top面。防止掉件。b).有极性的贴片尽量同方向布置，防止较高器件布置在较低器件旁时影响焊点的检测，一般要求视角45度。如图所示,2.回流焊中器件布局,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,c).CSP、BGA等面阵列器件周围需留有2mm禁布区，最佳为5mm禁布区。d).一般情况面阵列器件布容许放在背面；当背面有阵列器件时，不能在正面面阵列器件8mm禁布区的投影范围内。如图所示；,2.回流焊中器件布局,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,贴片器件之间的距离要求同种器件：0.3mm异种器件：0.13h+0.3mm（h为周围近邻元件最大高度差）,2.回流焊中器件布局,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,THD器件通用布局要求1.除结构有特殊要求之外，THD器件都必须放置在正面。2.相邻元件本体之间的距离,满足手工焊接和维修的操作空间要求,元件本体之间的距离,3.波峰焊中器件布局,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,若SMT元器件高度小于4mm，则与旁边的THT插件料距离需大于（2.5H）mm，H为SMT元器件高度。若SMT元器件高度大于4mm，请将此元器件放置在TOP面。,优选pitch2.0mm，焊盘边缘间距1.0mm的器件。在器件本体不相互干涉的前提下，相邻器件焊盘边缘间距满足图29要求：,焊盘排列方向(相对于进板方向),最小焊盘边缘距离,THD每排引脚数较多时，以焊盘排列方向平行于进板方向布置器件。当布局上有特殊要求，焊盘排列方向与进板方向垂直时，应在焊盘设计上采取适当措施扩大工艺窗口，如椭圆焊盘的应用。THD当相邻焊盘边缘间距为0.6mm-1.0mm时，推荐采用椭圆形焊盘或加偷锡焊盘。,3.波峰焊中器件布局,PCBA可装配性设计,2.元器件布局,其他注意事项,a)由于目前插装元件封装尺寸不是很标准，各元件厂家产品差别很大，设计时一定要留有足够的空间位置，以适应多家供货的情况。b)对PCB上轴向插装等较