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浅谈DFM技术在PCB设计中的应用

2020/10/22    来源:《科学技术创新》    作者:沈晗  徐小飞  瞿亮      
关键字:DFM  PCB设计  
文章综述了DFM在PCB设计中的应用。通过运用DFM技术,提前识别生产中可能带来的问题,提高一次设计成功率,减少样机修改,重制的频率。因此DFM可极大提高设计效率,减小成本、增加产品质量,规范了设计标准,使繁琐的条文规则实现成为了现实。
1 概述

       随着工程项目小型化、定制化的需求,印制电路版设计复杂度大大提高,生产工艺难度越来越大,而产品周期越来越短,如何有效地对产品的质量进行控制、降低综合成本、提高生产效率成为了迫在眉睫的课题。在以往PCB设计中,为了满足用户交期,过分强调设计速度,往往忽视了生产工艺,导致在样机阶段中出现各类问题,反复修改不仅没有缩减生产周期,反而提高了生产成本。为了解决这些问题,DFM软件应运而生,在设计阶段就排查生产风险点,及时更改,缩短了生产周期,提高了产品竞争力。
 
2 DFM技术简介

       电子行业的可制造性设计。主要涵盖2个方面。裸板可制造性设计(Design For Fabrication),简称DFF。是指研发人员在设计阶段就充分考虑现有PCB加工方的加工工艺水平,设计出的PCB板无需板厂进行任何修改,就可以直接投入生产。

       实装板的可装配性设计,又称DFA。是指研发人员在设计阶段就充分考虑生产部门现有设备的加工能力、目前的工艺水平,使设计出的PCB板在装配阶段不再出现焊盘不匹配、BOM错误、虚焊、桥连、极性装反、插孔大小不合适、无法波峰焊、无法加工治具、无法维修等烦恼的情形。
 
3 DFM软件优势
 
    3.1 软件应用后流程对比
 
    传统的作业流程是一个不断尝试,修正的过程。没有一套完整的PCB CHECKLICT,每个PCB设计员重点关注产品的功能,忽略了产品的工艺性,到生产中出现问题,必须不断返修、重新设计,如图1所示。

传统作业流程图

图1 传统作业流程图

    传统作业模式生产周期较长,为适应现代化生产需求,需要从设计之初就充分考虑生产工艺性。细节对比如图2 所示。可看出,在引用DFM 软件后简化了以往的作业模式,在原流程中增加了DFM 检查节点,在设计过程中提前评审,实时更改优化,提高印制电路版一次设计成功率。

 

DFM应用前后对比
图2 DFM应用前后对比
 
 
    3.2 DFM 在PCB设计中的应用

        3.2.1 BOM 表检查

       研发提供的设计文件与BOM,无法快速的检查出多料少料,替代物料的合理性,无法彻底解决设计中的器件选型兼容性问题,人工审核困难。利用DFM软件进行PCB文件和BOM清单比对。可以检查出PCB BOM清单位号不一致,物料数量不一致等情况。
 
    3.2.2 VALOR封装库建立
 
    装配性分析是提前利用DFM建库工具,通过查阅元器件规格书,为每一个元器件建立实际的DFM软件封装库。包括制造商品牌、规格型号、三维数据。如图3所示,器件对应的外形、尺寸可以直观的反应出来。在装配分析时,对于报错点我们也能及时作出判断和改进方案。
根据规格书建立封装库
图3 根据规格书建立封装库
 
    3.2.3 PCB板可装配性分析
 
    在建立了封装库后就需要根据BOM表和PCB文件把元器件模拟安装到PCB上,并通过三维的形式呈现出来。通过调用VPL库,分析元器件的距离、高度、引脚中心距、元器件到传送边或是禁布检查等。如表1所示。
 
DFM焊装规则
表1 DFM焊装规则
 
    3.2.4 PCB板可制造性分析
 
    可制造心分析包含了光学点分析、定位孔分析。为配合自动化加工,需要在PCB上设计光学定位点(又称mark 点)。一般来说需要在边缘布置至少三个光学定位点,并且覆盖所有贴片元件。对于自动插件、测试等工序,需要在PCB对角上设计定位孔,定位孔至少三个,同时定位孔也可以用来固定螺丝(如表2)。

DFM可制造性分析规则
表2 DFM可制造性分析规则
 
    3.3 DFM 软件可视化输出
 
    DFM软件在输出分析报告后会通过提示用户去下载报告或者将报告用邮件推送给用户。输出报告中包含问题说明、问题数量、问题位置截图、位置号、测量数据等内容。如图4所示。
 
   根据内置的专家知识库,在指出问题的同时,详细解读该问题的危害性和建议手段。如图5 所示。分析报告可以通过链接跳转至AD界面和PCB实际位置。
 

可输出问题说明、数量及相关统计
图4 可输出问题说明、数量及相关统计
专家建议项
图5 专家建议项
 
4 结论

       本文主要讲述了DFM软件在印制电路版实际设计生产中的应用,和DFM软件带来的优化效果。原本的PCB设计工具为Altium Designer,软件侧重于设计功能,缺少检查内容。一般多关注产品的功能,而非PCB的制程能力和生产工艺,产品质量极大程度上依赖于设计人员个人能力。DFM项目应用后,可促进设计审查流程的改进、工艺规范文档的完善、建立起标准加工工艺规则库与元件模型库等核心数据库。同时在PCB设计和电装工艺建搭起一座沟通的桥梁,使得电装工艺在设计之初就介入PCB设计。推动建立完善的工艺体系,数据体系,不良处理方案,利用生产过程中的个各种数据,不断反馈并完善DFM体系,实现二者互补。通过持续改善,加快了PCB生产速度,保证了产品的质量,提升产品核心竞争力。
 
    参考文献
 
    [1]江平.DFM软件的应用性研究[J].电子工艺技术,2008.
 
    [2]杜连芳,胡岚.PCB工艺设计中应注意的问题[J].中国新技术新产品,2009.
责任编辑:杨培
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