PCB可制造性設(shè)計(jì)分析（DFM系統(tǒng)）

中心議題：

• 可制造性設(shè)計(jì)（DFM）流程
• 可制造性設(shè)計(jì)（DFM）工具

解決方案：

• 產(chǎn)品PCB制作
• 產(chǎn)品零部件組裝
• 產(chǎn)品成品測(cè)試

“DFM”-一個(gè)由三個(gè)字母組成的縮寫，其意義依據(jù)你在設(shè)計(jì)及制造流程鏈中所扮演的角色不同而不同，或是微不足道，或是舉足輕重。

在今天的電子業(yè)，有幾種力量正在推動(dòng)著可制造性設(shè)計(jì)（DFM）的進(jìn)程，其中最常見的三種為：

新技術(shù)帶來的零件密度的增加
縮短設(shè)計(jì)周期時(shí)間的需求
外包及海外制造模式的實(shí)行

要求設(shè)計(jì)更小更輕，同時(shí)又要擁有更多功能的不斷增加的需求為我們帶來了新的印刷電路板制作技術(shù)，如順序迭構(gòu)，嵌入式被動(dòng)及主動(dòng)零件類的設(shè)計(jì)，以及零件封裝技術(shù)的創(chuàng)新如Micro-BGA、CSP和POP。所有這一切都使PCB設(shè)計(jì)、制作及組裝變得更加復(fù)雜化。

縮短“產(chǎn)品上市時(shí)間”是一項(xiàng)緊迫的需求。由于PCB設(shè)計(jì)的反復(fù)可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期平均增加幾個(gè)星期，從而拖延了產(chǎn)品的上市時(shí)間，因此將可制造性問題（導(dǎo)致設(shè)計(jì)反復(fù)的重要原因之一）在PCB設(shè)計(jì)時(shí)間盡早消除有絕對(duì)的必要性。

一般人認(rèn)為，DFM只是簡(jiǎn)單地在PCBCAD系統(tǒng)上執(zhí)行一些基本的錯(cuò)誤檢查，來確定在PCB制作時(shí)線路不會(huì)短路，或確保在PCB組裝時(shí)零件不會(huì)相互干涉。

而實(shí)際上，DFM結(jié)果意味著設(shè)計(jì)已經(jīng)得到最大程度的優(yōu)化，從而確保產(chǎn)品可以按最高效的方式制作、組裝及測(cè)試C消除可能導(dǎo)致額外時(shí)間及成本的多余工藝。一個(gè)全面優(yōu)化的設(shè)計(jì)甚至?xí)紤]到產(chǎn)品的制造良率。

現(xiàn)在讓我們退一步看看，用戶在PCB設(shè)計(jì)時(shí)想利用可制造性設(shè)計(jì)（DFM）流程達(dá)到什么效果。

一個(gè)普遍接受的觀點(diǎn)是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)對(duì)制造周期及單位產(chǎn)品成本具有重大且可測(cè)量的影響。換句話說，不好的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致更長(zhǎng)的制造時(shí)間及更高的成本。針對(duì)無時(shí)不在的降低成本及縮短產(chǎn)品上市時(shí)間的壓力，實(shí)施DFM的最終目標(biāo)是要達(dá)成具成本效益的制造。這將通過保持高良率（低廢品）及最少的設(shè)計(jì)改版而實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，我們還需要認(rèn)識(shí)到DFM的應(yīng)用使得工藝能力得到了全面的發(fā)揮，如通過新技術(shù)的應(yīng)用C將設(shè)計(jì)從兩塊PCB集中到一塊PCB上，從而既節(jié)省了時(shí)間，又節(jié)約了成本。

DFM的使用不僅僅是回答“這個(gè)設(shè)計(jì)可以制造嗎”，而更是回答“這個(gè)設(shè)計(jì)是否能被高效率地制造并且獲利”。

最重要的是，DFM必須被看作為貫穿于整個(gè)新產(chǎn)品導(dǎo)入（NPI）流程鏈的一種作業(yè)邏輯思考。它不是一種事后產(chǎn)生的想法或是設(shè)計(jì)完成后的額外補(bǔ)充。是的，確實(shí)存在那些可以被認(rèn)定為DFM工具的獨(dú)立應(yīng)用軟件，但總的來講，可制造性設(shè)計(jì)（DFM）工具必須被嵌入到所有工具里，并通過對(duì)必要規(guī)則的事先定義及在整個(gè)工具鏈中執(zhí)行這些規(guī)則來獲得確保。許多PCB設(shè)計(jì)工具通過一個(gè)以規(guī)則為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原理來符合這一模式，設(shè)計(jì)工具或者直接按照規(guī)則執(zhí)行，或者至少可以做到規(guī)則檢查。

制造（或生產(chǎn)）需要被劃分為幾個(gè)主要部份C各個(gè)部份具有顯著且獨(dú)立的內(nèi)容，分別稱為PCB制作、組裝及測(cè)試。
PCB制作包含與印刷電路板裸板生產(chǎn)的所有相關(guān)步驟（包含確保良品的測(cè)試和驗(yàn)證）。

組裝是把所需的零件置放到裸板上的一個(gè)過程，它也可能包括系統(tǒng)組裝（例如將PCB組裝到一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)而成為一個(gè)完整的產(chǎn)品）。
測(cè)試包含ICT測(cè)試（確保正確的零件置放，包括正確的零件方向、零件值和正確的運(yùn)行）以及功能測(cè)試（驗(yàn)證整塊板的運(yùn)行功能C它是否能實(shí)現(xiàn)所有的設(shè)計(jì)功能？）。測(cè)試內(nèi)容也包含目檢及維修/返修方面的問題。

以上每個(gè)部份都有其特別的需求，必須考慮每個(gè)方面才能確保好的DFM結(jié)果。只用DFM檢查PCB是否可以制作出來，但接下來卻不能自動(dòng)組裝顯然是不行的C特別是當(dāng)你需要生產(chǎn)成千上萬的板子時(shí)。

如果僅僅是確保設(shè)計(jì)不在制造時(shí)出錯(cuò)，則漏掉了一個(gè)在制造時(shí)對(duì)時(shí)間及成本產(chǎn)生重大影響的主要因素。除了按照規(guī)格或規(guī)則（物件大小，間距，間隔等）檢查設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容以外，也需要看看將設(shè)計(jì)制造出來所需要的工藝類型及數(shù)量。例如，如果設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)只使用了一個(gè)插裝組件，他卻在制造鏈中立即自動(dòng)引入了一個(gè)或更多個(gè)額外工藝（例如自動(dòng)插件及波峰焊）-這顯然會(huì)對(duì)每塊板的成本造成重大影響，通過使用同等功能的貼片組件代替則可以避免這樣的問題發(fā)生。同樣，在設(shè)計(jì)中選用一個(gè)不能自動(dòng)插裝的“異形”零件將可能需要一個(gè)額外的手工組裝工站，而這種情形則可以通過小心選用零件得到避免。在PCB制作部分，從雙面板到多層板，從貫孔到盲孔的設(shè)計(jì)，都會(huì)導(dǎo)致工藝的增加以及更多出錯(cuò)的潛在因素，然而這些本是可以通過DFM分析得到避免的。

有兩種層級(jí)的DFM分析。第一種包含比較簡(jiǎn)單或“一般性”的測(cè)試（如那些對(duì)所有制造商都適用而不受制造商工藝能力影響的測(cè)試）。這一類別包括簡(jiǎn)單的零件形狀尺寸及間距檢查，使用二維置件形狀檢查零件布局等。雖然這些因素可以在一定程度上防止制造出錯(cuò)（假設(shè)適當(dāng)?shù)囊?guī)則已被預(yù)先設(shè)定），但它們傾向于提供的是“最壞情況”的結(jié)果，而沒有在如何更好的利用現(xiàn)有技術(shù)和工藝能力方面給予設(shè)計(jì)者足夠的幫助。

第二種層級(jí)的DFM分析要求對(duì)用到的工藝進(jìn)行詳細(xì)而準(zhǔn)確的模型化C如對(duì)實(shí)際零件形狀及置件設(shè)備能力的考慮（可處理的零件類型、拾取頭/夾爪的幾何形狀、插件順序）。

然而，為取得好的第二層級(jí)的分析結(jié)果，需要依據(jù)特定制造商的生產(chǎn)能力來進(jìn)行工藝模擬C需要根據(jù)選定制造商的工藝能力來進(jìn)行PCB板制作檢查；組裝檢查需要知道可供使用的組裝設(shè)備包括哪些以及其設(shè)置。對(duì)測(cè)試、檢查及返修的設(shè)備能力也必須有更清楚的理解。要做到所有這些并不容易，特別是對(duì)那些并非在本廠制造的公司而言，因?yàn)橐獜耐饷娴暮贤圃焐蹋–EM）那里獲得這種詳細(xì)的工藝資料是不容易的。

另外，只參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容并不能做到通盤考慮。對(duì)組裝設(shè)備的設(shè)置（將零件分配到料倉），組裝產(chǎn)線上設(shè)備的順序，平衡產(chǎn)線以達(dá)到優(yōu)化的產(chǎn)出等等都是需要考慮的因素，這時(shí)必須用到軟件。盡管有些人可能認(rèn)為這些屬于生產(chǎn)規(guī)劃，然而在好的DFM流程中這些都是必要的，它證明了如零件選擇等一些任務(wù)的重要性，以及具備詳細(xì)的對(duì)組裝流程設(shè)置的知識(shí)如何能幫助設(shè)計(jì)者朝著設(shè)計(jì)出可以高效率制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向邁進(jìn)。

由于規(guī)則的數(shù)量及復(fù)雜度，要想使PCBCAD工具能處理全部規(guī)則是不可能的，不管是以自動(dòng)還是交互式的方法；特別是如果我們考慮散熱、信號(hào)完整性、電磁效應(yīng)等等的檢查。

因此必須同時(shí)運(yùn)用專業(yè)的分析工具來找出潛在的問題，針對(duì)如何解決問題提出建議并允許用戶對(duì)每一個(gè)規(guī)則沖突的相對(duì)影響進(jìn)行調(diào)整和取舍。

這些專業(yè)工具提供的不僅僅是PCBCAD工具通常只能提供的“可行/不可行”檢查（如圖）


它們可以進(jìn)行配置以提供問題的嚴(yán)重等級(jí)，給予設(shè)計(jì)者或NPI工程師更準(zhǔn)確的信息。從而可以針對(duì)哪些問題必須解決（如不可制造），哪些問題最好能解決（在特別許可情況下可以制造），哪些問題可以安全地被忽略（對(duì)制造/良率沒有影響）等等做出更加明智的決定。通過內(nèi)置的計(jì)算器，可以進(jìn)行多種多樣的替換工作以嘗試規(guī)則合法性。

總結(jié)來講：PCB可制造性設(shè)計(jì)分析（DFM系統(tǒng)）是一個(gè)促進(jìn)生產(chǎn)力的強(qiáng)大工具。它能促使你在毫無損失的情況下使設(shè)計(jì)更加小型化，降低產(chǎn)品上市時(shí)間并信心十足地在全球制造趨勢(shì)中獲利受益。如果不使用DFM，則你可能面臨高成本、高風(fēng)險(xiǎn)的巨大挑戰(zhàn)。