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PCB可制造性設(shè)計(jì)--促進(jìn)生產(chǎn)力的強(qiáng)大工具
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，其中常見(jiàn)的三種為：
· 新技術(shù)帶來(lái)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(lái)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(wèn)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)間盡早消除有的必要性。
一般人認(rèn)為，DFM只是簡(jiǎn)單地在PCB CAD 系統(tǒng)上執(zhí)行一些基本的錯(cuò)誤檢查，來(lái)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)得到的優(yōu)化，從而確保產(chǎn)品可以按的方式制作、組裝及測(cè)試 – 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(shuō)，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(wú)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的終目標(biāo)是要達(dá)成具成本效益的制造。這將通過(guò)保持高良率(低廢品)及少的設(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(guò)新技術(shù)的應(yīng)用 – 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)是否能被率地制造并且獲利”。
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(lái)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(guò)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(lái)獲得確保。許多PCB設(shè)計(jì)工具通過(guò)一個(gè)以規(guī)則為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原理來(lái)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 – 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(guò)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 – 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(wèn)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(lái)，但接下來(lái)卻不能自動(dòng)組裝顯然是不行的 – 特別是當(dāng)你需要生產(chǎn)成千上萬(wàn)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(lái)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(guò)使用同等功能的貼片組件代替則可以避免這樣的問(wèn)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(guò)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(guò)DFM分析得到避免的。
有兩種層級(jí)的DFM分析。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“壞情況” 的結(jié)果，而沒(méi)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 – 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(lái)進(jìn)行工藝模擬 – 需要根據(jù)選定制造商的工藝能力來(lái)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?span style="font-family:arial,sans-serif">(CEM)那里獲得這種詳細(xì)的工藝資料是不容易的。