DFM 技術(shù)在PCB 設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

沈 晗 徐小飛 瞿 亮

（1、常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇 常州213025 2、南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京211102）

1 概述

隨著工程項(xiàng)目小型化、定制化的需求，印制電路版設(shè)計(jì)復(fù)雜度大大提高，生產(chǎn)工藝難度越來(lái)越大，而產(chǎn)品周期越來(lái)越短，如何有效地對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行控制、降低綜合成本、提高生產(chǎn)效率成為了迫在眉睫的課題。在以往PCB 設(shè)計(jì)中，為了滿足用戶交期，過(guò)分強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)速度，往往忽視了生產(chǎn)工藝，導(dǎo)致在樣機(jī)階段中出現(xiàn)各類問(wèn)題，反復(fù)修改不僅沒(méi)有縮減生產(chǎn)周期，反而提高了生產(chǎn)成本。為了解決這些問(wèn)題，DFM軟件應(yīng)運(yùn)而生，在設(shè)計(jì)階段就排查生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，及時(shí)更改，縮短了生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

2 DFM 技術(shù)簡(jiǎn)介

電子行業(yè)的可制造性設(shè)計(jì)。主要涵蓋2 個(gè)方面。裸板可制造性設(shè)計(jì)（Design For Fabrication），簡(jiǎn)稱DFF。是指研發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段就充分考慮現(xiàn)有PCB 加工方的加工工藝水平，設(shè)計(jì)出的PCB 板無(wú)需板廠進(jìn)行任何修改，就可以直接投入生產(chǎn)。

實(shí)裝板的可裝配性設(shè)計(jì)，又稱DFA。是指研發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段就充分考慮生產(chǎn)部門(mén)現(xiàn)有設(shè)備的加工能力、目前的工藝水平，使設(shè)計(jì)出的PCB 板在裝配階段不再出現(xiàn)焊盤(pán)不匹配、BOM 錯(cuò)誤、虛焊、橋連、極性裝反、插孔大小不合適、無(wú)法波峰焊、無(wú)法加工治具、無(wú)法維修等煩惱的情形。

3 DFM 軟件優(yōu)勢(shì)

3.1 軟件應(yīng)用后流程對(duì)比

傳統(tǒng)的作業(yè)流程是一個(gè)不斷嘗試，修正的過(guò)程。沒(méi)有一套完整的PCB CHECKLICT，每個(gè)PCB 設(shè)計(jì)員重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品的功能，忽略了產(chǎn)品的工藝性，到生產(chǎn)中出現(xiàn)問(wèn)題，必須不斷返修、重新設(shè)計(jì)，如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)作業(yè)流程圖

圖2 DFM 應(yīng)用前后對(duì)比

圖3 根據(jù)規(guī)格書(shū)建立封裝庫(kù)

傳統(tǒng)作業(yè)模式生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，為適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)需求，需要從設(shè)計(jì)之初就充分考慮生產(chǎn)工藝性。細(xì)節(jié)對(duì)比如圖2 所示。可看出，在引用DFM軟件后簡(jiǎn)化了以往的作業(yè)模式，在原流程中增加了DFM檢查節(jié)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中提前評(píng)審，實(shí)時(shí)更改優(yōu)化，提高印制電路版一次設(shè)計(jì)成功率。

3.2 DFM在PCB 設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.2.1 BOM表檢查

研發(fā)提供的設(shè)計(jì)文件與BOM，無(wú)法快速的檢查出多料少料，替代物料的合理性，無(wú)法徹底解決設(shè)計(jì)中的器件選型兼容性問(wèn)題，人工審核困難。利用DFM軟件進(jìn)行PCB 文件和BOM清單比對(duì)。可以檢查出PCBBOM清單位號(hào)不一致，物料數(shù)量不一致等情況。

3.2.2 VALOR 封裝庫(kù)建立

裝配性分析是提前利用DFM建庫(kù)工具，通過(guò)查閱元器件規(guī)格書(shū)，為每一個(gè)元器件建立實(shí)際的DFM軟件封裝庫(kù)。包括制造商品牌、規(guī)格型號(hào)、三維數(shù)據(jù)。如圖3 所示，器件對(duì)應(yīng)的外形、尺寸可以直觀的反應(yīng)出來(lái)。在裝配分析時(shí)，對(duì)于報(bào)錯(cuò)點(diǎn)我們也能及時(shí)作出判斷和改進(jìn)方案。

3.2.3 PCB 板可裝配性分析

在建立了封裝庫(kù)后就需要根據(jù)BOM 表和PCB 文件把元器件模擬安裝到PCB 上，并通過(guò)三維的形式呈現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)調(diào)用VPL 庫(kù)，分析元器件的距離、高度、引腳中心距、元器件到傳送邊或是禁布檢查等。如表1 所示。

3.2.4 PCB 板可制造性分析

可制造心分析包含了光學(xué)點(diǎn)分析、定位孔分析。

為配合自動(dòng)化加工，需要在PCB 上設(shè)計(jì)光學(xué)定位點(diǎn)（又稱mark 點(diǎn)）。一般來(lái)說(shuō)需要在邊緣布置至少三個(gè)光學(xué)定位點(diǎn)，并且覆蓋所有貼片元件。對(duì)于自動(dòng)插件、測(cè)試等工序，需要在PCB 對(duì)角上設(shè)計(jì)定位孔，定位孔至少三個(gè)，同時(shí)定位孔也可以用來(lái)固定螺絲（如表2）。

表1 DFM 焊裝規(guī)則

表2 DFM 可制造性分析規(guī)則

3.3 DFM軟件可視化輸出

DFM 軟件在輸出分析報(bào)告后會(huì)通過(guò)提示用戶去下載報(bào)告或者將報(bào)告用郵件推送給用戶。輸出報(bào)告中包含問(wèn)題說(shuō)明、問(wèn)題數(shù)量、問(wèn)題位置截圖、位置號(hào)、測(cè)量數(shù)據(jù)等內(nèi)容。如圖4 所示。根據(jù)內(nèi)置的專家知識(shí)庫(kù)，在指出問(wèn)題的同時(shí)，詳細(xì)解讀該問(wèn)題的危害性和建議手段。如圖5 所示。分析報(bào)告可以通過(guò)鏈接跳轉(zhuǎn)至AD 界面和PCB 實(shí)際位置。

圖4 可輸出問(wèn)題說(shuō)明、數(shù)量及相關(guān)統(tǒng)計(jì)

圖5 專家建議項(xiàng)

4 結(jié)論

本文主要講述了DFM 軟件在印制電路版實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用，和DFM軟件帶來(lái)的優(yōu)化效果。原本的PCB 設(shè)計(jì)工具為Altium Designer，軟件側(cè)重于設(shè)計(jì)功能，缺少檢查內(nèi)容。一般多關(guān)注產(chǎn)品的功能，而非PCB 的制程能力和生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量極大程度上依賴于設(shè)計(jì)人員個(gè)人能力。DFM項(xiàng)目應(yīng)用后，可促進(jìn)設(shè)計(jì)審查流程的改進(jìn)、工藝規(guī)范文檔的完善、建立起標(biāo)準(zhǔn)加工工藝規(guī)則庫(kù)與元件模型庫(kù)等核心數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)在PCB 設(shè)計(jì)和電裝工藝建搭起一座溝通的橋梁，使得電裝工藝在設(shè)計(jì)之初就介入PCB 設(shè)計(jì)。推動(dòng)建立完善的工藝體系，數(shù)據(jù)體系，不良處理方案，利用生產(chǎn)過(guò)程中的個(gè)各種數(shù)據(jù)，不斷反饋并完善DFM 體系，實(shí)現(xiàn)二者互補(bǔ)。通過(guò)持續(xù)改善，加快了PCB 生產(chǎn)速度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，提升產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力。