1、DFM的概述

    可制造性設(shè)計顧名思義就是面向制造的設(shè)計，從制造的角度出發(fā)設(shè)計產(chǎn)品，相比于只考慮實現(xiàn)產(chǎn)品功能建立的設(shè)計原型，然后進(jìn)行生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式來說具有非常大的優(yōu)勢。在不影響產(chǎn)品功能的前提下，將DFM融入產(chǎn)品規(guī)劃到產(chǎn)品投入的整個設(shè)計過程，使之標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，不僅利于產(chǎn)品生產(chǎn)和使用，而且縮短了開發(fā)周期，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少產(chǎn)品成本。目前電子產(chǎn)品都在朝著小型化發(fā)展，組裝密度越來越高，如果在設(shè)計時考慮不周導(dǎo)致產(chǎn)品不利于生產(chǎn)，勢必會修改設(shè)計，從而延長產(chǎn)品投放市場的時間，并導(dǎo)致成本增加，使企業(yè)處于不利的競爭位置；如果不進(jìn)行修改，必然會存在制造缺陷，使制造成本猛增；因此，在新產(chǎn)品設(shè)計時，越早考慮設(shè)計的可制造性問題，越有利于新產(chǎn)品導(dǎo)入。

2、在電子裝聯(lián)中DFM設(shè)計考慮的主要內(nèi)容

    面向電子裝聯(lián)的DFM設(shè)計要求PCB設(shè)計者在設(shè)計初期就要考慮PCB組裝形式、PCB外形、板材的選擇、元件布局、焊盤設(shè)計、工藝邊、MARK點、產(chǎn)品可測試性等等這些方面的內(nèi)容，才能避免出現(xiàn)因設(shè)計不當(dāng)造成的制造缺陷。

    2.1 PCB組裝形式

    PCBA的組裝方式和元件布局是電子產(chǎn)品可制造性設(shè)計重點考慮的內(nèi)容；對裝聯(lián)效率及成本有及其重要的影響，目前主流的PCBA加工流程如表1：

表1 PCBA主流加工流程

    作為設(shè)計者應(yīng)盡量選擇高效的加工流程，一般原則是盡量的選擇SMT工藝，相比插裝工藝，SMT工藝具有焊接質(zhì)量好、可靠性高，返修率低等諸多優(yōu)點。如果采用}昆合組裝的方式，盡可能元件能集中在一面；最好不要兩面都有THC元件；混合組裝中，如果只有極少數(shù)的THC元件，最好選用耐高溫的材料，利于使用通孔回流焊工藝，節(jié)約生產(chǎn)成本。

    2.2 PCB外形尺寸

    PCB的外形應(yīng)盡量為矩形，長寬比最好為3:2;板面設(shè)計的大小符合加工廠加工能力。一般來說板面不大，最好采用拼板設(shè)計，以提高生產(chǎn)效率；但要注意無論是單板還是拼板板面不能太大，太大回流焊接或波峰焊接容易造成PCB變形，從而產(chǎn)生空焊等制造缺陷。對于兩面貼片的PCB，如果兩面SMC元件數(shù)差異太大，可以考慮陰陽板的拼板方式，這種方式可以省掉一張鋼網(wǎng)的費用，減少換線時間，提高了生產(chǎn)效率。

    2.3 元件布局

    元件布局對PCB組裝的生產(chǎn)效率和質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，是衡量產(chǎn)品可制造性的重要指標(biāo)。一般原則為：(1)元件分布盡可能均勻地、有規(guī)則地排列，極性器件盡量按同一方向排列。有規(guī)則的排列有利于提高貼片/插件速度，利于檢查，對插裝器件還能減少人為插錯率。元件均勻分布利于散熱、PCB板重心平衡，尤其是重質(zhì)量的元件不要過于集中，過于集中容易造成局部溫度低而導(dǎo)致虛焊；(2)大型元件尤其是BGA四周要留＞3mm的維修空間；(3)溫度敏感的元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件；(4)BGA和細(xì)間距器件不要布放在PCB的邊緣、對角線或靠近接插件、安裝孔、拼板的切割處等PCB的高應(yīng)力區(qū)，容易造成焊點和元器件的開裂或裂紋；(5)同類型的元件盡量分布在一起；(6)為了避免陰影效應(yīng)，不同尺寸的大小元器件應(yīng)交錯放置；小尺寸的元件要排布在大元件的前方；防止元件體遮擋焊接端頭和引腳。當(dāng)不能按以上要求排布時，元件之間應(yīng)留有3-5mm間距；(7)如果需要采用波峰焊接工藝，焊接面的元件高度＜3.5mm；(8)波峰焊接元件焊盤間距最好＞1mm，以減少橋連的發(fā)生；(9)對于同種類型的貼片元件，器件之間的距離≥0.3mm；對不同類型的貼片元件，器件之間的距離≥0.3mm+0.13*h(h為相鄰元件的高度差)；(10)如果元件引腳間距<2mm，盡量考慮SMC元件，波峰焊接容易造成橋連；(11)采用紅膠工藝時，如需在焊接面放置QFP元件，應(yīng)按45°方向放置；(12)采用波峰焊接的CHIP件的長軸應(yīng)垂直于波峰焊的傳送方向，SMD器件長軸應(yīng)平行于波峰焊的傳送方向；(13)對于采用雙面回流，一面波峰焊接工藝時，貼片元件距離插裝元件的距離＞2mm；(14)機械定位孔距離焊盤邊緣的距離＞5.08mm；(15)距離V-CUT較近的元件盡量平行于V-CUT，并能保證元件離v-CUT＞3mm，以免分板的應(yīng)力對焊點造成損傷。

    2.4 焊盤設(shè)計

    焊盤設(shè)計對電子產(chǎn)品的質(zhì)量有著舉足輕重的影響；不合理的焊盤設(shè)計會給產(chǎn)品帶來非常大的制造缺陷和質(zhì)量隱患；以CHIP件為例，當(dāng)焊盤的內(nèi)距(G)偏大或偏小時（見圖1），會產(chǎn)生空焊、墓碑等不良。焊盤設(shè)計一般遵循以下原則：

圖1 焊盤的內(nèi)距

    (1)SMT焊盤要遵循IPC-SM-782A(SMD Design and Land Pattern)標(biāo)準(zhǔn)；

    (2)封裝庫中同一類型的元件固定一種合理的設(shè)計，以保證焊盤統(tǒng)一設(shè)計；

    (3)0805以及以下的CHIP件，焊盤與印制線的連接寬度≤0.3mm；

    (4)插裝器件的長邊盡可能垂直于波峰焊接的方向，減少橋連；如果受布局限制需要平行于焊接方向，則需要在焊盤尾端增加偷錫焊盤，受布局限制無法設(shè)置偷錫焊盤時，應(yīng)將焊盤后方與焊盤鄰近或相連的線路綠漆開放為裸銅，作為偷錫焊盤用（見圖2）；

圖2 偷錫焊盤

    (5)當(dāng)相鄰焊盤間間距為0.6mm-1.0mm時；插裝元件最好采用偷錫焊盤或橢圓形焊盤（見圖3），減少橋連；

圖3 插裝元件

    (6)對采用波峰焊接的SMC元件，焊盤需要做延長或加大處理；避免因陰影效應(yīng)而產(chǎn)生漏焊；如SOT-23焊盤可延長0.6mm-08mm；

    (7)SMT焊盤上不允許有通孔，如果有需要用綠油塞孔，否則在回流過程中焊錫熔化后會沿通孔流走，造成少錫、虛焊等不良；

    (8)需波峰焊的貼片IC也需要如圖4增加偷錫焊盤；

圖4 增加偷錫焊盤

    (9)為了保證透錫良好；大面積銅箔上的元件的焊盤要求用隔熱帶與焊盤相連，見圖5；

圖5 隔熱帶與焊盤相連

    (10)對于Pitch為0.5mm以下的細(xì)間距器件，其焊盤寬度一般設(shè)計為：Pitch=0.5mm；寬=10mils；Pitch=0.4mm；寬=9mils；Pitch=0.3mm；寬=7.5mils；

    (11)BGA焊盤最大直徑等于BGA焊球的直徑；最小直徑等于BGA底部焊盤直徑一貼裝精度。

    2.5 工藝邊及MARK點

    電子制造業(yè)中所使用的設(shè)備均要求自動傳送PCB，為了利于傳送一般布板時要求元件距離板邊＞5mm；如果元件距離板邊較近，則需要增加工藝邊用于軌道夾持。

    由于絲印機和貼片機是使用光學(xué)定位的裝聯(lián)設(shè)備，PCB需要提供2-3個不對稱的MARK點供光學(xué)識別系統(tǒng)對PCB進(jìn)行準(zhǔn)確定位，MARK點一般要求分板在PCB的對角線上，形狀以1mm圓形居多，一般放置在PCB較為空曠的地方，沒有其他焊盤的干擾；MARK距離板邊應(yīng)該在Smm以上，以防被軌道夾持。對于拼板最好每小塊拼板能有2個MARK點，如果受PCB布局的限制，也可以放置在工藝邊上，對于細(xì)間距器件和BGA，為了提高貼片精度，最好在器件對角也放置2個MARK點。

    2.6 可測試性

    為了方面產(chǎn)品進(jìn)行ICT測試以及出現(xiàn)問題后的維修，PCB一般都會布若干個測試點，對測試點的一般要求為：(1)每個電氣節(jié)點部必須有一個測試點，每個IC必須有VCC及地的測試點，且盡可能接近此元器件，(2)測試點可以為直徑為1mm圓形焊盤或1mm*1mm的方形焊盤；相鄰測點之間以及測試點與焊盤之間的距離最好＞2.54mm；(3)要求盡量將元件面的測試點通過過孔引到焊接面；這樣可采用單面針床進(jìn)行測試；(4)測試點放置在距離元件1mm以上的位置；(5)測試點需要均勻分布；每平方厘米最好不要超過5個。

3、結(jié)語

    本文只提到面向電子裝聯(lián)進(jìn)行可制造性設(shè)計需要考慮的主要內(nèi)容；其實還有許多的細(xì)節(jié)問題需要考慮；比如PCB的布局是否方便整機組裝，機械孔和定位孔的布局等等都是設(shè)計人員需要考慮的內(nèi)容。一個優(yōu)秀的設(shè)計者是能利用DFM工具設(shè)計出低成本、高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品。

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本文標(biāo)題：面向電子裝聯(lián)的DFM設(shè)計技術(shù)探析

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