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DFM誕生背景
• 电子产品不论是电视机, 计算机, 手提电话或其它产品, 基本上是由产品设计, 量产制造, 然后上市行销. 但长久以来产品设计与量产制造之间始终存在着需 多沟通不良的情形, 也因此造成许多不必要的争执与人力, 物力或成本上的损 失 • 传统上, 产品在设计部门设计完成后, 便交付生产线试产及量产, 但是在生产线 上我们常可听到工程师的抱怨" PCB设计不佳, 造成SMD或传统零件组装困难 或组装后高不良点数", 相反的在产品设计或其它部门我们也常听到"产品制造 品质太差"的检讨声.在讨论问题的时后也常常会有"产品制造品质不良应该由 生产线 负责的主张, 但生产线也会提出"产品在设计本来就不易生产"的反应, 因此到底 该如何有效整合, 这不只牵涉到设计与制造单位, 同时也影响整体的 利益. • 实际上在许多的产品生产与设计的争执中, 经过沟通讨论后大部分都是可以取 得共识并解决问题, 主要差别是在于"沟通的时机与方法", 虽然产业界许多厂 商已了解此问题的存在, 同时也推动许多如所谓"同步工程", "共同开发"…等, 多种方法以设法改善此一问题, 但仍然存在着许多"灰色地带"待解决, 传统上 许多产品开发设计到量产的模式, 生产线是在准备试产时才收到产品相关信息, 但是 即便是生产线此时发现设计瑕疵不易生产, 但如果改善牵涉到PCB LAYOUY 的大幅修改, 可能也无法被接受, 因为PCB 重新LAYOUT 耗时过长将 严重 影响产品整体进度 .
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DFM誕生背景
• 要追究这些问题的原因, 实际上也不能归咎任何一方, 产品设计与制造单位平 日忙碌于各自专业范围内的工作, 也不一定会有机会能接触到专业以外的事务, 要改善这些问题实际上并不困难, 只要将生产线参与产品设计的时程提早, 从 零件选择, 零件 LIBRARY 的建立, 到 PCB COMPONENT PLACEMENT 的规划初 期, 就加入生产线相关工程人员的讨论与建议, 虽然不一定能完全预防产品制 造问题的发生, 但至少对严重瑕疵可有所防范, 加上后续试产后实质的检讨, 后 续即便是设计上需要局部修正, 也不致“牵一发而动全身”, 甚至产品设计人 员也可以因生产线设备或技术之提升, 而能协助解决许多产品设计上的困扰, 举例而言, 许多零件供应厂商所发出之SMD零件焊盘设计标准, 并不一定完全 实用, 某些情况下稍作修改后能使PCB LAYOUT 更加容易, 但必须由生产线 提 出相关技术资料, 如在选择某些BGA零件焊盘尺寸时, 如果能将焊盘尺寸 稍作 修改, BGA 焊盘间走线, 就可由原先1条增加为2条, 而省下PCB 空间 及LAYOUT 困难度, 但此举必须配合生产线机器及制程控制能力, 因此需要 生产线提供相 关信息.并讨论可行性 • 随着时代的进步与市场的需求, 许多电子产品设计势必更加小型化, 也因此 将 造成PCB上可使用面积更加拥挤且零件密度更高, PCB的表面可用空间可谓 "寸 土寸金", 如笔记本型计算机或其它携带式产品, 产品从设计到制造的困难度将 越来越高, 在产品规划或设计之初, 就能先行沟通并提早做好应变措施, 产品设 计与制造间积极而有效之沟通并建立一定模式, 相信不只有利于设计及制造单 位, 也同时能改善整体之效益.
可制造性设计
---Design For Manufacturability
Prepared by:
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பைடு நூலகம்
目錄
• DFM誕生背景 • DFM 设计概念 • DFM的基本理念 • SMT产品设计评审和印制电路板DFM审核 • DFT 测试点Layout 原则
• • • • • 附錄1﹕并行工程为什么能提高产品设计开发能力 附錄2﹕腾博公司推出---DFM软件 附錄3﹕腾博公司推出---DFT软件 附錄4﹕PCB之DFM检验 附錄5﹕DFM通用指導原則
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DFM设计概念
• 目前在工业界里，几乎没有人不谈‘品质’管理的。先进管理观念强调，品 质不是制造出来，而应该是设计出来的。这观念有其重要的地方，是使用户 从以往较被动的关注点（生产线上）移到较主动的关注点（设计上）。但说 法不够完善。严格和具体来说，品质既不是生产来的，也不是单靠设计来的， 而应该是配合来的。好的品质是通过良好的设计（配合工艺和生产能力的设 计），优良的工艺调制，和生产线上的工艺管制而获得的。而这三者又是需 要有良好的品质管理理念、知识、系统和制度来确保的。 • 要确保产品高而稳定的品质、高生产效率和低生产成本、以及准确的交货时 间，我们的生产线必须要有一套‘坚固工艺’（Robust Process）。而坚固工 艺是必须通过设计、工艺能力、和设备性能之间的完好配合才能实现的。所 谓坚固工艺，是指其对外界各种影响它表现的因素的灵敏度很低。也就是说， 对这些因素的大变化，其整体效果还是稳定不变或只限于合格范围内的变动。 • 在我们计划引进一条生产线时，我们必须确保此生产线能处理我们所要制造 的产品范围。但当我们有了生产线后，我们则应该尽力使我们的产品设计， 能适用于此生产线上制造。
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DFM设计概念
• 为什么现今的管理对设计师在这方面的表现特别重视呢？主要是因为设计是 整个产品寿命的第一站。以效益学的观点来说，问题越是能够尽早解决，其 成本效益也就越高，问题对公司造成的损失也就越低。在电子生产管理上， 曾有学者做出这样的预测，即在每一个主要工序上，其后工序的解决成本费 用为前一道工序的10倍以上。例如设计问题如果在试制时才给予更正，其所 需费用将会较在设计时解决高出超过10倍，而如果这设计问题没有在试制时 解决，当它流到再下一个主要工序（批量生产）时，其解决费用就可能高达 100倍以上。此外，对于设计造成的问题，即使我们厂内拥有最好的设备和工 艺知识，也未必能够很完善的解决。所以基于以上的原因，把设计工作做好 是很重要的管理项目。所谓把设计做好，这里指的是包括产品功能、性能、 可制造性和质量各方面。 • SMT是一门复杂的科技。因此目前的设计师也面对许多方面知识的压力。身 为一个SMT产品设计师，必须对很多方面如元件封装、散热处理、组装能力、 工艺原材料、元件和组装寿命等等数十种科目具备一定的知识。许多这方面 的问题都是以往的插件技术中不必加以考虑和照顾的，但如今却成了必备的 知识。所以当今的设计师，他们应该具备的知识面，已不能像以往处理电子 产品设计时的范围一样。而现在谈到的DFM技术，也正是当今SMT设计师必 备的知识之一。
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DFM誕生背景
• 许多所谓“沟通”的方法通常是, 当生产线抱怨产品设计不佳不易生产时, 由生产线订 定一份类似所谓“产品制造设计准则”, 交由产品设计单位执行, 但却又常因为许多所 谓“准则”内容不符合产品设计基本需求, 或因生产单位不了解产品设计过程, 因此许 多所谓“标准”设计单位根本无法采用, 或因造成设计单位之 困扰而被拒绝使用又未经 当面讨论, 所谓“沟通”又回到原点, 然后生产线与设计单位各自想办法, 各自解决问题, 实际上真正要解决问题不只是定标准, 或听哪 个单位的议建而已, 而是共同参与互了解 各自的需求与困难后, 取得共识并共同解决问题. • 一项产品虽然是从设计而后到量产上市, 但产品'设计'与'量产'间常因需求 不同, 甚至会 有互相矛盾的标准, 举例而言, 现代许多产品趋向所谓'轻", "薄', '短', "小', 因此在产品设 计上会缩小PCB, 增加零件密度, 及使用小型零件, 但 对制造而言, PCB缩小, 零件密度增 加, 及小型零件, 都可能因此增加零件及产品组装甚至维修困难, 另外大部分的产品设计 人员可能并不了解, 生产线上所谓 "阴影效应","墓碑效应", "森林效应", "闸流效应'…等特 性, 与锡炉焊接与回焊 焊接应该用不同的焊盘形式及尺寸, 而生产线人员可能也不了解 设计上所谓"COMPONENTS LIBRARY" , "EMI", VIA 孔径标准…等各种设计上电气规格 与需求等. • PCB在生产线上过锡炉后, 产生许多空焊, 短路等不良焊点, 需要许多人工 做修补, 其原 因可能只是因为产品设计人员, 不了解PCB 及零件过锡炉时要考虑方向, 有些短路可能 只要设计上稍做调整, 就可彻底解决, 另外对生产线而言, 可能并不了解, 虽然以制造的 标准可能某些零件并须选择在PCB上某些特定区域, 但是在产品原始设计上就已受限于 外形或其它因素, 而无法满足所需, 此类问题不只发生在业界, 甚至许多国外俱有数10 年 知名的厂商也同样存在.
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DFM设计概念
• ‘坚固的工艺’是相对的，所以一套设计规范也是有其针对性的。它在某一 生产环境下（设备、管理、材料、工艺能力、品质标准）也许是‘坚固’的， 但在另一个环境下却可能变得不‘坚固’。因此，设计的好与不好，也是有 它的特定性。用户必须了解和牢记这一点。 • 产品寿命，是另一设计上应该注重的地方。由于产品在服务期内会受到各种 不同的环境压力（如热变化、机械振动等等），产品的设计必须确保在这方 面能经得起使用环境中会遇上的各种压力。另一个要照顾到的是制造方面， 可制造性和寿命有什么关系？一个设计得非常难组装的产品，其对服务寿命 的威胁一般也较大，而制造工艺上的小变化常常也会缩短其服务寿命。比如 一个热处理做得不好的设计，其制造过程中所受到的焊接热冲击会较大，因 温差较大使焊点的可靠性也不容易得到保证。这就影响了此产品的寿命。
• 影响寿命的因素很多，可分为主因素和次因素两大类。主因素如元件引脚种类、元件 的尺寸大小、元件和基本材料的匹配等等，这些对寿命的影响较明显严重。次因素虽 然单独的影响不是很明显严重，但几种次因素的作用加起来，其整体作用也可以是相 当可观的。这方面的例子如焊点的形状、成品的保护涂层（conformal coating）、基板的 外形比等等。在影响产品寿命的种种因素之中，热处理的考虑应该算是SMT应用中最 重要的一部分。因为在SMT应用上，许多和寿命有关的问题都是和热处理有关。它同 时也是影响可制造性的重要因素，所以在热问题的考虑上，用户应该同时兼顾到制造 工艺上和产品寿命上的问题。另外一个对热处理关注的原因，是绝大多数使用在电子 产品上的材料，他们的性能都会随温度（即关系到热处理）而发生变化的，轻则性能 不稳定，重则可能失效（暂时性）或甚至被损坏（永久性）。 • 我们了解到设计规范对我们的产品寿命（即质量）、成本和交货期都有影响，那我们 该采用什么设计规范或标准呢？我们可以发现，公开市场上有不少类似IPC等机构推荐 的设计标准。他们之间都有差别，加上各大电子厂也都有自己本身的一套规范，标准 可谓五花八门。他们之中那一个较好呢？为什么大电子厂不采用如IPC这类世界有声望 机构推荐呢？而我们是否可以采用呢？首先我们必须了解和认同的一点，是 SMT工艺 是一门复杂的科技学问，在SMT应用工作中，常出现一个问题现象是由无数因素联合 形成的这一现象。而有效的解决这些问题，有赖于我们对整体的配合能力。这是所谓 的技术整合。由于因素众多，也随时间在改变，所以要找到两家完全一样的工厂的机 会是很微小的。既然设计规范在优化的情况下是必须配合工艺和设备能力等方面的， 也就是说设计标准都有其适用范围，越是要优化其适用范围就越小。所以如果要很好 的使用设计来解决问题，一套适用于本身的规范标准是必须按本身特有的条件而开发 的。