电子产品重要性

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【摘 要】

本文介绍了电子产品可制造性设计的含义，分析了在电子产品设计中应用DFM技术的背景，对在电子产品开发

过程中采用DFM技术对产品设计进程、成本、质量、加工效率、产品上市的积极作用进行了讨论，总结了电子产品

DFMi~计的主要内容和主要关注点，最后给出了DFM'~计案例，印证了在电子产品开发中进行DFM设计的重要性。

【关键词】电子产品、DFX、可制造性、PCB

1、刖 菁 这是由于当前电子产品市场竞争越来 缺，总会在制造时出现这样那样的问

DFX是DesignforX(面向产品生 越激烈，公司必须保证产品能够快速 题，导致设计方案多次修改，PCB改

命周期各环节的设计)的缩写，其中 进入市场，适应电子产品短生命周期 板，重新生产验证等，要想得到满意

x代表产品生命周期或其中某一环节如 的要求．DFX则是保证产品能否取得 的产品就需要多次重复这一过程，使

市场份额的关键 因素 。也有人将
制造 (M—Manufacturabi—lity)、装 得产品开发周期延长、成本增加。
DFX中的x解释为卓越(eXcellence)，
配 (A_Assembly)、可靠性 (R-Relia- 并行工程是对产品及其相关过程
当产品设计中综合考虑了产品生命周
bility)等．DFX包括 ：DFM：Designfor 进行并行、一体化设计的一种系统化
期中各种因素时，就不仅完成了电子
Manufacturability可制造性设计，DFA 的工作模式，可制造性设计DFM就是
产品功能的设计，而且使其工程特性
DesignforAssembly可装配性设 并行工程中的主要应用工具之一。
得到最优化，即实现了电子产品的卓
计，DFR：DesignforReliability可靠 DFM正是基于并行设计的思想，通过
越性设计 (DesignForeXcellenc
性设计，DFS：Design for Servicea- 在产品的概念设计和详细设计阶段，
e)。DFM作为DFX技术最核心的内容
bility可服务性设计，DFT：Desing ofr 就考虑到制造生产过程中的工艺要
一 直是DFX技术推行中最为重要的方
Test可测试性设计，DFE：Desing ofr 求、测试组装的合理性，同时还要考
面，

也是影JI~DFX成效的主要因素。
Environment面向环保的设计等 。 虑到售后服务的要求，来保证在产品

DFX工程技术是世界上比较先进 制造时满足成本、性能和质量的要
2、电子产品设计中采用DFM
的新产品开发技术，这项技术在欧美 求。DFM不再把设计看成为一个孤立

大型企业中应用比较广泛，指产品开 的好处 的任务，它包括成本管理、系统的配

发过程和系统的设计时不但要考虑产
卓越性设计 (DFX)的慨念是 合、PCB裸板的测试、元器件的组装
品的功能和性能要求，而且要同时考
20世纪90年代中期由美国表面贴装协 工艺、产品质量检验和生产线的制造
虑与产品整个生命周期各阶段相关的
会首次提出的，它的目的是提倡在前 能力等。利用现代化设计工具EDA和
工程因素，如可制造性DFM、可装配
期设计中考虑包括电子产品的可制造 DFM软件分析工具 具有良好可制造
性DFA、可靠性DFR等。DFM就是要考
性设计以及其他的相关问题。传统的 性的电子产品。
虑制造的可能性、高效性和经济性，
电子产品开发方法通常是设计一生产 根据相关统计，电子产品成本的
DFM的目标是在保证产品质量的前提
70％是在设计阶段就决定了，设计缺
下缩短产品开发周期、降低产品成 制造一销售各个阶段串行完成。由于
陷流到制造后端，其解决费用会成百
本、提高加工效率。DFX在电子产品 设计阶段没有全面考虑制造要求，加
倍的增加，因此越来越多的公司开始
设计中的出现有其深刻的历史背景， 之设计人员对制造知识和经验的欠

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关注DFiVl。电子产品开发实施DFM可以 品概念设计阶段非常重 材料的选用技术

带来的好处包括：保证选择的元器件 要，它会影响到产品工艺 组装工艺的辅助材料也是DFM设计的重要内

能够满足本公司或外协厂家组装工艺 路线的设计和制造效率。 容，比如采用无铅焊接后，相应的助焊剂就需要

的要求，

保证设计出的PCB满足PCB供 比如，对于便携式产品 更换为与无铅焊料相兼容的；又比如，对于散热

应商的制造能力、成品率和效率的要 98％以上的器件都是S~Ⅱ)器 器与Ic器件之间的导热材料选择时必须考虑和分

求，保证设计出的组装工艺路线高 件，如果设计人员没有 析器件的功率大小和散热需求。

效、可靠、低成本，降低产品试制中 DFIVl概念 ，选择 了2％的 (5)印制电路板工艺路线设计

出现的DFM问题数，PCBA的组装直通 THT器件，这样就会给后 工艺路线是整个电路板组装的加工流程，工

率达到公司的期望水平，保证元器件 续的工艺路线设计带来极
艺路线决定了PCBA的加工效率 成本和元器件的
的布局{~PCB的布线满足DFM设计规则 大的不便，如何为2％的
选择，常见的组装工艺路线有以下几种：
要求等。通过这些设计规范要求的实 THT器件设计加工路线将

施使得电子产品开发满足产品进度要 会成为一大困扰，如果在 l圆 Components(mounted)0nonly㈣ ㈣dftheboard

求，同时制造成本低、制造效率高、 器件选择阶段避免了这个 n…。n．n。。。口 i。：：：：：：：： ：：：：：： ；：：：：：：：：!一

上市时间短、改板次数少，从而提高 问题，后续的工艺路线设
甬 ‘ … sole
客户队产品的满意度。 计就非常简单和高效。

(2)PCB几何尺寸
3、电子产品DFM设计的主要
设计、自动化生产所需的

内容 传送边、定位孔、定位符

电子产品的可制造性设计核心在 号设计。

于印制电路板PCBA的DFM，印制电路 尽管印制电路板种类
E衄 corrIMm ot(o d10nboth。m· Ⅻ。
板的DFM即是指板级电路模块面向制 繁多，制造工艺不尽相 la … ·{．．o?^… _￡～Dt

… c

造的设计技术，此技术旨在开展高密 同，但是体现在产品可制

度、高精度板级电路模块的组装设 造性上主要反映在以下设

计、制造系统资源能力与状态的约束 计要素上：印制电路的外

性分析，最终形成支持开发人员对电 形尺寸和精度，受设备加 置 丽c。骨
． … ； ： CE3 [

路模块的可制造性设计标准及指导性

工尺寸和精度要求限制，
规范。涉及主要研究内容如下。 设计时应考虑最大和最小 。。

(1】基于公司产品特点的电子 加工尺寸，尺寸精度和工

元器件的选择技术、新型封装元器件 艺边的设计。在考虑印制 藿霸 墼

FIi。 H ： ‘
电路板电气性能的前提 ， ， r畦
的焊盘图形设计技术；
下，要考虑多层印制板最
不同电子产品采用的元器件封装
多层数的限制，中间介质
类型有很大的差别，比如便携类电子
层和板的总厚度要求，比
产品，如手机、PDA、笔记本电脑、
如层数增加而总厚度又有
数码相机等，采用的元器件一定是微 图1电子组装常见3-艺路线
限制，这时对PCB的可制
型化的表面贴装器件，因为这样封装 对于不同的工艺路线，在选择器件时就要考
造性就会带来挑战。
的器件有助于产品的微型化和便携 虑，如果PCBA设计为双面SMT工艺，这时就要保证
(3)PCB加工能力
性，而对于电源类产品，由于受表贴 所有的元件都是SMD器件，并且在PCB布局时要考
设计。如最小线宽、最小
器件功率太小的限制，一般使用较多 虑到那些较重的IC器件不布局到第一次加工面
线间距、最小过孔孔径、
的插装类大功率器件，因此不同产品 (B面)，因为对于双面SMTI艺来说，加工T面
在制定器件选择的原则时会有较大的 最小厚径比设计 时，B面的器件会再次经受一次回流过程，太重的

不同。这些器件的不同选择准则在产 【4)组装工艺辅助 器件可能会在焊膏融化时出现掉件问题。同样对

蜀f 瞧 2008~78／,EJ第4期

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于正面是SMTT-艺，而背面是波峰焊 工具，钢网设计主要

工艺的单板，必须考虑到有些器件是 包括根据PCB和元器件

不能用波峰焊来焊接的，比如细间距 的特点来选择钢网的

的s0P和QFP器件，BGA器件，即使对 加工类型，比如对于

于间距较大的SOP器件，在布局设计 有细间距IC器件的PCB

时也要考虑到波峰焊特点，对器件的 ， 其组装时对印刷精度 CHEM ICAL ETCH LASER CUT咖～

布局方向做要求，使用的焊盘要考虑 有较高的要求，这时 图5化学蚀刻与激光切割钢网的对比
到波峰焊的特点，使用偷锡焊盘设 就需要选择钢网开口 A B Ⅲ川

计，以避免在波峰焊过程中器件引脚 精度准确的加工方

间连锡缺陷的发生。 式，比如激光切割加

(6)印制电路板印刷钢网设计 电抛光，或电铸钢
图6StepStencil用于使用不同器件锡膏量不同要求
钢网是进行SMT焊料印刷必须的 网。而对于没有细间 的阶梯钢网

距器件的PCB组装来说，加工时选择普 计规范

■ 通激光切割的钢网就可以了。对于那 印制电路板的可制造性设计规范

些比较复杂的PCB，往往在PCB上有细 作为指导产品进行DFM设计的纲领性

32IlO。0．5mm
间距的IC器件，同时也会有些器件对 文件是必不可少的，应根据公司产品
Pi忙hTQFN
焊膏的需求量很大，细间距IC器件要 特点、质量要求和加工能力制定本公
TypicalPlasticBallGridArray

(357Pin，1．27mmPitch．19x19ArrayShown) 求的锡膏量较少，所以钢网的厚度要 司的DFM设计规范。DFM设计规范应对

求薄，比如0．12nln厚，而要求锡膏量 PCB设计的主要方面进行明确而具体

多的器件需要厚的钢网才能保证焊接 的要求，用来指导公司PCB的工艺设

的可靠，这时就会出现矛盾，怎么 计。

■■办?因为只有一张钢网，这种情况阶 (9)印制电路板的可制造性设

梯形钢网就是一个很好的选择，阶梯
计流程与平台
图2不能进行波峰焊接的Ic器件： 钢网是在钢网的不同位置有不同的厚
可制造性流程与工艺平台是进
BGA和QFN) 度，厚的地方可以是0．15n~n，而薄的
行DFM设计的保证，DFM设计不仅是一
地方可以是0．12nln，这样通过使用阶
PCB mrecn On P(2B dir删 O“ 个技术工作，还是一个管理工作，因
梯

钢网就满足了不同器件对锡膏量的
为DFM的工作实现必须有流程的保证
不同要求。
和平台的支撑，只有流程建立了，节
(7)组装设备资源能力分析技
点定义了，人员责任明确了，DFM的
术 工作才能落实；同样这些工作的技术
图3考虑波峰焊工艺的SOP偷锡焊盘
DFM有两层含义，一层含义是在 支撑就是平台，LLO]IDFM软件分析平
设计及布局要求
产品设计时要考虑到制造能力的限 台，ODVALOR软件工具，可以对PCB的

制，保证设计满足制造能力的要求， 可制造性进行详细的分析，将公司的

}> 另一层含义是在规划一条生产线时，
d 。 设计规范加入VALOR规则中，它就可
要根据产品的特点来进行设备的配 以自动对PCB进行可制造性分析。

置，对组装设备的资源进行规划和分

析。比如对于手机产品的制造来说， 4、电子产品DFM设计案例
圈由于手机电路板大量使用0402以下的 一 般来说，在电子产品中价格最

CHTP器件，这样的小器件的检测必须 昂贵的元件是印制电路板PCB，没有

配备AOZ设备。
图4考虑波峰焊工艺的qFP偷锡焊盘 推行DFM设计的公司在产品概念设计
设计及布局要求 (8)印制电路板的可制造性设 阶段很少分析PcB,J~造成本的影响，

2oo8年7，8月第4期堡查鱼!!l嚣 fl囝

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：…l c— 一 ． 5、结论

本文介绍了面向可制造性的电子

产品卓越性设计的含义，分析了在电

子产品设计中应用DFM技术的背景，

_ _l·H 一 ■ ～ 一 对在电子产品开发过程中采用DFM技
： 一… ====竺==== ；
… I …

… … … … … ～ … … … _·^ 术对产品设计进程、成本、质量、加
图7DFM分析软件VALOR对PCB设计的分析 _ c=：==》
工效率、产品上市的积极作用进行了

讨论，总结了电子产品DFM设计的主

要研究内容和设计中的主要关注点，

图1O 焊盘设计太短在波峰焊阴影效 最后给出了DFM设计案例，印证了在

应作用下出现漏焊缺陷及改正焊盘长 电子产品开发中进行DFM设计的重要
度后问题得以解决 性。囊筝

比如拼版方式的不同就会对PCB的制

造成本产生较大影响，下图l和图2所

示就是考虑DFM要求进行拼版优化和
【参考文献】
未进行拼版优化时PcB利用率的巨大
图8原始设计的PCB布局
差异．通过拼版优化PCB板材的利用
[I】G。Q。Huang：DesignForX：
率可以从58％提高到83％．
ConcurrentEngineeringImpera-
图10(a)所示为焊盘设计时没有
tive~；,Chapman&Hall,1996,
考虑到波峰焊接过程的特点，即器件
焊盘设计太短，导致波峰焊焊接时由 [2]VALORCompanyhomepage：

于器件遮挡锡波的阴影效应作用，使 http：／／www,valor．com

得左侧焊盘漏焊；而图10(b)则通 [31C．A。Harpe-ElectronicAssembly

过焊盘加长就解决了此问题。这是一 Fabrication，McGraw-HillCorn-

个典型的DFM问题。 parties。Inc，2002．
图9 拼版优化后的PCB布局

优诺电子材料有限公司推出新型的有机保焊剂

诺电子-~-V：r．期推出新款系列有机保焊剂，有机保焊剂是专用于线路板的铜面保焊剂，

l／U它与铜表面发生反应生成一层坚固的有机保护膜，此膜用于保护铜面于常态环境中不

再氧化，在以后的焊接高温中，保护膜易被助焊剂清除，极短时间内与熔融的锡结成牢固的

焊点。 晶

为了满足客户需求，我司研发出U．108、U-208、U-308、U-508、U-608、U-708、U-808系

列有机保焊剂，以及与此配套的除油剂、微蚀液、调整剂等产品。

品镜 、

木具有良好的焊接性能及锡膏廷伸性能；

木在处理过程中，残留物 (即离子污染)很少，适用于免洗制程；

木与镀金板相比，具有更好的焊锡连接强度和低成本；

木与热风整平相比，焊接面均匀、平整，减少了阻焊油表面锡珠的问题，适用于高密度组装的基板；

丰产品的稳定性好，操作简单，容易管控；

木溶液体系是水溶性溶液，是环保型产品。

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