面向电子装联DFM设计技术探析

摘要：DFM是Design for manufacturability的简称，它把设计部门和生产部门有机的联系起来，达到信息互相传递的目的；使设计更利于生产和使用，减少整个产品制造过程的成本。本文着重阐述了PCB设计时需要考虑的一些制造工艺性问题，给PCB设计人员提供参考。
关键词：可制造性设计新产品导入CTHCICT
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1、DFM的概述

可制造性设计顾名思义就是面向制造的设计，从制造的角度出发设计产品，相比于只考虑实现产品功能建立的设计原型，然后进行生产的传统制造模式来说具有非常大的优势。在不影响产品功能的前提下，将DFM融入产品规划到产品投入的整个设计过程，使之标准化、规范化，不仅利于产品生产和使用，而且缩短了开发周期，提高了生产效率和产品质量，减少产品成本。目前电子产品都在朝着小型化发展，组装密度越来越高，如果在设计时考虑不周导致产品不利于生产，势必会修改设计，从而延长产品投放市场的时间，并导致成本增加，使企业处于不利的竞争位置；如果不进行修改，必然会存在制造缺陷，使制造成本猛增；因此，在新产品设计时，越早考虑设计的可制造性问题，越有利于新产品导入。

2、在电子装联中DFM设计考虑的主要内容

面向电子装联的DFM设计要求PCB设计者在设计初期就要考虑PCB组装形式、PCB外形、板材的选择、元件布局、焊盘设计、工艺边、MARK点、产品可测试性等等这些方面的内容，才能避免出现因设计不当造成的制造缺陷。

2.1 PCB组装形式

PCBA的组装方式和元件布局是电子产品可制造性设计重点考虑的内容；对装联效率及成本有及其重要的影响，目前主流的PCBA加工流程如表1：
作为设计者应尽量选择高效的加工流程，一般原则是尽量的选择T工艺，相比插装工艺，T工艺具有焊接质量好、可靠性高，返修率低等诸多优点。如果采用混合组装的方式，尽可能元件能集中在一面；最好不要两面都有THC元件；混合组装中，如果只有极少数的THC元件，最好选用耐高温的材料，利于使用通孔回流焊工艺，节约生产成本。

2.2 PCB外形尺寸

PCB的外形应尽量为矩形，长宽比最好为3:2；板面设计的大小符合加工厂加工能力。一般来说板面不大，最好采用拼板设计，以提高生产效率；但要注意无论是单板还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变形，从而产生空焊等制造缺陷。对于两面贴片的PCB，如果两面C元件数差异太大，可以考虑阴阳板的拼板方式，这种方式可以省掉一张钢网的费用，减少换线时间，提高了生产效率。

2.3 元件布局

元件布局对PCB组装的生产效率和质量有着至关重要的影响，是衡量产品可制造性的重要指标。一般原则为：(1)元件分布尽可能均匀地、有规则地排列，极性器件尽量按同一方向排列。有规则的排列有利于提高贴片/插件速度，利于检查，对插装器件还能减少人为插错率。元件均匀分布利于散热、PCB板重心平衡，尤其是重质量的元件不要过于集中，过于集中容易造成局部温度低而导致虚焊；(2)大型元件尤其是BGA四周要留＞3mm的维修空间；(3)温度敏感的元件要远离发热元件；(4)BGA和细间距器件不要布放在PCB的边缘、对角线或靠近接插件、安装孔、拼板的切割处等PCB的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹；(5)同类型的元件尽量分布在一起；(6)为了避免阴影效应，不同尺寸的大小元器件应交错放置；小尺寸的元件要排布在大元件的前方；防止元件体遮挡焊接端头和引脚。当不能按以上要求排布时，元件之间应留有3-5mm间距；(7)如果需要采用波峰焊接工艺，焊接面的元件高度＜3.5mm；(8)波峰焊接元件焊盘间距最好＞1mm，以减少桥连的发生；(9)对于同种类型的贴片元件，器件之间的距离≥0.3mm；对不同类型的贴片元件，器件之间的距离≥0.3mm+0.13*h（h为相邻元件的高度差）；(10)如果元件引脚间距＜2mm，尽量考虑C元件，波峰焊接容易造成桥连；(11)采用红胶工艺时，如需在焊接面放置QFP元件，应按45°方向放置；(12)采用波峰焊接的CHIP件的长轴应垂直于波峰焊的传送方向，D器件长轴应平行于波峰焊的传送方向；(13)对于采用双面回流，一面波峰焊接工艺时，贴片元件距离插装元件的距离＞2mm； (14)机械定位孔距离焊盘边缘的距离＞5.08mm；15）距离V-CUT较近的元件尽量平行于V-CUT,并能保证元件离V-CUT＞3mm，以免分板的应力对焊点造成损伤；

2.4 焊盘设计

焊盘设计对电子产品的质量有着举足轻重的影响；不合理的焊盘设计会给产品带来非常大的制造缺陷和质量隐患；以CHIP件为例，当焊盘的内距（G）偏大或偏小时（见图1），会产生空焊、墓碑等不良。焊盘设计一般遵循以下原则：Pattern）标准；
(2)封装库中同一类型的元件固定一种合理的设计，以保证焊盘统一设计；
(3)0805以及以下的CHIP件，焊盘与印制线的连接宽度≤0.3mm；
(4)插装器件的长边尽可能垂直于波峰焊接的方向，减少桥连；如果受布局限制需要平行于焊接方向，则需要在焊盘尾端增加偷锡焊盘，受布局限制无法设置偷锡焊盘时，应将焊盘后方与焊盘邻近或相连的线路绿漆开放为裸铜，作为偷锡焊盘用（见图2）；
(6)对采用波峰焊接的C元件，焊盘需要做延长或加大处理；避免因阴影效应而产生漏焊；如SOT-23焊盘可延长

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0.6mm-08mm；
(7)T焊盘上不允许有通孔，如果有需要用绿油塞孔，否则在回流过程中焊锡熔化后会沿通孔流走，造成少锡、虚焊等不良；
(8)需波峰焊的贴片IC也需要如图4增加偷锡焊盘；
(9)为了保证透锡良好；大面积铜箔上的元件的焊盘要求用隔热带与焊盘相连，见图5；
(10)对于Pitch为0.5mm以下的细间距器件，其焊盘宽度一般设计为：Pitch=0.5mm；宽=10mils；Pitch=0.4mm；宽=9mils；Pitch=0.3mm；宽=

7.5mils；

(11)BGA焊盘最大直径等于BGA焊球的直径；最小直径等于BGA底部焊盘直径-贴装精度。

2.5 工艺边及MARK点

电子制造业中所使用的设备均要求自动传送PCB，为了利于传送一般布板时要求元件距离板边＞5mm；如果元件距离板边较近，则需要增加工艺边用于轨道夹持。
由于丝印机和贴片机是使用光学定位的装联设备,PCB需要提供2-3个不对称的MARK点供光学识别系统对PCB进行准确定位，MARK点一般要求分板在PCB的对角线上，形状以1mm圆形居多，一般放置在PCB较为空旷的地方，没有其他焊盘的干扰；MARK距离板边应该在5mm以上，以防被轨道夹持。对于拼板最好每小块拼板能有2个MARK点，如果受PCB布局的限制，也可以放置在工艺边上，对于细间距器件和BGA，为了提高贴片精度，最好在器件对角也放置2个MARK点。

2.6 可测试性

为了方面产品进行ICT测试以及出现问题后的维修，PCB一般都会布若干个测试点，对测试点的一般要求为：(1)每个电气节点都必须有一个测试点，每个IC必须有VCC及地的测试点，且尽可能接近此元器件，(2)测试点可以为直径为1mm圆形焊盘或1mm*1mm的方形焊盘；相邻测点之间以及测试点与焊盘之间的距离最好＞2.54mm；(3)要求尽量将元件面的测试点通过过孔引到焊接面；这样可采用单面针床进行测试；(4)测试点放置在距离元件1mm以上的位置；(5)测试点需要均匀分布；每平方厘米最好不要超过5个。
3、结语
本文只提到面向电子装联进行可制造性设计需要考虑的主要内容；其实还有许多的细节问题需要考虑；比如PCB的布局是否方便整机组装，机械孔和定位孔的布局等等都是设计人员需要考虑的内容。一个优秀的设计者是能利用DFM工具设计出低成本、高质量、高性能的产品。