DFX基础知识丨为什么要做DFM可制造性设计?DFM与DRC有何区别?

文摘   2024-11-09 23:13   广东  


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DFM-可制造性设计

主要内容:
一:DFM  DFR  DFX等指的是什么?
二:DFM与DRC的区别;
三:传统设计方法与现代设计方法的区别;
四:DFM的优点;
五:DFM的具体内容;
  
一:DFM DFR DFX等指的是什么?
DFM: Design for Manufacturing               可制造性设计
DFT:Design for Test                                可测试性设计
DFD:Design for Diagnosibility                可分析性设计
DFA:Design for Aseembly                       可装配性设计
DFE:Design for Enviroment                     环保设计
DFS:   Design for Sourcing                         可周转性设计
DFR:Design for Reliability                        可靠性设计
DFF:   Design for Fabrication of the PCB   PCB可制造性设计

作为一种科学的方法,DFX将不同团队的资源组织在一起,共同参与产品设计和制造过程,通过发挥团队的共同作用,缩短产品开发周期,提高产品质量、可靠性和客户满意度,最终缩短从概念到客户手中的整个时间周期。

二、DFM与DRC的区别:

DFM规则往往由生产工艺人员参与制定,而DRC规则由每个设计师自己制定
DFM是检查规则设置,一般只与生产能力有关,与具体的产品关系不大。而DRC是因产品不同而规则不同;
DFM是后检查,而DRC是在线检查;
DFM更注重如何确保产品能顺利生产加工出来,而DRC更多关注电气规则
DFM要考虑的方面比DRC多、周全;
DRC的错误是一定要改的,而DFM却不一定;

DFM-是标准化及整合厂际间的流程,透过DFM达到与设计单位同步的工程,并由PE Team 成为连接研发和制造的桥梁,为使量产顺利与确保机种移转其品质及作业之一致性。

 三、传统的设计方法与现代设计方法的区别:

  传统的设计方法:
传统设计总是强调设计速度,而忽略T生产的可制造性问题,于是,为了纠正出现的制造问题,需要进行多次的重新设计,每次的改进都要重新制作样机;
造成问题:设计周期长,延误产品投放市场的周期;成本高;

现代的设计方法:
现代设计是将企业的资源、知识和经验一起应用于产品的设计和制造过程。从产品开发开始就考虑到可制造性与可测试性,使设计与制造之间紧密联系,实现从设计到制造一次成功的目的,具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点;

信息时代市场对产品的要求:
1.从设计-试生产-批量投产达到一次成功;
2.迅速上市;

  四、DFM的优点:
企业追求目标:
       低成本、高产出、良好的供货能力。长期高可靠性的产品。
DFM 优点:
DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点,是企业产品取得成功的途径。

缩短开发周期:
由于更多部门参与设计过程中,增强下游各方与设计沟通,加上一些软件手段的应用,使设计过程早期就能找出问题,并及时纠正。避免部门间或与协力厂商间不断往返所造成的时间浪费,这样减少工程验证时间和发送错误的时间,能更快地交付设计。使产品投放时间节约(50%);

降低成本:
a 降低新工艺引进成本,减少工艺开发的庞大费用;
b 减少改版次数或不需修改设计,减少开发成本;
 没用DFM规范控制的产品,在产品开发的后期,甚至在批量生产阶段才发现各种生产问题,无疑增加开发成本;
c  降低返工、返修成本、发现各种生产问题,往往花费人力、物力进行返工、返修才能达到目的;
例:元件可焊端子与PCB Pad焊盘或孔径大小的匹配性Layout问题;

提高产品质量和可靠性:
产品生产最好一次成功,任何返修、返工都使可靠性下降而影响声誉。

有利于技术转移:
当前外包趋势使得OEM(电子原始制造商)和EMSCM公司(电子制造承包商)之间的有效沟通成为必要,具有良好可制造性的产品可在OEM与EMS,CM间实现平滑的技术转移和过渡,快速地组织生产;设计与制造的通用性,有助企业实施全球化策略。

有利于加工工艺的标准化:
    DFM规范是将企业内部各部门在制造过程中的知识、经验总结出来未变成企业规范或标准。所以DFM在企业内部起到一个良好的桥梁,它把设计、制造和产品相关部门有机地联系起来,大家共同遵守这个规范,同时不断补充、完善这个规范。有了标准,个人因素的影响就很小;

建立沟通标准:
公司内有同样的质量标准,沟通文件有相同的格式,数据传输有一致的版本的控制,以这样的标准沟通,能够全效率大幅提升。(内部经常出现生产和品质的管控标准不一致)

提高生产力:
 以标准化流程与系统来处理更多项目,让员工将精力使用到更重的方面(工艺创造性,设计,沟通),而非重复性的工作(抓错)
提升产品设计者的水平;
建立管理评估依据:
 将DFM工作数据化,分析设计质量,制造良率、新产品导入成本的变化,并进一步规划教育训练来提升人员知识技术水准,以及设计与制造的改善;
保护智慧资产,沉淀技术经验:
将研发知识制造经验整合成专家系统,降低人员流动的风险;
快速响应; 
建立与客户沟通的设计与质量变更,缩短新产品导入时间表、提升公司专业形象、巩固与客户间的伙伴关系;

五、DFM的具体内容:(针对工艺评审)
1:PCB的设计
2:PCB Layout
3:连接片的设计
4:连接器的设计
5:绝缘纸的设计
6:CELL的安全性
7:PTC的设计
8:胶框的设计
9:LABEL的设计
10:内外箱的设计

六、DFM的具体内容:

1:PCB的设计:
1)PCB耐焊性是否清晰定义设计规格书内;
条件:温度260±5℃、时间10sec,表面绿油不得有起泡、脱落现象;表面铜箔不得有分层、翘起现象;孔内镀层不得断裂或分层;
2)设计规格书中是否明确定义PCB板五项安规标识(UL认证标志、生产厂家、厂家型号、UL认证文件号、阻燃等级)
3)设计规格书中是否明确定义PCB板的阻焊厚度尺寸;
行业或业界标准0.5mil-1.0mil(1Mil=千分之一英寸,约等于0.00254厘米=0.0254毫米)
4)设计规格书中是否明确定义PCB线宽、线距公差是否控制在±20%(FR4 1.0mm材质线宽76mil/0.8mm材质线宽70mil)
5)设计规格书中是否明确定义FPCB需要倒圆角,防止刺破电芯;
6)设计规格书中是否明确定义PCB板厚度公差是否符合行业或业界标准板厚<0.8mm,±10%mm;板厚≥1.2mm,±0.1mm;

2:PCB Layout:
 PCB工艺边的宽度不小于5mm;
1) PCB分板:
设计规格书中应明确定义PCB分板方式(高精度应用router方式;FPC分板应用punch方式)
2) 设计规格书中应明确定义走线及铜箔与板边距离是否满足要求(如:V-CUT边大于0.75mm,铣槽边大于0.3mm,Punch桥接处大于1mm;元器件与V-CUT、punch桥接点的距离≥1mm)避免PCB加工时不出现露铜的缺陷;
IC Pin之间是否设置阻焊桥,防止锡膏溢出造成连锡;
PCB PAD设计是否对称,大小是否一致?

3:布局与安全间距:
1)同类贴片零件与零件间距需大于0.20mm;
2) PCB 可焊性和可维修性是否在布局合理,大体积和大质量的元器件在回流焊时的热容量比拟大,布局上过于集中轻易造成局部温度过低而导致假焊;
3) PCB铜箔厚度与走线宽度及电流的关系是否符合通用规范,(铜皮厚度35um ,线宽0.15mm 载电流为0.2A;铜皮厚度70um,线宽0.15mm 载电流为0.5A;)大电流回路尽可能的做到短距离,宽铜皮,避免走成环状;
4)线宽和线间距的设置是否符合通用规范(推荐最小线宽/间距是否在于0.15mm)
5) 零件选择与分布是否适合目视或AOI检查  (BGA/QFN除外)
6)屏蔽架内器件摆放,最高器件低于屏蔽架0.2mm以上,)防止接触短路,必要的可作弊空处理。)
7)PCB优先采用135度拐角和圆弧形拐角,走线应尽量避免产生锐角和直角。
8)IC器件的去耦电容尽量靠近IC引脚;
9)ID电阻尽可能靠近输出端子;
10)元件的摆放必须考虑PCB的形变,狭长的PCB上尽量不要横向摆放贴片电容,电阻。元件电芯之间需至少0.1mm厚度的胶纸进行防护;
11)需要Hot bar PCM背面不能有元件,焊盘左右两侧2mm以内不能布元件;

4:通孔Via-hole;

1:通孔Via-hole设计:
1)PAD 应可能无通孔,避免过炉焊接空洞,减少这样的设计;
2)孔到板边距离最小大于0.3mm;
3)B+与B-通孔之间的间距要求大于1.9mm;
4)孔径与板厚的比值是否有设计上的要求,标准导通孔尺寸(孔径与板厚比≦1:6),OPPO要求过孔孔径与板厚的比值必须≤5;
5)孔与孔之间的最小间距(同网络0.15mm,不同网络0.2mm);

2:可测试性:
1)测试点的分布是否方便测试夹具的设计制作(方便测试治具的制作,降低制作成本及增加治具的稳定性)
2)测试点距离板边的距离≥0.5mm;
3)距离测试点最近的器件距离≥ 1.5mm;
4)相邻测试点之间的距离是否合适,≥ 1.5mm;
5)测试点直径不小于0.8mm;

3:连接片的设计:
1)Ni片焊盘大小,电阻焊工艺焊盘宽度不得小于3.5mm,建议大于4mm;
激光焊工艺,焊盘宽度方向至少6mm( 在PCB空间允许下应满足该要求);
2)镍片结构设计是否可弯折性(需要折弯止裂槽)
3) 折弯后镍片Burr方向不应对到电芯及PCM;
4) 设计时对镍片的折弯寿命是否有相应的要求(180度3次,90度6次);
5)当电芯正负极焊盘高低差异较大时,PCM上的焊盘位置需满足其高度差;

4:连接器的设计:
插接式连接器是否预留理线张力/应力释放,理线应将导线弯曲状防止连接点产生应力;
连接器焊盘(包括铜皮)之间距离要求>0.7mm;
连接器拔插次数是否有相应的要求,(客户指定除外,其它应在规格书标注清楚)
连接器与焊盘采取热压工艺,FPC焊盘位的开孔建议设计成U型; 

5:绝缘纸的设计:
绝缘纸绝缘是否可靠(电芯与PCM,电芯与元件绝缘,电芯与正负极绝缘 )

6:CELL的安全性:
PCM元器件是否避开cell的安全阀或防爆槽,安全阀或防爆槽上面需加贴绝缘纸保护;

7:PTC的设计:
1):PTC的分层剥离力是否符合设计规格(≥1KG );
2):PTC是否为公司常用的PTC;
3):是否有加绝缘层保护;

8:胶框的设计:
1) 需要超声的胶框对元件避空位是否有有效消除对元器内应力,避免损伤元件 (IC/Mosfet/NTC)
2) 胶框熔合柱的长度是否符合热卯要求,热熔柱(0.7-0.8mm)尽量分布受力均匀,柱子本身与PCB开孔间隙0.1mm,柱子本身比板高0.4mm;
3)整体胶厚一定要均匀,防止缩水,薄胶;
4) 胶壳内部设计上应避免尖角;
5) 带五金端子胶框设计时应考虑相邻端子之间的距离是否合适;
6)一体成型需要大量填胶时应考虑用快巴纸填充防止缩水;
7)硬电芯一体成型时PCB板与胶壳配合时的压缩余量不得小于0.1mm;
所有的装配边都需倒角,尤其是金手指周边;

9:LABEL的设计:
1)Label剥离强度是否≥60OZ./IN 重量单位1oz=28.35g(克)
2)标签接触面积是否合适、及标签定位方向是否防呆;
3)标签厚度的选择是否合适;
4)标签拐角处是否设计止裂槽;

10:内外箱的设计:
1:包裝纸箱防冲击力是否符合运输要求;
2:与成品电池尺寸匹配是否合理,是否有重量的要求;
3:优先使用公司常用规格;

完结——以下无正文

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