关于什么是DFx——
·DFM:Design for Manufacture 可生产性设计
DFM的意思是面向制造的设计,Design for manufacturability,即从提高零件的可制造性入手,使得零件和各种工艺容易制造,制造成本低,效率高,并且成本比例低。
就是在设计阶段充分考虑到生产环节可能碰到的困难,而为了减少生产问题,提高生产效率,降低生产成本而进行的设计,这里包括硬件设计也包括软件设计。
一、DFM分析阶段
不同阶段进行DFM分析,取得不同的效果。能在早期发现问题更好。最糟糕的是有些公司并不能认知到:这是一个DFM的问题。
DFM阶段越早,发现的问题就越容易解决,带来的损失也就越小。
DFM不简单指生产本身,与以下其他DFx也是相关的:
二、PCB设计的DFM工艺要求
1、尺寸范围
外形尺寸不得超过设备加工能力
目前常用尺寸范围是“宽(200 mm~250 mm)×长(250 mm~350 mm)” 对长边尺寸小于125mm、或短边小于100mm的PCB,或异形周边凹凸不规则需设计成拼板。
2、外形
板子的外形为矩形,如果不需要拼板,要求板子4 个角为圆角;如果需要拼板,要求拼板后的板子4 个角为圆角,圆角的最小尺寸半径为r=1mm,推荐为r=2.0mm。
为保证传送过程的稳定,设计时应考虑采用工艺拼板的方式将不规则形状的PCB转换为矩形形状,特别是角部缺口最好要补齐。
对纯 SMT 板,允许有缺口,但缺口尺寸须小于所在边长度的1/3,确保PCB 在链条上传送平稳。
对于内圆角,推荐最小半径为0.8mm,如果需要,半径可以小至0.4mm。
对于金手指的设计要求见图所示,除了插入边按要求设计倒角外,插板两侧边
也应该设计(1~1.5)×45° 的倒角或R1~R1.5 的圆角。
3、传送边
从减少焊接时PCB的变形,对不作拼版的PCB,一般将其长边方向作为传送方向;对于拼版也应将长边方向作为传送方向。对于短边与长边之比大于80%的PCB,可以用短边传送。
由于终端单板一般采用拼板设计,一般都采用工艺边作为传输边,工艺边的宽度最窄处一般不能小于4.5mm。
4、MARK 点
光学定位基准符号(又称MARK 点)
Mark点也叫基准点,为装配工艺中的所有步骤提供共同的可测量点,保证了装配使用的每个设备能精确地定位电路图案。因此, Mark点对SMT生产至关重要。
Mark点是电路板设计中PCB应用于自动贴片机上的位置识别点。mark点的选用直接影响到自动贴片机的贴片效率。
一般Mark点的选用与自动贴片机的机型有关。
MARK点形状:Mark点的优选形状为直径为1mm(±0.2mm)的实心圆,材料为裸铜(可以由清澈的防氧化涂层保护)、镀锡或镀镍,需注意平整度,边缘光滑、齐整,颜色与周围的背景色有明显区别。为了保证印刷设备和贴片设备的识别效果,MARK点空旷区应无其它走线、丝印、焊盘或Wait-Cut等。
要求Mark点标记为实心圆;
一个完整的MARK点包括:标记点(或特征点)和空旷区域。
1) Mark点位于电路板或组合板上的对角线相对位置尽可能分开,最好分布在最长对角线位置;
2)为保证贴装精度的要求, SMT设备要求:在SMT生产的所有产品每PCB板内必须至少有一对符合设计要求的可供SMT机器识别的MARK点,可考虑有单板MARK(单板和拼板时,板内MARK位置如下图所示)。拼板MARK或组合MARK只起辅助定位的作用。
3)拼板时,每一单板的MARK点相对位置必须一样。不能因为任何原因
而挪动拼板中任一单板上MARK点的位置,而导致各单板MARK点位置不对
称,特殊拼板方式:
①阴阳板时对角MARK位置必须相同
②镜像板各MARK位置必须相同.R1=R2
4) PCB板上所有MARK点只有满足:在同一对角线上且成对出现的两个
MARK,方才有效。因此MARK点都必须成对出现,才能使用。
尺寸:
1) Mark点标记最小的直径为1.0mm,最大直径是3.0mm。 Mark点标
记在同一块印制板上尺寸变化不能超过25微米;
2)特别强调:同一板号PCB上所有Mark点的大小必须一致(包括不
同厂家生产的同一板号的PCB)
3)建议RD-layout将所有图档的Mark点标记直径统一为1.0mm;
边缘距离:
1) Mark点(边缘)距离印制板边缘必须≥5.0mm(机器夹PCB最小间距
要求),且必须在PCB板内而非在板边,并满足最小的Mark点空旷度要求。强调:所指为MARK点边缘距板边距离≥3.0mm,而非MARK点中心。
空旷度要求:
在Mark点标记周围,必须有一块没有其它电路特征或标记的空旷面积。空旷区圆半径 r≥2R, R为MARK点半径,r达到3R时,机器识别效果更好。增加MARK点与环境的颜色反差。 r内不允许有任何字符(覆铜或丝印等)
材料:Mark点标记可以是裸铜、清澈的防氧化涂层保护的裸铜、镀镍或镀锡、或
焊锡涂层。如果使用阻焊,不应该覆盖Mark点或其空旷区域
平整度:
Mark点标记的表面平整度应该在15微米[0.0006"]之内。
对比度:
a) 当Mark点标记与印制板的基质材料之间出现高对比度时可达到最佳的性能
b) 对于所有Mark点的内层背景必须相同
5、定位孔
每一块 PCB 应在其角部位置设计至少两个定位孔
拼板定位孔应有四个,分布四角,定位孔标准孔径为2.00±0.08mm。定位孔中心距离相近的板边为5mm
定位孔旁边的器件或焊盘距离定位孔边的最小距离应至少为 1.5mm
6、孔金属化问题
定位孔、非接地安装孔,一般均应设计成非金属化孔
三、减少工序、减少装配时间
四、直通率
SMT锡膏钢网的一般要求原则:
0805建议如下开口。两焊盘各内切1.0MM,再做内凹圆B=2/5Y;A=0.25MM或者A=2/5*L防锡珠。
SMT红胶钢网的开口设计原则(使用的少,问题也比较少,此处只做简略介绍)
三、DFM案例
案例一、金手指沾锡
某产品金手指周围器件布局过近,导致贴片后出现金手指沾锡问题。
修改PCB设计,调整焊盘与金手指的距离。
解决办法:
改板调整焊盘与金手指间距。
改版前,存量PCB炉前金手指贴高温胶纸,炉后加强检验,返修器件时严格保护金手指,并在显微镜下检验返修后的单板。
案例二、焊盘开孔导致PAD上有绿油
器件散热要求高,散热焊盘上打大孔,厂家塞孔能力差,导致PAD上有绿油,器件引脚开焊。
临时措施:取消塞孔方式,修改钢网设计,炉后重点检验该器件焊接情况及锡珠情况。
案例三、MARK点不良、偏差
MARK点大小和形状不良: PCB板上所有MARK点标记直径小于1.00MM,且形状不规则,SMT机器难以识别,MARK点的完整组成不完整:MARK点没有空旷区域,只有标记点,造成SMT机器无法识别。
MARK点位置偏差:
1) PCB板内无MARK点,板边MARK位置不对称,造成SMT无法作业。
2)板内无MARK,拼板尺寸有误差,贴装后元件坐标整体偏移,造成SMT作业困难。
案例四、焊盘间距太近导致焊锡桥接
案例五、焊盘结构尺寸不正确(以Chip元件为例)
a、 当焊盘间距G过大或过小时,再流焊时由于元件焊接端不能与焊盘搭接交叠,会产生吊桥、移位。
b、 当焊盘尺寸大小不对称,或两个元件的端头设计在同一个焊盘上时,由于表面张力不对称,也会产生立碑、移位。
案例六 BGA问题
A.焊盘尺寸不规范,过大或过小。
B.没有设计阻焊或阻焊不规范焊盘与导线的连接不规范表层线宽超过PAD直径
C.焊盘盲孔太大不在焊盘中心阻焊不规范偏移表层走线过宽
D.通孔设计在焊盘上,通孔没有做埋孔处理,造成BGA焊接时产生气泡
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