1、DFX设计背景
上个世纪90年代以来，电子领域的发展日新月异，各种产品的设计开发以及市场的推广进入了一个全新的时期。电子产品设计师正面临着比以往更艰巨的挑战：客户要求产品价格更低、产品质量更高同时交货周期更短。如何更快地去设计更多功能、更小体积、性价比更高、能够最大程度满足客户需求的产品成为各电子设计师努力追求的目标。
由于长期以来的思维和操作定式，产品在开发与制造环节之间始终存在“间隙”，设计出来的产品往往面临
(1)不符合制造能力的要求，从而需要大量维修工作，导致产品质量低下，产品设计需求多次修改；
(2)产品根本无法制造，设计人员必须另起炉灶、从头开始，浪费了大量的人力、物力，严重削弱了企业在同行业中的竞争实力；
(3)产品可靠性差，客户投诉多，售后服务投入大，企业入不敷出，产品生命周期缩短，最终导致企业无以为继。
2、DFX设计定义与核心思想
DFX是Design for X(面向产品生命周期各/某环节的设计)的缩写。其中，X可以代表产品生命周期或其中某一环节，如装配(M-制造，T-测试)、加工、使用、维修、回收、报废等，也可以代表产品竞争力或决定产品竞争力的因素，如质量、成本(C)、时间。
DFX的含义即是从产品的概念开始，考虑其可制造性和可测试性，使设计和制造之间紧密联系、相互影响，从设计到制造一次成功。这种设计概念及设计方法可缩短产品投放市场的时间、降低成本、提高产量。
·DFM：Design for Manufacture 可生产性设计
·DFR：Design for Reliability 为可靠性而设计
·DFA：Design for Assembly 可组装性设计
·DFT：Design for Testability 可测试性设计
·DFC: Design for Cost 成本设计
·DFE：Design for Environment 可环保设计
————————以上与工艺相关DFx———————
·DFD：Design for Diagnosis 可诊断分析设计
·DFF：Design for Fabrication of the PCB 为PCB可制造而设计
·DFS：Design for Serviceability 可服务设计
·DFP：Design for Procurement 可采购设计
从操作层面上来说：DFx技术是并行工程的支持工具之一，是一种面向产品全生命周期的集成化设计技术。这里的并行工程，指的是：在设计阶段尽可能早地考虑产品的可靠性、性能、质量、可制造性、可装配性、可测试性、产品服务和价格等因素，对产品进行优化设计或再设计。例如可维修性设计，不是在维修的时候再考虑可维修性，而是在需求和设计阶段，有针对性地做一些可维修性的设计。
DFx的具体执行，有很多文章和文档，但是其实说得都比较“虚”，偏于理论和思想介绍。那我来“解构”一下，实操的过程中，如何“面向产品全生命周期”。
（1）在每一个环节设置，DFx专题
例如需求分析阶段，应该针对DFx，专门讨论和评审需求。例如在需求跟踪表中，除了功能描述之外，专门增加DFx的分类：启动时间、可测试需求、螺钉种类、散热器拆装方式、远程升级等等需求，都写入需求跟踪的列表。同样，在设计阶段，有专门的DFx的设计文档、和需求满足度评审。
（2）问题前置
例如，如果有项目发现的一些问题，或者一些有效的经验，应该在更早的环节提出；例如：可采购性设计，采购思考前置，我们在做需求和设计的时候应该充分考虑元件是否易于购买、成本、供货周期、样品、器件本身的生命周期、量产时间、停产时间，等等。可维修性设计，也就是维修思考前置，在做需求和设计的阶段，充分考虑维修时的痛点；同样的，可测试性设计、可维护性设计都是这个原理。这也充分体现了“并行工程”这个词的含义。
（3）问题总结回馈
在一些大公司，一般会有DFx的考核指标、成熟的DFx 评审Checklist；大家只需要学习、执行、优化，即可以出色地完成工作；这样的DFx方面的文档一般都是来自于前人的积累、咨询公司导入。而初创团队、中小企业往往不具备这样的条件，DFx的完成度完全取决于人的水平。所以，往往产品的各项指标不是靠体制保证，而是靠人来保证。所以，往往会导致经验流失，技术不具备可复制性，工程变更繁琐。高水平的人的疏忽，也会导致问题。人力不足的时候，问题凸显。
而小公司往往就会延续这种小作坊的方式，持续进行，主要依靠技术骨干的技术能力。小公司也会总结，而往往总结都是针对人，而不是通过总结建立起机制，来避免问题重复。所以，每次的项目总结的结论应该是形成指导下次研发活动的依据。并且应该设立项目节点，在项目节点针对过往的错误进行Checklist检查。小公司既然很难做到不犯错误，那么就应该努力做到“不重复犯错误”。进行持续改进之后，让团队达到新的高度。问题总结回顾流程如图所示。
（4）DFx应该做单维度深度思考
在大公司，由于角色设置众多角色，在各个项目节点，通过多角色参与，进行评审，围堵问题流入后续环节。例如，在需求阶段，各种代表会出席评审会议：生产代表、采购代表、客户代表、技术服务代表等等等等。各个维度的负责人，对自己的维度进行死守，公司通过KPI直接进行管控。而小公司不具备这样多的角色进行设置，那么在执行过程中，就会出现研发人员去考虑这些维度的时候，挖掘的不够深入，思维还没发散即可进行收敛。因为攻防为一个人，所以不会产生剧烈的讨论和冲突，在设计过程中直接给出折衷的操作办法。所以即使是小公司，如果想把DFx做好，也应该在关键阶段，进行关键DFx设计的会议讨论。
其实，我们的设计团队如果人数、人的素质、人的水平确定之后，是否执行DFX，发生的问题总量是不会变化的。但是通过DFX设计思考，DFX设计评审，能够把认知范围内的问题前置。这样避免，问题在后续环节发现，导致更多的返工和更恶劣的影响。
我的一位老师曾经说过：小孩跟大人的区别在于，扫地不扫墙角根，洗脸不洗耳朵根。其实也就是用一种通俗的说法表达成熟的衡量标准：看问题的全面性，以及会后续可能发生的结果的预判和措施。
同样，一位成熟的工程师，与一位初级工程师的典型差异在于DFx方面的能力和素养。
3、电路板DFX工艺设计的意义
A,B两竞争公司，同期开发某类似功能的电子产品，产品的性能高低主要为某关键板卡的开发。市场需要的最佳的开发周期是8个月内，A公司开发团队采取DFX设计的方法，在整个开发流程就引入了大量的仿真，模拟，在板卡设计过程中又提前考虑到了DFM,DFR,DFT,DFA,DFC等方面的因素，在科学方法的管理，团队的配合下，开发人员按部就班的开发，仅用了两个版本，6个月就成功的实现了产品上市，取得了巨大的成功。B公司的开发人员也很努力，加班加点的设计，但团队采取的是摸着石头过河的方法，只追求速度，不注重开发质量，很多因素没考虑进去，每次都是到了版本单板加工验证的时候才发现问题，不是无法加工，无法装配，就是测试点覆盖不全面，无法测试等等，一遍一遍的重复开发，结果开发了快两年，该板卡开发了5个版本，产品才勉强的发布，这个时候A公司的产品已经上市1年多，也占领了市场的大部分的份额，B公司失去了这个产品的竞争力，损失惨重。
使用DFX方法来进行产品工艺设计，可以降低开发周期，降低开发成本，提高产品可靠性，降低量产产品返修率，提高产品市场竞争力。
4、DFM： 可生产性设计
Design for Manufacture
板卡工艺设计主要关注面。PCBA实现批量高效率的生产是节约产品加工成本的主要方法。DFM：技术在电子设计及电子装配制造上的应用主要通过一定的规范和流程，辅以专业化工具来实现。
在电子产品的设计中，布线、器件安排都得到了DFM技术的支持和反馈，最后得到的是“RIGHT-FIRST-TIME”制造，即第一次投入批量生产的产品就是设计正确而且合理的产品，拥有相当高的一次成品率。
产品总成本的60％取决于原始设计，75％的制造成本取决于设计说明和设计规范，70~80％的生产缺陷是由于设计原因造成的。
器件在PCB上的方向和不同器件互相之间间隔的设定、焊盘与传送边间距、焊盘到焊盘的距离等等都是电子装配产品制造中重要的考虑因素，遵循DFM规则必然带来可以预见的产品收益，反之则是预见的产品损益。
案例1、焊盘上有过孔，但未处理直接焊接。
焊盘上过孔，需要在焊接时，做堵孔的工艺处理。否则容易导致焊锡流失。
上图是在SMT焊盘中存在的通孔设计，这在规范上是需要加以避免的，它将引起SMT器件焊点的不良率，直接造成产品故障。如果在试制中发现，再去修改设计，时间和材料上的浪费显而易见。
案例2、焊盘离金手指太近
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。
解决办法：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---严重影响加工效率。
需要优化设计。让焊盘远离金手指。
案例3、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，造成焊点抬高，器件引脚开焊。
临时措施：取消塞孔方式，优化钢网设计，炉后重点检验该器件焊接情况及锡珠情况。
优化措施：更换厂家。
案例4、器件不稳定导致的二次回流后，共模线圈断问题
问题描述：某线圈电感，布置在二次回流面（B面），加工过程中发现多个板出现B面线圈断的问题。
问题原因分析：该物料Datasheet显示可以耐两次回流焊，高温260℃.而我们实际加工峰值温度不到250℃，不应出现该问题。为物料可靠性问题。
短期措施：寻找质量稳定的供应商和器件，控制来料质量
长期措施：提高器件选型时对器件可靠性方面的验证，针对此类问题频繁出现的问题，避免该类线圈电感布置在B面。
案例5、减少装配时间
案例6、提高可生产性、提高成品率
据新闻报道：
罗永浩锤子团队耗费精力、频获好评的设计细节，在一线工人眼中导致多道生产工序繁琐，甚至直接导致此前低良品率问题。
锤子手机采用的是玻璃纤维增强树脂与不锈钢骨架一体成型的特殊材质，在这种材质上打孔，经常遇到碎裂的问题。
一位工人回忆，刚来新产线的第一天，经过包装后的锤子成品，300台当中做出7台合格品。经过一个多月的磨合，虽然良率有所提高，但每天也只有不到20%的良品率。
对外观造型的苛刻直接导致了生产过程的复杂和繁琐，导致产线工人抱怨声不断。
案例7、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8、焊盘间距太近导致焊锡桥接
案例9、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10、 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
更多DFx文档已经上传到《硬十课堂》www.hw100k.com
点击《阅读原文》进入
