DFM技術(shù)在PCB設(shè)計中的應(yīng)用分析

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳) 高 菲

近年來在經(jīng)濟全球化發(fā)展的環(huán)境下，市場競爭呈現(xiàn)出越發(fā)激烈的狀態(tài)，合理的控制產(chǎn)品成本、增強質(zhì)量并且減少開發(fā)的時間周期屬于首要解決的問題，而DFM屬于并行工程中的重要內(nèi)容，是可制造性設(shè)計形式，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)工藝方面的有效評估目的，在設(shè)計階段結(jié)合具體生產(chǎn)要素和影響因素等增強產(chǎn)品設(shè)計效果，尤其是在電子行業(yè)的PCB（印制電路板）產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用，可以解決目前的產(chǎn)品設(shè)計問題，增強設(shè)計系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的兼容性，改善設(shè)計現(xiàn)狀的同時提升工作質(zhì)量和水平，有著一定的應(yīng)用價值?；诖?，下文研究研究DFM在PCB設(shè)計中的應(yīng)用意義，提出相關(guān)的應(yīng)用建議和措施，旨在為增強PCB設(shè)計效果提供支持和幫助。

當(dāng)前在PCB設(shè)計的過程中，過于重視表面設(shè)計速度，沒有關(guān)注設(shè)計、生產(chǎn)系統(tǒng)方面的兼容性，很容易在生產(chǎn)期間發(fā)生問題，反復(fù)性、多次性進行修改，導(dǎo)致最初的設(shè)計成果失去應(yīng)用價值，甚至?xí)l(fā)經(jīng)濟損失。這就需要在PCB的設(shè)計過程中，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計方式與形式，積極運用DFM技術(shù)增強設(shè)計工作的有效性，發(fā)揮先進技術(shù)的作用優(yōu)勢。

1 DFM在PCB設(shè)計中的應(yīng)用意義

PCB設(shè)計的工作領(lǐng)域中應(yīng)用DFM技術(shù)，具有著良好的應(yīng)用意義和價值，首先，使用DFM技術(shù)開展設(shè)計工作，可以優(yōu)化相關(guān)產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)，增強可測試性能、維修性能，從產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)到整個生命周期，都可以進行參與，在早期良好設(shè)計的同時，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)設(shè)計模式，增強產(chǎn)品可靠性、生產(chǎn)水平，降低成本提升效益。其次，還能改善PCB產(chǎn)品的可靠性，增強工藝的標準化程度，在優(yōu)化工藝技術(shù)的同時增強產(chǎn)品的設(shè)計有效性。

2 DFM在PCB設(shè)計中的應(yīng)用建議

為保證相關(guān)PCB設(shè)計工作的良好執(zhí)行，發(fā)揮DFM在其中的價值和作用，下面提出具體的設(shè)計應(yīng)用建議，希望可以通過專業(yè)化的設(shè)計方式增強產(chǎn)品的設(shè)計水平。主要的應(yīng)用建議為：

2.1 外形尺寸的合理設(shè)計

采用DFM技術(shù)開展相應(yīng)的PCB設(shè)計工作過程中，應(yīng)重視外形尺寸方面的科學(xué)化、準確性地設(shè)計，從根本上維護設(shè)計工作質(zhì)量效果。①強調(diào)尺寸方面的設(shè)計。通常情況下，PCB產(chǎn)品的尺寸的邊長在50mm到460mm之間，如果超出了這個標準范圍，就不能進行自動化地生產(chǎn)，除了會導(dǎo)致人工操作的成本增多，還不能確保在生產(chǎn)周期范圍之內(nèi)完成任務(wù)，也無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。在此情況下，就要結(jié)合產(chǎn)品的尺寸設(shè)計要求和規(guī)格等，運用DFM技術(shù)進行設(shè)計處理，按照具體的生產(chǎn)系統(tǒng)兼容特點與能力等，對于不能兼容的產(chǎn)品，應(yīng)結(jié)合自動化機械設(shè)備的生產(chǎn)成本和周期特點等科學(xué)化地開展設(shè)計工作。而且在使用DFM技術(shù)進行設(shè)計，還需注意重點開展工裝夾具方面的設(shè)計任務(wù)，設(shè)置模擬仿真系統(tǒng)，避免有不能兼容的問題。②強調(diào)外形的合理設(shè)計。目前在相關(guān)PCB的生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品方面，提出了相應(yīng)的規(guī)則矩形產(chǎn)品兼容性的標準要求，長寬比主要設(shè)定在4:3或者是5:4左右，如若其中的產(chǎn)品屬于不規(guī)則性的圖形，就要設(shè)置兼容性的工裝和設(shè)備，所以在實際工作中為了能夠減少具體的制造成本，可以將形狀不規(guī)則的產(chǎn)品，在設(shè)計期間利用郵票孔與連橋的形式處理，合理進行工藝邊的設(shè)計，例如：應(yīng)用DFM技術(shù)進行產(chǎn)品的設(shè)計，使其成為規(guī)則的形狀，與自動化的生產(chǎn)系統(tǒng)和要求相符。傳統(tǒng)的設(shè)計方面采用波峰焊的形式，將PCB的外形設(shè)計成為四角為圓角的結(jié)構(gòu)，但是不對其提出非常嚴格的要求，一旦與這種形狀相互偏離，就會導(dǎo)致出現(xiàn)傳送不穩(wěn)定的現(xiàn)象，插件的時候也很容易發(fā)生翻板問題、熔融焊料問題等等。在PCB的尺寸比設(shè)備兼容最低限度小的情況下，可以利用郵票版或者是雙面對刻V型槽分離技術(shù)進行處理，達到良好的拼板處理目的。而且為預(yù)防生產(chǎn)期間有變形的現(xiàn)象，應(yīng)該在工藝邊上面避開V型槽，合理利用DFM技術(shù)設(shè)計工藝邊的部分。設(shè)計V型槽結(jié)構(gòu)，適合應(yīng)用在外形屬于方形的PCB設(shè)計中，尤其是在分離以后邊緣結(jié)構(gòu)非常整齊的產(chǎn)品，通過DFM技術(shù)設(shè)計V型槽不僅可以降低加工成本，還能有效提升設(shè)計效果，因此，在PCB的外形設(shè)計期間，應(yīng)重點借助DFM技術(shù)開展V型槽的設(shè)計工作，但是需要注意，在PCB上面存有QFN分裝的情況下，焊盤就不能通過雙面對刻V型槽的形式拼板。在完成V型槽的設(shè)計之后，剩余的厚度應(yīng)該控制在板厚度的25%左右，如果主板的厚度在四層及四層以上的規(guī)格，就要使用長槽孔+圓孔的形式進行連接處理，確保不會出現(xiàn)制造或是設(shè)計問題，并且預(yù)防在之后生產(chǎn)期間出現(xiàn)相關(guān)的不足或是缺陷。

2.2 重點進行夾持邊的設(shè)計

應(yīng)用DFM開展設(shè)計工作的過程中，應(yīng)結(jié)合PCB產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)需求方面的夾持特點、固定要求，合理的預(yù)留寬度符合標準的禁止布放區(qū)域，在其中的正面部分、反面部分都需要設(shè)置禁止布放標志，在條件允許的情況下盡可能不布線。如果密度較高、不能設(shè)置夾持邊，就應(yīng)該采用設(shè)計工藝邊的形式、拼板的形式處理，之后取出其中的夾持邊。設(shè)計人員和部門應(yīng)該注意，在設(shè)計夾持邊期無需保持對稱性、成對增加處理，應(yīng)該實時性地研究和觀察，在不符合夾持位置要求的情況下在其中進行增加設(shè)計處理。而且為了確保各項工作順利開展，在設(shè)計夾持邊期間應(yīng)保證符合PCB外形要求、尺寸要求等等，借助DFM技術(shù)增強外形設(shè)計效果、尺寸設(shè)計的科學(xué)性，確保設(shè)計工作的高質(zhì)量與高效化執(zhí)行工作，發(fā)揮相關(guān)DFM技術(shù)的作用價值。

2.3 科學(xué)設(shè)計光學(xué)定位點與定位孔

應(yīng)用DFM技術(shù)開展有關(guān)設(shè)計工作的過程中，為確保所有設(shè)備都可以準確性進行元件定位處理，應(yīng)該在PCB上面合理設(shè)計光學(xué)定位點，在精準性定位的情況下，設(shè)置多個光學(xué)定位點，盡可能在邊緣區(qū)域分布，和所有的貼片元件之間相互覆蓋，將光學(xué)定位給點中心與板邊緣之間的距離控制為5mm，確保能夠符合機械設(shè)備夾持PCB的具體間距標準，同時相關(guān)的對角光學(xué)定位給點，不可以在對稱的區(qū)域中，如果PCB雙面都存有貼片元件，就應(yīng)該在兩個面設(shè)計光學(xué)定位點，如果元件的密度較高不能設(shè)計定位點，就應(yīng)該在設(shè)計期間將定位點設(shè)置在工藝邊上面，在需要對某個元件進行準確性定位的時候，就要通過局部性的光學(xué)定位點處理，其中非常重要的CSP元件、BGA元件、QFP元件等，都需要設(shè)置局部性的光學(xué)定位點，保證定位點的良好設(shè)計和應(yīng)用。而且在設(shè)計的工作中還需著重運用DFM技術(shù)設(shè)計拼板中的單板光學(xué)定位點，避免在生產(chǎn)期間出現(xiàn)不能兼容的現(xiàn)象。在每個光學(xué)定位點設(shè)計的過程中，應(yīng)該將直徑控制在1mm以上、3mm以下，為確保其具備一定的可識別性，在周圍區(qū)域還需要設(shè)計半徑在光學(xué)定位點半徑兩倍以上不具備電路特點或是標記的空曠位置，在這個位置半徑達到光學(xué)定位點半徑三倍以上的情況下，就可以確保識別的效果最高。其次，采用DFM技術(shù)措施開展定位孔的設(shè)計工作，主要因為在自動插件方面、波峰焊方面、電路板性能檢測方面，都需定位孔的支持，而且其應(yīng)該在PCB板兩側(cè)對角上面，處于對稱性的分布狀態(tài)，為確保能夠精準性的進行定位，應(yīng)該將定位孔誰當(dāng)在三個以上，內(nèi)壁無需進行電鍍處理，在拼板操作、設(shè)置工藝邊的時候，都能夠?qū)⑦@些結(jié)構(gòu)當(dāng)做是整體部分，只需要在整塊板上面設(shè)計三個定位孔就能夠滿足要求。在定位孔無法和生產(chǎn)定位需求相符的狀況下，就無法對產(chǎn)品進行批量性、大規(guī)模的生產(chǎn)。與此同時，定位孔應(yīng)用到PCB板組裝方面，當(dāng)做是落實固定孔的情況下，應(yīng)該將尺寸控制在2mm到10mm之間，不僅能夠規(guī)避變形問題，還能提升操作的便利性，而且可以將精確度控制在0.01mm之下，預(yù)防有定位不準確、探針接觸不良等問題。

2.4 重點進行元件布局的設(shè)計

一般情況下，PCB產(chǎn)品的生產(chǎn)效果、成本等都可能會受到布局因素的影響，因此在工作中需要使用DFM技術(shù)合理優(yōu)化和改善布局模式，嚴格進行布局密集度的控制和管理，預(yù)防因為密集度過高出現(xiàn)溫度過大的問題，而且在設(shè)計工作中還需適當(dāng)?shù)脑龆?、完善相關(guān)的PCB產(chǎn)品功能，通過DFM產(chǎn)品布局設(shè)計，創(chuàng)建相應(yīng)的產(chǎn)品功耗模型與熱量模型，應(yīng)對與處理元件布局問題，將問題控制在萌芽階段，縮短產(chǎn)品研發(fā)和開發(fā)周期的同時，降低生產(chǎn)成本。

結(jié)語：綜上所述，我國在PCB設(shè)計工作中運用DFM技術(shù)具有一定的價值和優(yōu)勢，不僅能夠降低成本，還可以提升產(chǎn)品設(shè)計可靠性與性能，推廣價值和優(yōu)勢較高。因此，要想增強PCB產(chǎn)品設(shè)計效果與水平，就應(yīng)重視DFM技術(shù)的運用，利用技術(shù)完善產(chǎn)品的外形設(shè)計模式、尺寸設(shè)計模式，創(chuàng)新相關(guān)的設(shè)計內(nèi)容和形式，改善當(dāng)前各項設(shè)計工作的現(xiàn)狀，發(fā)揮DFM技術(shù)在有關(guān)PCB產(chǎn)品設(shè)計方面的作用價值。