PCB DFM工艺

关键的外卖

• 在PCB设计中不遵循DFM实践的潜在问题

• PCB设计师如何在他们的设计中融入好的DFM方法

• PCB设计工具中不同的DFM特性和功能可以提供帮助

通过将良好的DFM方法集成到PCB中来避免生产延迟

制造设计

为制造而设计(DFM)是优化生产电子设备的工程工作流程的实践。举几个例子，这些实践涉及到设计方面的变化，比如适当的文档和层堆栈信息，以及采购方面、成本优化和项目生命周期管理(PLM)。

在产品设计中，你不能忽略制造成本或生产成本的责任。你的设计过程告诉你的制造方法，这是前所未有的。通过并行工程和团队设计，无论设计阶段如何改进生产过程，您都可以在开发过程的所有阶段以更低的成本获得更高的产品质量。

在将创新技术推向市场的竞争中，每天都有新的电子设计从绘图板上诞生。在如此激烈的竞争中，不仅是最新和最伟大的设计将赢得胜利，还包括哪些电路板可以快速、有效地制造，并以最低的制造成本制造。为了实现这一目标，今天的PCB工程师需要深谙此道为制造而设计或DFM，技术和方法。

为什么DFM在PCB设计中很重要

当电路板原型首次开发时，关注的焦点通常是功能而不是电路板的可建造性。因此，组件在板上的位置可能没有优化组装，这可能导致更高的组装成本。即使在有限的生产运行原型，大量的制造成本可以通过设计板自动化制造节省。

然而，当电路板准备进入生产阶段时，这些问题会被放大。不适合制造的组件必须重新定位，以避免手工组装的必要性。正如你可以猜到的，在1000块板的运行中，即使是手工焊接一个组件也会迅速增加制造成本和延迟。另一个问题是没有选择用于长期生产的部件。如果它们的价格过高或可用性有限，电路板将遇到额外的制造问题。

虽然在新产品引入(NPI)过程中经常会解决这些问题，但这可能会给电路板的发展带来新的困难。为了使电路板更易于制造而不得不更换敏感元件，最终可能会影响电路的性能。电路板需要广泛的布局变化，以纳入DFM的变化，最终可能会经历一个完整的重新设计和重新验证其功能。

为了避免所有这些问题，PCB设计人员需要在最初的电路板设计中纳入良好的DFM实践。这将减少以后更改的需要，并保留敏感电路的布局，这些电路在原型中根据性能进行了微调。在电路板设计中理解DFM的第一步是意识到没有它们可能发生的制造问题。

PCB的3D布局，遵循良好的DFM实践是必不可少的

如果不遵循DFM要求，可能会发生的问题

为了尽可能快速高效地组装印刷电路板，根据制造商的DFM要求进行设计是很重要的。然而，在我们开始研究这些问题之前，让我们先检查一些更常见的问题，如果不遵循这些需求，可能会发生这些问题。

没有针对价格和可用性进行优化的组件选择

不同来源的电子元件价格可能不同，这可能会对电路板的组装产生意想不到的影响。虽然这可能对原型的成本影响不大，但一旦电路板投入生产，成本就会迅速上升。例如，为一个设计中使用了10次的部件支付额外的10美分，在一块电路板上增加的1美元可以忽略不计。然而，对于1万块电路板的生产，成本现在增加了1万美元。当你考虑电路板上的所有部件时，即使一分钱的差异也会对你的组装预算产生巨大的影响。

然而，在采购组件时，价格并不是唯一的问题。不同的供应商和分销商也可能提供不同的零件可用性。这些部件的价格可能是最低的，但如果在电路板生产时没有它们，你可能会面临昂贵的制造延误。更糟糕的是本设计选用的部件都处于产品生命周期的末尾。被标记为不推荐用于新设计(NRND)、寿命结束(EOL)或过时(OBS)的部件最终将不可用。这些部件将不得不以更高的价格从其他资源采购，或者必须重新设计电路板以适应新的部件。

自动化装配故障

放置在PCB上的未针对自动组装进行优化的组件可能会在制造过程中导致以下一些错误:

焊点不良:波峰焊时没有正确旋转的部件可能形成不良焊点。这种情况可能发生在通孔和表面贴装(SMT)部件上。组件的位置也很重要，因为一些部件可能会阻止良好的焊料应用到其他部件上，从而产生更多的不良连接。	焊料短裤:非常接近的表面安装引脚可能会在它们之间形成薄薄的焊料条。这些焊料条子会产生难以发现和纠正的间歇性短路。
墓碑效应:分离的SMT部件在其引脚之间的热不平衡可能会在通过焊料回流炉时出现问题。这种不平衡可能会使其中一个销子脱臼，并把零件拉起来，直到它像一个墓碑上．	浮动部分:经过焊料回流焊的SMT组件如果焊盘尺寸错误，可能会浮出位置。这可能会对其他电路造成干扰。

任何没有正确放置的PCB组件都可能需要手动组装。这将大大减缓电路板的制造，并花费更多的时间和金钱。

设计可用性

另一个常见的问题是电路板不是为完整的系统组装和可访问性而设计的。通过放置连接器在难以访问的电路板上，它可能会减慢整个系统的制造，并在以后产生额外的问题。在某些情况下，电路板连接器、开关和其他机械接口被放置在组装过程中被其他系统级组件遮挡的地方。这可能会迫使董事会重新设计。

我们的目标是降低您的生产成本和增加吞吐量的设计板制造时没有任何错误．接下来，我们来看一些方法PCB设计者能够做到这一点。

PCB不仅要设计为自动组装，也要设计为人工组装

在PCB设计中结合DFM方法

可制造性设计通常被认为只属于PCB布局。事实上，好的DM方法应该应用于设计的所有部分。目标是设计一个电路板，可以没有任何错误的组装这个过程从原理图中选定的部件开始。

DFM在原理图中启动

在获取原理图时，PCB设计人员将为电路板选择所需的组件。这通常是基于部件的功能，但还有其他因素也应该考虑。这些因素包括组件的价格、可用性及其生命周期状态。正如我们前面指出的，可能发生的主要DFM问题之一是时间所选零件太贵或者无法使用。为了确保避免这种DFM问题，设计师应该仔细检查他们的材料清单(BOM)，以确保他们选择的零件是可用的，并且价格合理。

有一种方法可以帮助你自己，那就是让你的PCB制造商在你的设计早期参与进来。他们将能够帮助您选择组件，识别哪些组件可用或不可用，以及哪个分销商提供最好的价格。他们还可以推荐其他电路设计方案，可以利用更便宜或更容易获得的替代组件。

PCB布局准备

为布局准备PCB数据库是开始设计的必要部分，但对于良好的DFM也是非常重要的。在设计的早期阶段，会有一些关于如何设置电路板的重要决定，这也将直接影响电路板的制造方式:

单板层堆叠:堆叠通常定义为信号完整性和热管理，但电路板的可制造性也需要考虑在内。这方面的一个例子是决定所使用的过孔的最佳钻宽比所需的板厚度。这可能需要使用不同的板材料或改变板层数。

机械轮廓:为了在CAD系统中创建准确的板轮廓模型，需要详细的板的形状和尺寸的机械图纸。它还应该包括在哪里放置固定部件和其他机械特征的细节，如安装孔和槽。为了避免昂贵的重新设计和装配错误，良好的沟通设计团队所有成员之间的沟通是必不可少的。

图书馆的部分:为避免在组装时焊接问题，设计中使用的库部件的最新版本应在手边。使用行业标准或供应商指定的占地面积将有助于确保板上的组件将容易地用自动化制造设备组装。

为了获得最佳的电源完整性，最好选择紧凑的位置，但它也可能导致DFM问题

根据DFM要求放置和布线PCB组件

在高速和电源电路中，PCB元件的放置和布线需要以最短的信号路径进行布局，以达到最佳的电气性能。这就要求组件之间非常接近，这反过来又会给自动化组装设备带来问题。PCB设计师在布局电路板时，在电气和制造需求之间建立平衡是很重要的。以下是设计师应该注意的一些要求:

设计定稿和文档

除了位置和路线，在PCB布局过程中还有许多其他任务会影响电路板的可制造性:

PCB测试:为了验证装配过程的准确性，电路板通常包括测试夹具探头可触及的测试点。然而，如果测试点没有包含在原始设计中，那么在进入生产阶段之前，电路板将不得不重新设计以添加它们。这样的重新设计不仅成本高且耗时，还可能会引入以前不存在的新的DFM问题。

丝印和板标记:丝印标记对PCB测试、返工和调试很重要。如果电路板上没有必要的信息，在返工和测试技术人员寻找特定部件或极性标记时，制造速度可能会减慢。

图纸:如果没有完整和准确的信息，在验证制造细节时可能会损失时间，甚至更糟糕的是，在电路板的生产中会产生错误。

正如我们所看到的，为了实现无差错电路板制造，必须满足许多不同的DFM要求。为了满足这些要求，所使用的PCB设计工具必须配备专门为DFM设计的特性和功能。接下来，我们将看看这些功能在PCB设计系统中是如何帮助的。

通过遵循良好的DFM实践，您可以避免手工PCB组装过程

PCB设计工具如何帮助您在设计中实现良好的DFM

现在我们已经了解了PCB设计中常见的一些可制造性问题以及如何预防它们，下一步是应用良好的DFM实践在我们的设计中。要实现这一点，需要一个PCB设计系统，为您提供根据规则进行设计所需的工具，以及强大的功能，以增强和简化您的工作。

一个制造业工程师和一个设计工程师不总是最同步的一对，但有适当的DFM准备设计选择不需要最小化降低成本尝试。材料选择期间可以考虑什么设计决定全面提高研究方法而且制造业操作．你可以使用的最好的工具之一是Cadence的Allegro PCB Designer。以下是Allegro中的一些功能可以提供帮助。

使用统一部件搜索功能获取正确的组件

过时的、太贵的或根本没有的组件会增加大量的费用并延迟电路板的制造。为了避免这些意外装配成本，您需要访问最新的零件及其数据表和零件信息。传统上，这需要一个很长的零件采购过程，然后零件才能用于设计。

Allegro通过使用统一部件搜索工具改进了这一搜索过程。有了它，PCB设计工程师可以搜索批准图书馆资源获取元器件信息，然后将数据下载到自己的原理图中，以便立即使用。这使设计人员能够访问供应商信息，如数据表、符号和足迹模型以及3D步骤模型。通过统一部件搜索，PCB设计人员可以放心，他们在设计中使用最新的供应商批准的部件。

通过统一部件搜索，Allegro设计师可以立即找到他们需要的部件并使用它

先进的CAD功能，创建特定的PCB足迹

即使能够将库部件直接下载到PCB设计系统中，仍然会有需要定制部件的时候。可能还没有一个批准的占用空间，或者您可能需要一个修改过的占用空间来满足独特的设计需求。在这些情况下，您将需要一个CAD系统，使您能够轻松地创建布局的原理图符号和足迹。

Allegro有很多不同的功能来帮助创建图书馆的部分．您不仅可以使用大量的起草工具，而且还可以使用部件创建向导来节省您的时间和工作。一个不正确的零件会导致你的设计中的各种DFM错误，当你建造自己的零件时，它们是正确的，这是至关重要的。

设计时的实时DFM规则

有一段时间，一组简单的清理规则适用于PCB设计，但现在情况不再如此。不同的组件、板的不同区域和不同的制造技术都规定必须遵守多个DFM规则。这可能会让设计师难以保持头脑清醒，而且大多数工具都无法追踪所有这些不同的规则。幸运的是，Cadence已经为您提供了帮助。

的DesignTrue DFM技术在Allegro PCB Designer是为复杂的DFM规则和约束。作为Cadence Constraint Manager系统的一部分，但与基于信号的约束分离，DFM规则可以设置为专门监控不同的金属与金属间隙以及非间距条件，如孔和丝印。在Allegro中，您可以设置并检查您的电路板通过制造商的DFM要求所需的所有内容。

前沿位置和路线工具

为了满足您的制造商的DFM要求，它有助于有最佳的组件位置和跟踪路由工具易于使用。Allegro提供了大量的特性和函数来帮助您实例化和细化组件在板上的位置。您不仅可以根据DFM规则和约束轻松地放置组件，还可以根据需要快速编辑该位置。

放置完毕后，可以使用各种工具快速路由连接的网络，这些工具将为您提供手动或自动控制跟踪路由的功能。这些工具还与设计规则和约束不仅要管理您的电路板的电气性能，而且要保持设计在DFM公差范围内。

使用IPC 2581开放标准与制造商直接传输数据

在PCB布局中，好的DFM从正确的板层堆叠配置开始。电路的需求必须与制造要求和成本相平衡，以便电路板的生产没有错误。电路板制造商在设计这些堆叠配置上建立了他们的职业生涯，但在布局开始之前，一直存在将这些数据纳入PCB设计的问题。

Allegro PCB Designer为这个问题提供了一个解决方案IPC-2581双向接口．IPC-2581是一个用于在设计和制造之间通信PCB制造数据的开放标准。PCB设计人员可以将制造商推荐的堆叠数据直接拉到他们的设计中，而不是手动重新创建堆叠。然后，当设计完成后，可以使用IPC-2581接口将制造和组装文件发送回制造商。

通过Cadence的客户合作伙伴门户开放供应商沟通

沟通通常是导致DFM错误的罪魁祸首之一，Cadence通过提供一个合作伙伴计划来解决这个问题，以开放设计师和制造商之间的沟通。与DesignTrue DFM合作伙伴计划例如，PCB设计人员可以在开始设计之前与合作伙伴制造商进行沟通。通过这种方式，您可以将设计需求直接发送给领先的制造商，他们可以用一组Allegro规则和约束进行响应，这些规则和约束可以直接读取到您的设计环境中。

使用Allegro PCB设计器完全支持DFM

随着提高产品上市时间和产量的需要，设计印刷电路板来满足DFM需求不再是你的选择了。每个提交制造的PCB都应该完全符合DFM，以实现无错误的制造和组装。对于一些设计师来说，这可能是一个方向上的改变，但Cadence已经用他们软件的全部服务和功能铺平了这条道路。

为了保持DFM曲线的领先地位，你需要最好的PCB设计工具为了使自己与制造商的要求保持一致。Allegro PCB Designer拥有您需要的工具和功能，以完全设置您的设计，以实现无错误的制造。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．