什么是PCB可制造性設(shè)計

在整個制造和商業(yè)領(lǐng)域，大量機(jī)器都依賴印刷電路板或PCB。同樣，PCB的功能使消費(fèi)者每天使用的設(shè)備成為現(xiàn)實。

在PCB的設(shè)計和制造過程中存在許多風(fēng)險，至關(guān)重要的是要以最大的效率實施生產(chǎn)。但是，要做到這一點，設(shè)計階段和制造過程中涉及的所有各方必須保持不斷聯(lián)系，以使產(chǎn)品創(chuàng)意得以實現(xiàn)。這就是所謂的制造設(shè)計概念及其步驟順序。

什么是制造設(shè)計？

制造設(shè)計（DFM）是一種過程，使制造商可以通過一系列最有效的制造手段來檢查產(chǎn)品的設(shè)計，以優(yōu)化其尺寸，材料，公差和功能。通過DFM，獲得認(rèn)證的產(chǎn)品承包商可以在一系列領(lǐng)域中仔細(xì)研究每個新產(chǎn)品的想法，以便為手頭的產(chǎn)品找到最佳的尺寸，材料和制造工藝。

希望同時削減開銷并提高產(chǎn)品質(zhì)量的制造商采用了DFM。DFM還可以在短期內(nèi)為物品找到替代的制造方法。例如，如果公司只需要少量產(chǎn)品，那么建立一些昂貴的高科技成型設(shè)備庫來生產(chǎn)限量產(chǎn)品可能是浪費(fèi)的。

同時，該產(chǎn)品可能需要獨特的測量，如果沒有常規(guī)的工業(yè)武庫，這些測量將很難制造。DFM幫助制造商找到可以節(jié)省成本的替代方法，例如用于熱成型方法的零件，否則將需要單獨的模腔。

DFM還可以幫助制造商改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計。如果一家公司過去已經(jīng)大量生產(chǎn)產(chǎn)品，現(xiàn)在計劃將其重新投入生產(chǎn)，那么這次可以通過重新評估原始設(shè)計和將其制成產(chǎn)品的過程來節(jié)省資金。如果他們確定所涉及的任何先前步驟是浪費(fèi)的，則可以從流程中消除它們。

DFM的目的是什么？

DFM的目的是消除設(shè)計師和制造商之間常見的誤解。在過去的幾十年中，由于相互之間的誤解，兩黨經(jīng)常會發(fā)生沖突。在典型情況下，設(shè)計人員將構(gòu)思具有一組測量值和一系列材料的產(chǎn)品。然后，設(shè)計師將藍(lán)圖和草圖發(fā)送給制造商，制造商的任務(wù)是將設(shè)計投入生產(chǎn)。如果他們在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)任何問題，則設(shè)計人員會將其留給制造商來糾正這些問題。

從設(shè)計者的角度來看，設(shè)計階段之后發(fā)生的步驟（包括修改）是制造商的責(zé)任。問題在于制造商通常不會理解設(shè)計過程的復(fù)雜性，而會知道何時某些測量或材料不切實際或不可能。在這種情況下，有時由于最后一刻的設(shè)計檢修而延誤了生產(chǎn)，這對于相關(guān)各方而言往往是昂貴的。有時，盡管存在缺陷以及產(chǎn)品缺陷和客戶不滿意的風(fēng)險，制造商還是總是將設(shè)計趕到生產(chǎn)。

借助DFM工程技術(shù)，設(shè)計，開發(fā)和生產(chǎn)過程中各個階段的專家都可以在每一步中共同努力。他們共同組成一個團(tuán)隊，每個部門的工程師都可以在開發(fā)，測試和發(fā)送產(chǎn)品修訂后實時聽到對方的輸入和反饋。DFM通過幫助公司幾乎立即發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并在制造團(tuán)隊開始生產(chǎn)之前很長時間進(jìn)行糾正，從而節(jié)省了金錢和時間。

使用DFM的產(chǎn)品和開發(fā)團(tuán)隊還包括制造過程之外的各方的意見，例如采購商，銷售商和律師。在完成產(chǎn)品設(shè)計后，公司將只花費(fèi)整個制造預(yù)算的一小部分，但是設(shè)計將決定產(chǎn)品的大部分成本。因此，制造商承諾產(chǎn)品時的風(fēng)險太大。

借助DFM，公司可以消除可能導(dǎo)致昂貴的生產(chǎn)停頓和運(yùn)行浪費(fèi)的錯誤，這要歸功于每個參與該過程的部門的工程師的合作審查。DFM還可以幫助制造商避免出現(xiàn)有缺陷的產(chǎn)品向公眾發(fā)布的情況，從而導(dǎo)致突然出現(xiàn)的缺陷，客戶投訴，多項訴訟以及其他PR壁畫，這可能會損害消費(fèi)者眼中的品牌名稱。

DFM因素

DFM的步驟包括以下順序，以確定給定產(chǎn)品的過程，設(shè)計，材料，環(huán)境和合規(guī)性。

1.制造過程

DFM的第一部分是確定要用于相關(guān)產(chǎn)品的制造過程的正確類型。當(dāng)您需要生產(chǎn)一定數(shù)量的產(chǎn)品時，該過程應(yīng)反映生產(chǎn)范圍和運(yùn)行計劃的壓制次數(shù)。

為了確定給定產(chǎn)品的最佳制造過程，應(yīng)考慮諸如產(chǎn)品尺寸和生產(chǎn)所需材料之類的因素。還應(yīng)考慮產(chǎn)品表面所需的步驟，以及是否需要在基本組裝階段之后進(jìn)行任何次要步驟。

2.產(chǎn)品設(shè)計

DFM的下一部分是檢查產(chǎn)品的設(shè)計并確定規(guī)格是否適合最終產(chǎn)品，或者在開始生產(chǎn)之前是否需要進(jìn)行任何其他更改。此步驟的目的是糾正先前運(yùn)行中可能出現(xiàn)的設(shè)計問題，并使這次生產(chǎn)更加順利，高效。

如果修改現(xiàn)有設(shè)計，請確保所做的修改符合基本設(shè)計原則。請務(wù)必與您的合同制造商討論此領(lǐng)域中的所有此類決策，因為這樣做將幫助您確保根據(jù)手邊產(chǎn)品的制造原理來進(jìn)行即將進(jìn)行的生產(chǎn)。

3.產(chǎn)品材質(zhì)

DFM的另一個關(guān)鍵方面是確定 所涉及產(chǎn)品所需的材料。根據(jù)產(chǎn)品的形狀，尺寸和預(yù)期用途，您需要考慮多種因素，例如材料或產(chǎn)品所需的強(qiáng)度，質(zhì)地和熱性能。

在此步驟中，您需要咨詢合同制造商，以確保所選的材料滿足手頭生產(chǎn)的要求。如果您有某種特定的材料，您將需要知道該材料是否可以承受熱量并傳導(dǎo)電，因為這些因素可能會使產(chǎn)品成敗。

4.最終環(huán)境

在最終確定產(chǎn)品的過程，設(shè)計和材料的選擇之前，您需要檢查消費(fèi)者使用產(chǎn)品的環(huán)境。確定了該環(huán)境可能對產(chǎn)品的材料和形狀產(chǎn)生的影響后，您必須確定三個先前的DFM選擇是否足夠。

制造示例設(shè)計包括考慮消費(fèi)者如何以及在何處使用您的產(chǎn)品。如果您要開發(fā)一種全年用于戶外的產(chǎn)品，那么這些材料將需要能夠承受各種環(huán)境溫度和天氣條件。如果用戶要將產(chǎn)品安裝到其他對象上，則設(shè)計將需要適應(yīng)各種設(shè)置。

5.測試/合規(guī)

DFM的最后階段是確定所涉及產(chǎn)品的設(shè)計和材料是否符合在此問題上有發(fā)言權(quán)的各個實體的安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。可以通過第三方ISO認(rèn)證的測試機(jī)構(gòu)來確定。中立的制造業(yè)分析師必須監(jiān)督測試。

各種實體的標(biāo)準(zhǔn)可能會影響您在當(dāng)前狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)計的能力。例如，法規(guī)可能會認(rèn)為您的產(chǎn)品在其現(xiàn)有配置中不安全。該產(chǎn)品可能不符合其預(yù)期行業(yè)的規(guī)范。產(chǎn)品的設(shè)計甚至可能不符合貴公司的安全標(biāo)準(zhǔn)。

常見設(shè)計錯誤

在PCB的設(shè)計和生產(chǎn)過程中，采用DFM可以消除以下錯誤。

1.邊緣間隙

制造商在PCB設(shè)計上可能犯的最重大錯誤之一是不允許足夠的邊緣間隙。對于沿PCB邊緣的銅來說，此問題可能會成問題，因為如果缺少保護(hù)涂層，銅會腐蝕。如果您在設(shè)計PCB時沒有考慮這一余量，則在最終切割過程中可能會去除涂層。

幸運(yùn)的是，如果您在電路板的設(shè)計中添加了必要的間隙，則可以輕松糾正邊緣余量問題。對于PCB的外層，涂層只需要在設(shè)計上額外增加0.010英寸即可。對于內(nèi)層，涂層只需要在設(shè)計上額外增加0.015英寸。

2.制造酸性陷阱

如果不考慮此問題，在PCB設(shè)計中可能會經(jīng)常出現(xiàn)酸陷阱。為避免這種可能性，切勿以銳角設(shè)計成角度的走線。例如，45度角比90度角更可取。后者可能會使PCB易受酸阱的影響，而前者通常不會出現(xiàn)此問題。完成布線后，請始終仔細(xì)檢查所有走線角度，以確保沒有連接的走線產(chǎn)生了陷阱。

3.復(fù)雜的電路板布局

如果遇到電路板變得復(fù)雜的情況，則應(yīng)將設(shè)計重新考慮為更具溶解性的計劃，以便在同一側(cè)組織所有必要的組件。一些PCB設(shè)計人員有時會犯的一個錯誤是將一些元素放置在電路板的反面以釋放主面的空間。

當(dāng)您在PCB的兩面放置組件時，會增加制造過程的成本。此外，在PCB另一側(cè)添加組件對制造商來說增加了許多麻煩。

4.焊盤之間沒有阻焊層

在PCB設(shè)計中， 阻焊層 是所有電路板中最關(guān)鍵的元素之一，因為它可以防止銅與其他金屬之間的接觸。如果在焊盤之間不存在阻焊層，則負(fù)極金屬之間可能會形成接觸，從而導(dǎo)致意外短路。

為確保每個電路板都有足夠的阻焊層，請在所有PCB生產(chǎn)的設(shè)計規(guī)則中包括該阻焊層。這樣，將大型PCB的設(shè)置轉(zhuǎn)換為較小的電路板時，阻焊層的應(yīng)用就不會出現(xiàn)任何問題。

5.將過孔放置在焊盤中

如果PCB上空間狹窄，您可能會想增加通孔來釋放空間。但是，這可能會通過將焊料從板上拉走而削弱PCB的安裝能力，從而使焊接過程無效。即使過孔選項在某些情況下可能有用，也僅在必要時使用它。對于微型，盲孔和掩埋通孔，也是如此。

制造設(shè)計如何轉(zhuǎn)化為PCB布局

在 PCB工程中，DFM的原理可幫助制造商將所有設(shè)計規(guī)格保持在功能布局中，而與所討論的PCB尺寸無關(guān)。當(dāng)將一塊電路板的組件集成到較小的PCB中時，可能難以將它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，并且難以避開諸如酸阱和邊緣間隙問題之類的問題。DFM有助于在電路板投入生產(chǎn)之前避免這些問題。

通過DFM工程，經(jīng)過認(rèn)證的制造商會檢查電路板的設(shè)計，以確保其測量結(jié)果足以滿足PCB的預(yù)期用途。他們還檢查了電路板設(shè)計，以確保其可在預(yù)期的環(huán)境中運(yùn)行。例如，如果電路板將被用于產(chǎn)生大量熱量的機(jī)械中，則PCB設(shè)計將需要包含能夠承受這些條件的組件和保護(hù)元件。

DFM流程還確保如果PCB設(shè)計未能通過一系列標(biāo)準(zhǔn)測試，則不會獲得生產(chǎn)批準(zhǔn)。例如，如果PCB在一組可能的工作條件下容易失效，則設(shè)計人員將需要使用其他組件對電路板進(jìn)行重新加工，直到可以處理其相應(yīng)設(shè)備的任務(wù)。

在PCB生產(chǎn)中，DFM的原理與制造設(shè)計息息相關(guān)，涵蓋了制造問題以及如何將其應(yīng)用于PCB。