制造DFM(可制造性设计)培训最强资料

第一讲 DFM(可制造性设计)
一、概述：
1.1最优化设计DFX
随着越来越多的公司引入可制造性设计（DFM）方法来提高利润和产量，最优化设计（DFX）的概念逐渐变得引人瞩目起来。

成功实施DFX，可以确保产品的生产和检测质量，保证高度的可制造性和可测试性，因而DFX可以说是电子组装中的一个关键性因素。

缺乏有竞争力的DFX文化和方法可能导致设计失败。

虽然DFX已被各种各样地定义，但总的来说包括以下几种：
DFM：Design for Manufacturing，可制造性设计；
DFT／DFD： Design for Test／Design for Diagnosibility可测试/可分析设计；DFA：Design for Assembly，可装配设计；
DFE：Design for Environment，环保型设计
DFF：Design for Fabrication of the PCB，PCB可制造性设计；
DFS：Design for Sourcing，可周转性设计；
DFR：Design for Reliability，可靠性设计；
DFX：Design for "X"，包括以上所有。

SMT行业正渐渐地、实实在在地接受DFX的概念。

要让公司的各部门，特别是分布在全球各地的公司各部门，普
遍接受DFX理念，虽然是一件困难的任务，不过随着新型传媒（如Web）的发展和公司决策阶段的不断重视，DFX 的实施会在企业内部及行业内逐步延伸和深化。

表面贴装顾问委员会（SMC）在七八年前就提出了DFX概念，以鼓励可制造性（DFM）、可测试性和可靠性等的设计。

从那以后，SMC不断推广DFX概念并鼓励应用DFX。

在1996年的表面贴装国际会议上，DFX是其中一个主要议题；同年SMC 出版了一个包含6个DFX白皮书的文件（其副本可从IPC–连接电子工业协会获得）。

该文件名SMC-WP-004，包括以下论文：《成功的设计》，作者为Hiatt & Associates公司的Dale Hiatt；《装配设计》，作者是Tessera公司的Vern Solberg；《构造设计》，作者是德州仪器公司的Foster Gray；《测试设计》，作者是Teradyne公司的Paul Spitz ；《可靠性设计》，作者是Engelmaier & Associates公司的Werner Engelmaier和乔治亚技术学院的Laura Turbini；以及IPC的Christopher Rhodes所写的《环境设计》。

DFX是一种方法论，它涉及产品的制造和设计的各种类别的方法。

它既可以说是
一门科学，也可以被称为艺术。

成功的DFX团队应该把创造性思维与基础工程技
术相结合，把激情和责任相结合。

因为DFX能够一方面提高产品质量、可靠性和
客户满意度，一方面缩短产品的开发时间和制造周期，降低产品成本；它可以减少产品从概念形成到交
付客户所需的整个时间周期，这是决定性的成功因素。

DFX 必须是公司文化的一部分，必须得到各级管理层的有力支持。

其目标必须是可计量的，其利益必须是值得追求的。

1.2设计目标：X与利润
产品的生命周期由两个关键阶段组成：概念期和实施期。

在概念期，性能和成本是主要驱动力。

这一阶段包括三大任务：需求分析、产品定义和设计完成。

实施阶段包括六大任务：建立模型、确立试验、确证产品、预生产、第一批样品制造和全面生产。

因为希望尽快投产并推向市场，经典的设计方法鼓励快速地完成设计。

然而，许多时候，由于关键性功能或可制造性问题被忽略，反而使整个过程变慢了。

而由此引起的问题需要一次或多次重新设计才能纠正。

同时,每一次修正都需要额外建立模
型来加以确证。

所以，现代设计方法鼓励更长时间的，更详细的设计。

其结果是，在前期花费了更多的时间，但实际上却减少了推向市场的时间，因为在设计完成之前，产品的每一个关键因素都得到了仔细分析，错误也被纠正了。

在产品的概念阶段，就应该组成协作的工程团队。

协作工程就是将一个公司的资源、知识和经验结合起来，同步应
用于产品的开发、设计和制造之中。

这个团队涵盖了各个功能领域，如设计工程、制造工程、质量工程以及制造与采购。

它从一开始就重视功能性、可制造性、可检测性、可靠性、质量、成本和环境等主题。

从一开始就协作工作，提高了设计成功的可能性。

新产品引进（NPI）是产品开发、设计和制造的一个结构性步骤，它确保了组织、
计划、交流和管理工作的良性运行。

ISO认证要求记录下NPI处理过程。

这一过程必须确保产品符合客户和相关标准制定机构指定的所有设计要求。

在很多情况下，产品设计演变成为性能、可制造性和成本之间的折衷方案。

但是，质量和可靠性永远不应该打折扣。

DFX 团队应该在两个关键点上进行风险评估：一是在设计完成时，一是在第一批样品制造时。

应该记录下这些风险，并且与管理层进行讨论，同时，在项目推进前，采取防范措施来预防风险。

1.3 DFX文化
启动DFX项目，坚持DFX理念不是一件容易的事情——它需要时间和付出，不过
它能够带来的成果是值得我们为之努力的。

在项目开始之前，应该清楚自己的想法和期望。

推荐引用下列战略原则：
①—DFX必须是公司文化的一部分；管理层必须支持和鼓励DFX。

②—DFX应当以客户需求为主导，即充分理解客户的需求和愿望。

③—DFX要求团队协作和创造性思维；管理层必须支持团队协作和开放性思维。

④—DFX必须有可计量的、合理的目标；通过最为关键的成本、成品率等方面来确定。

⑤—DFX必须易于应用，必须建立和记录其方法及程序，必须使用行业准则和标准
1.4DFM的重要性
有人对DFM作了如下解释："DFM主要研究产品本身的物理设计与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于产品设计中以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化。

DFM可以降低产品的开发周期和成本，使之能更顺利地投人生产。

"
换言之，DFM就是在整个产品生命周期中及早的发现问题并解决问题，通过这一方法降低成本、缩短产品投人市场的时间、提高产品质量、提高产品的可制造性、缩短生产时间、提高工作效率。

以下是HP公司关于DFM的统计调
查，产品总成本的60％取决于最初的设计；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。

可见DFM在产品结构中的重要性。

我们可以从两个方面来理解DFM的含义，或者说可以用两个尺度来衡量DFM：①生产工艺性。

②使用工艺性。

说白了，首先设计的产品在当前的技术水平下在合理的生产成本控制内能够生产出来，其次，该设计方案值得去做，值得去生产，做出来有市场。

实行DFM有其内外部的原因，这些因素概括起来主要有：
1)有利于制程的标准化。

DFM规范在企业内外部起到了一个良好的桥梁作用，它把设计和制
造及产品部门有机地联系起来；另外，也可以达到生产测试设备的标准化。

2)有利于技术转移，简化产品转移流程。

当前外包趋势使得OEM(电子原始制造商)和EMS／CM公司(电子制造承包商)之间的有效沟通成为必要，具有良好可制造性的产品可在OEM与EMS，CM间实现平滑的技术转移和过渡，快速地组织生产；设计与制造的通用性，有助于企业实施全球化策略。

3)降低新技术引进成本，减少测试工艺开发的庞大费用。

4)节约成本，改善供货能力。

低成本和高产出以及良好
的供货能力是所有电子产品制造商永恒的追求目标，不管是OEM还是EMS／CM；另外，高可靠性也是产品长期成本降低的基础；DFM提供的是最有效、最经济的
解决方案，实施DFM规范可有效地利用资源，低成本、高质量、高效率地制造出
产晶；如果产品的可制造性差，往往需要花费更多的人力、物力、财力才能达到目的，同时，还要付出延缓交货和失去市场的沉重代价。

5)新产品开发及验证的基础。

无适当DFM规范控制的
产品，在产品开发的后期，甚至常常在大批量生产阶段才会发现这样那样的瑕疵，此时指望更改设计来修正缺陷，无疑会增加开发成本并延长产品推向市场的时间，失去主动权。

6)迎合PCB／SMT技术日趋复杂的挑战。

二、启动DFM
2.1DFM的开始
首先，必须认识到DFM的必要性。

这对一个高级管理者来说可能是小事一桩，但
对刚刚开始实施DFM的员工来说却是另外一回事，他们要通过参与DFM会议或
研讨会来
自我教育，与他人共享知识。

内部推广DFM的其它方法包括，把有关DFM的研
究提交给关键人物或邀请顾问与公司领导讨论DFM。

至少需要工程和制造两方面
的领导确信DFM的必要之后，再去组织其他人员来协力支持。

开始DFM时，首先要坚持产品功能第一的原则，在不影响产品功能的前提下需要
考虑的内容包括贴装、主板测试、整机装配、测试、检验和返修，减少整个产品的制造成本(元器件和制造工艺)、减化工艺流程；选择高通过率的工艺、选择标准元
器件和工艺；减少治具及工具的复杂性和成本。

考虑的另外的步骤是：统一来自制造和设计部门的信息；告诉设计和生产人员彼此的能力，让设计人员参观生产，反过来也是：去除工程与制造部门之间的屏蔽。

DFM的方式可以让生产人员进驻设计组，直接和设计师面对面的交流；其次是通
过Email、电话会议、FTP网络反馈给设计师。

而设计人员必须热心的关注产品的
生产情况。

通过工程与设计部门解答DFM问题，成功地把新产品推向生产，量化DFM的影响，然后推出市场。

2.2DFM的几个实施阶段
DFM按时间可分为四种阶段，协作性的设计
(Collaborative Design)，综合分析(Comprehensive Analysis)，打样前分析(Basic
Pre-Release Analysis)，打样后分析(P。

sc-release Review)。

在不同阶段DFM的实
施对生产成本的影响也是不同的。

协作性的设计是分析所有的设计要素，贯穿整个设计过程，包括DFT、DFS，从电路及结构设计原理图到PCB布线和结构件检查，BOM分析，调查可替换的设计选择，这一阶段的DFM方式是生产人员加人设计组，与设计同时开始。

综合分析是在设计周期的早期阶段最大的提升设计方案。

包括DFF、DFA，PCB布线，成本和质量的考虑，BOM 分析，调查其他可替代的设计方案，这一阶段在印刷电路布线之前开始。

打样前分析是在设计文件已定，准备打样之前检查设计内容。

从DFM和设计文件方面去检查。

需提供各部分的标准DFM报告，并标明问题的严重性。

这时的DFM 问题一定要跟踪直至得到修正。

否则会造成不必要的成本浪费和设计周期的延长。

打样后分析是一种亡羊补牢的方式，是把打样过程中碰到的问题反馈给设计师，问题的反馈最好包括打样报告和设计建议。

2.3DFM的流程
产品设计、生产周期与DFM参与的流程如图3．随着OEM和EMS公司之间的合作越来越密切，产品愈来愈多的外包生产，最好让EMS的DFM工程师及早的参与产品的设计。

现在也有许多专业的DFM公司提供DFM／DFA／DFY服务，但基本的流程相同。

DFM的分析过程如图4。

三、SMT DFM规范
虽然DFM相当重要，但是目前还没有哪家公司或者行业发布过针对SMT的完善的DFM规范，因此我们必须建
立自己的DFM规范。

建立DFM规范要坚持几个原则：①
符合国际或国内的相关标准；②结合自己公司的具体情况；
③在公司内部及时更新发布DFM规范；③保证DFM的机
密性。

建立DFM文档不可或缺。

即使正式的或书面的DFM指导原则还没有确立，组成它们所需要的大部分内容可能已经早就存在了。

在那些已经涉及到设计过程的部门里，由设计者创建和使用的CAD程序库和设计规则，就是建立DFM 文档的一个良好开端。

当然，我们也可以从各标准组织的信息来获得这方面的信息，如IPC，电子工业联盟（EIA）和表面贴装设备制造商协会(SMEMA)；然而，这类信息可能不足以满足个别具体的制造过程的需要或具体客户的要求。

从标准组织获得的信息，
通常来说是在某一范围内的，而某一组织期望的也许是为每个单一项目确立一致的规格或性能。

而确保所有的DFM指导原则符合所推荐的行业标准(也就是标准的目标)，则是非常重要的。

另外的信息来源是元件供应商。

与此设计有关的所有组织，都需要参与到DFM 指导原则的制定和修改中去。

设计工程、测试工程和加工/制造工程等组织通常都需要置入DFM指导原则中.
以下是应该包括在任何DFM指导原则中的主要项目列表：* SMT和通孔元件的选
择标准
* 印制电路板（PCB）尺寸要求
* 焊盘、垫片和圆筒尺寸要求
* 标志符和命名惯例
* 波峰焊接/回流焊接条件
* 元件定位要求
* 元件间距要求
* 基准要求
* 可测性设计要求
* 适用的行业规格
3.1DFM指南的建立
DFM检查表单中的设计规范依据DFM指南。

DFM指南是为一个公司制定预期结
果基线所必须的，同时也是设计与制造之间的桥梁。

一般参照IPC 、SMEMA及国
家标准，并结合本公司的实际制造能力、工艺水平及设计规范而制订。

这是因为，企业内各个工厂往往有着不同的技术和设备能力，不同的产品也需要不同的工艺，另外，有限的资源等制约因素，都要求企业建立自己的DFM系列规范。

由于DFM
规范是基于企业及业界当前的制造设备和技术水平而制订的，而企业的内部情况并不完全一致，所以，选择组装技术时，需综合考虑当前和未来工厂的制造能力。

DFM指南开始可以是一页简单的合理的行动列表，类似于DFM检查表单。

后来，可能进化成一本更复杂和更全面的手册，定义每一个有用的部分和过程。

当然，最好开始简单，使得指南清楚交流、容易理解和马上可用作参
考。

信息越复杂，越可能被放在个人的书架上，而不是新产品设计时实际的查阅。

和其它任何文件一样，指南必须得到维护，以使其准确地描述制造者的能力。

当生产自动设备被替换或更新或新技术引入时，这一点特别重要。

3.2DFM软件的使用
有许多商业够买的DFM工具，以及世界级公司内部创建的工具。

DFM工具是为了提供一个框架，以目标的方式来使可制造性的测量和影响特征化。

据说Valor Trilogy就是一种广泛应用的DFM分析设计软件。

其主要功能在于：
a)准确检查元件与绘图的一致性、PCB边缘空留、元
件间距、选择性波峰焊元件空留、通孔、基准点、元件方向性标识、焊盘尺寸等。

同时保证检查的完整性，避免人工检查的遗漏。

可提供客户外部规则档案(ERF，External Rule File)，以便在设计过程的最初阶段，确保达到最佳的制造状态。

b)将产前DFM的周期时间缩减30％。

c)从单一智慧来源产生所有的制造资料。

d)让组装线的设置达到最佳状态，并降低SMT cycle
time至最少。

e)SMT组装线的模型制作与最佳化，避免在机器设定
期间反覆进行试验。

3.3DFM检查表单的建立
DFM检查表单是便于系统、全面的分析产品设计的工具。

表单至少包括检查项目、关键点。

从内容上讲主要包含以下方面：
a) 产品信息、数据(如电路原理图、印刷电路设计图、组装图，CAD文件等)
b) 选择制造与加工工艺流程，AI，SMT，PTH，焊膏通孔(Paste-In-Hole)，回流焊，波峰焊，手焊，浸锡等
c)电路块的划分规则
d)线路板尺寸、形状与生产能力的对比
d)元器件的选择与焊盘图形设计
e)印刷电路板的形态(层数，基准点，阻焊膜，丝印层等
f)定位孔、通孔、基准标志和工艺夹持边
g)原器件的方向、位置、间距
h)布线宽度与线距
i)电源线与地线
j)阻焊膜
k)测试盘的设置
l)排版与布局
m)波峰焊接/回流焊接对通孔安装图形设计的DFM要
求
n)波峰焊接/回流焊接对表面组装DFM的要求
o)表面组装热设计
p)表面组装测试性设计
q)表面组装维修性设计
r)三防设计
g)机械组装要求
3.4DFM报告
DFM报告用来反应整个DFM过程中所发现的问题，因此公司各部门最好各自制定统一的DFM报告模板，以便提供给每个客户或设计师。

报告模板清晰，有层次，使别人一目了然，知道存在的问题及重要性。

报告中包括：客户名称、产品名称、PCB的简单描述、问题描述、问题严重等级、责任人、跟踪状态等。

对于问题的严重等级可分为非常严重、较严重、严重、一般、提醒等各种表达方式。

所有严重性的问题必须在打样之前修改好。

DFM的问题描述要简单明了，可附以图片增加直观性，问题提出后一定要阐明原因及修改建议。

因为有些问题是由于设计者的疏漏，而更多的是由于他们制造经验方面的欠缺，对于DFM
的问题不知其因，更不要说如何去修改，所以好的DFM报告在问题描述、可能会导致的缺陷一栏中要花很大精力去准备。

3.5DFM反馈步骤
所有DFM的内容对生产的影响如何，起到了怎样的作用，这通过DFM反馈步骤来证实，这一点是必要的。

为了有效地传播制造车间和设计师所得到的知识经验，一个有效的方法是，由设计人员和生产人员或者DFM人员使用制造工艺来建立所有的工程模型。

反馈必须传递迅速准确，使得设计小组可以马上更正由生产人员在模型上所观察到的任何问题。

3.6DFM规范的发布与更新管理
一旦建立了DFM的指导原则，一方面它必须容易得到的；另一方面，它可能也会被当作是机密文件。

按照书面的文档来展开工作，并不能确保其中包含了最近的更
新，还可能造成安全隐患。

尤其当涉及多个设计、制造场所或地区时，问题会变得更糟。

今天，大多数公司拥有局域网或互联网。

使用网站为上
述问题提供了解决方案。

DFM指导准则可以放到一个网站或者专门的服务器上，
同时严格控制对它的访问。

这样就能确保当 DFM指导准则更新时，所有的人都能
立即获得新的信息。

加入彩图、动画和声音，可以使它更有趣，也有助于更有效地交流思想。

网站可以为满足特殊的应用和需求进行定制。

通过网络，人们可以从世界上的任何角落看到 DFM指导准则。

如果使用的是内联网，只要通过互联网可以
访问公司的内联网，那么内联网上的内容也可以被看到。

大部分公司使用防火墙来防止未经授权的用户访问他们的内联网。

在提交、审核、批准和更新对于 DFM指导准则的变更请求时，推荐使用结构化的
程序。

要清晰地定义并记录包括变更通知和适当培训在内的修订控制过程。

如果需要在DFM指导准则上附加信息，或改变已有信息，应当向DFM管理员提出请求。

简单的方法就是发送电子邮件。

请求应该包括以下内容：问题陈述；关于请示变更的详细说明(为什么修订是必要的)；关于所涉及的元件或性能的信息以及其他相关
信息。

在DFM请求程序中，可以用结构化的可控的请求表格，确保所有的变量一
一列出。

组织中任何正在应用 DFM指导准则或受其影响的人，都可以提出请求。

DFM管理员接到请求后，将审核该请求并决定是否提交批准。

向DFM团队提交关于DFM变更请求，可以有各种各样的方法。

DFM团队可能召
集关于审核和变更的会议；不过如果涉及到多个地点，召集会议就不大实际。

确定团队中每个人都能参加会议的时间会相当困难，而且，打断工作时间安排，对公司来说不一定是有利的。

其实，可以通过电子邮件，把DFM变更请求发给团队中的
每个人，然后他们可以用电子邮件回复其意见，尽管这可能给管理多少增加一些难度。

从团队成员得到回应的最简单的方法，就是把DFM变更请求贴在网页上，让
所有的团队成员读写此网页。

然后再用电子邮件通知他们其中某项已经贴出，请他们加以注意。

对每个DFM变更请求标上号码，更易于追踪，特别是在同时张贴了
多个请求的时候。

假如请求用的是某个字处理软件如微软的WORD格式，进行处
理的好办法就是让DFM审核成员打开文档，在插入菜单下使用注释功能，注明其
赞成或反对意见。

同时，应该向请求者发送通知，告知其请求已受理，正在审核中，何时被送往
DFM团队审核，或告知譬如为什么其请求被拒绝等信息。

一旦请求得到批准，管
理员需要确定所有支持这些变更所需的程序是否到位，是否包含在程序执行计划和日程表中。

如果得到确定，管理员应立即更新DFM指导准则。

一个记录了所有DFM指导准则变更历史的修订文档是必需的。

当更新完成后，应该通知所有
受此变更影响的组织。

在包含了这些设计变更的第一个模
版完成后，应该对设计性能进行评估。

评估结果可以发送
给DFM审核成员和请求变更者。

四、结束语
DFX不是一种时尚。

可制造性和可测试性设计都是决定性的成功因素。

成功的设计和制造组织在DFX方面表现
出色。

为什么还有许多公司仍旧忽视这一通向成功的概念
呢？也许有种种原因，不过最重要的是缺乏高级管理层的
支持。

当个人、团队和公司具有挑战现有模式、探索新方
法的意愿时，新观念和新概念就可能赢得成功。

充分利用
网络工具，是一种能够简化DFX管理工作的方法。

这些工
具能够帮助人们在不同地理空间、不同地点之间传输信息。

为了确保成功，把建立、审核、评估、变更和执行DFX指
导准则的各过程清晰明确起来，十分必要。

DFM发展到今天已变成改善成本、品质和周期时间的通用方法。

DFM的概念、工具和技术也变得越来越组织化、
系统化。

随着这种成熟，该知识，过去只能在教科书、手
册和个人数据库中找到，已在计算机软件工具中找到去路。

在发达国家已诞生了专业DFM服务公司，该趋势将继续扩
大，使得产品的设计越来越完善，周期越来越短。

2003-8-24 第二讲 IPC及SMT权威著作导读
一、什麽是IPC
IPC（美国电子电路和电子互连行业协会）是国际性的行业协会，拥有约2300家会员公司，他们代表着当今电子
互连行业所有的领域。

IPC的会员公司分布在全球近50国
家和地区，这些会员公司既有员工人数仅25名，或者是全
球知名的公司。

人们几乎每天都在使用他们的产品。

IPC成立于1957年，当时称为印制电路学会。

1977年，IPC的名称修改为电子电路互连和封装学会，以进一
步反映与电子互连行业相应的种类繁多的产品。

1998年，
我们的名称再次作了更改，暨IPC – Association Connecting
Electronics Industries，来表明IPC成立后40多年来赢得的
国际知名度和凸显IPC服务于电子互连行业的各个技术领
域。

IPC会员公司的行业领域是：
①印制电路行业 -- 生产印制电路裸板的公司或单位，产
品供他们自己使用或销售给OEM客户。

IPC会员公司中有
全球知名的印制电路板制造商。

另外，会员单位名录中，
注明了印制电路板供应商，设备制造商，原材料制造商和
服务公司。

由于印制电路板是所有电子产品的基础，因此，
设计和使用印制电路板的诸OEM，在会员单位名录有重点
介绍。

②电子组装行业–- 各类电子组装产品的公司，电子组装
是电子产品的核心。

会员单位名录中，有自己完成组装的
OEM，或者将产品和系统外发包给电子制造服务（EMS）
公司的OEM。

IPC有着服务于EMS行业的悠久历史，如
1984年出版第一份市场研究报告，80年代末期在行业中发
展和推广EMS名称的应用。

所有的知名EMS公司都是IPC
的会员。

名录中，按组装设备制造商，原材料制造商，分
别介绍。

正如印制电路板行业一样，电子组装行业的会员
也包括诸OEM公司。

③设计 -- 设计印制电路板布线的设计师或公司。

一名设
计师可以是在一家电路板制造公司，组装公司，或OEM工
作；或者可以是独立的设计承包者。

二、IPC标准分类
IPC从1959年起编制各类标准至今，已出版了近200种技术标准，技术规格和技术指南手册。

IPC-A610C（电子
组装验收）和IPC-A-600F（印制板验收）这两个技术标准。