电子产品DFM培训课件.pptx

钢网：
清洗频率太低，堵孔
7.各设计阶段考虑因素
设计步骤和内容 电路
PCB 热设计
EMC, EMI, ESD 机械设计 软件 材料选择 封装及包装
注意点 DFV, DFM, DFT, DFR DFA, DFM, DFT, DFR, DFS DFR DFT, DFR DFV, DFA, DFM, DFT, DFR, DFS DFT, DFS DFA, DFM, DFT, DFR, DFS DFA, DFR
为加强理解，附上波峰焊工艺简要流程
派生组装方式 ——单面SMT+THT ——双面SMT+手工补焊 ——正面THT+反面SMT等 新型组装方式 ——Flip-Chip ——COB(chip on board) ——MCM(multichip module)等
工艺线路设计： 1.公司内部规定x种工艺线路。 2.参考基板、元件的相关内容，选择一种合适的工艺路线。 3.按照该工艺路线，合理布局、合理设计电路和封装。 eg：双面SMT工艺时，BGA、大的/重的元件摆在同一面，非BGA、小的/轻的元件
摆另一面；如果同一元件需要过波峰焊和回流焊两种工艺，则在设计时要选择 对应的封装，因为两种工艺对应的元件封装完全不同；chip元件过波峰焊时， 要设置点胶孤立焊盘……
4.SMT典型工序一：锡膏涂布 方法有三：点锡、印刷和喷印 印刷方法是主流，点锡不适合批量生产，喷印太贵。
点锡点锡的应用Fra bibliotek印刷 a.丝网印刷 不适合于细间距，很少使用。 b.模板印刷 精度高、平整度好，适于细间距，目前普通采用。
锡膏印刷方法
锡膏印刷步骤
1）刮刀与PCB之间要有一定距离。因为：a.放置锡膏 b.锡膏是滚动前进的， 给滚动留有助跑空间，这样有向下的力，填锡才能好。 2）大的热焊盘要采用井字状开孔，以免锡膏塌陷。 控制上述四个步骤，需要好的基板平整度、焊盘设计和加工质量、钢网加 工质量。
锡膏印刷对基板的要求：
设计者应明白在设计中考虑何种内容，不同的产品有不同的考虑重点。
DFV——价格设计Design for Value (performance / price ratio) DFR——可靠性设计(Design for Reliability) DFM——可制造性设计(Design for Manufacturability) DFA ——可装配性设计(Design for Assembly) DFT ——可测试设计(Design for Testability) DFS ——可维护性设计(Design for Servicability)
b.实际的温度特性曲线
——热风回流焊不能控制局部的温度 ——不耐高温器件不能加工 ——各器件的热容量尽量相近，热容 量大的器件可能虚焊
单板上的温度特性一般都是一个宽带，选型时我们尽量使器件温度的带宽最 窄，以获得好的焊接效果。即选择温度曲线/热容量相近的器件。 eg：大尺寸的芯片（30x30mm的cpu）与小尺寸的chip器件（0201、 01005的阻容）就不搭配；ublox模块（低温曲线）与marvell的CPU（高温 曲线）也不搭配。
②测试点数3-9。分别 为高(热点)、中、低(冷 点)有代表性的温度测 试点。
热点，一般在炉膛中间,无元件或元件稀少及小元件处；冷点，一般在大型元器件(如 PLCC、BGA)、大面积铺铜、传输导轨或炉膛的边缘、热风对流吹不到的位置。
d.双面回流焊介绍
存在的问题：底部的大元件可能会在第二次回流焊过程中掉落；底部焊点 经过第二次回流焊后部分熔融而造成焊点的可靠性问题。 方法1：用胶粘住第一面元件（炉温、锡膏不变） 特点：元件不会掉落。很常用，但工艺复杂、同时需额外的设备和操作步 骤，增加了成本。
b.按热的传播方式可分为三大类： 传导——热板、热丝回流焊、气相回流焊 对流——热风、热气流回流焊 辐射——激光、红外、光束回流焊
1）传导：它具有依靠物体内部的温度差或两个不同物体直接接触，在不产生相对运动， 仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量。 2）对流：流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递的过程。 3）辐射：物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射，由于热的原因，物体的内能转化 为电磁波的能量而进行的辐射过程。比如冬天烤火。 对流和传导最大的区别是对流是流体中的热传递过程，比如液体和气体。而传导是固体 和固体或者固体和流体之间的，比如水中的菜被加热。
热风回流炉基本结构
回流炉子按PCBA温度变化可分为4个区 预热区:使元器件/基板快速获得热量。 恒温区:使基板各处元器件焊接前一瞬间尽量彼此温差最小。 回流区:焊膏熔化，形成良好焊点。 冷却区:使基板/元器件温度降低到室温。
7.工艺窗口
a.器件对热风回流焊的影响
各个器件的温度曲线不同，增加了焊接的难度。 曲线2的器件形成良好焊接时,曲线1的器件过热,曲线3的器件则焊接不充分。 板上只有一种器件时,不管数量有多少,焊接都很简单因为温度曲线只有一种。
方法2：应用不同熔点的焊锡合金（锡膏改变，炉温不变） 第一面采用较高熔点合金，第二面采用较低熔点合金。 特点：高熔点合金的锡膏势必要提高回流焊的温度，那就可能会对元件与 PCB本身造成损伤。低熔点合金的锡膏可能受到最终产品的工作温度的限 制，也会影响产品可靠性。
方法3：第二次回流焊时将炉子底部温度调低，并吹冷风。 （锡膏不变，炉温改变）
3. 回报 任何工作启动阶段总是低回报 DFM工作也不例外
二.基础：
曲棍球效应
电子产品的可制造性，特指PCB的设计、制作和制造。
1.产品三步曲
设计
制作
制造
2.DFM的基础：设计规范
ERFs：Engineering technology Rule Files，工程技 术规则文件，即DFM规则。
目录：
特点：这种方法在第二次回流焊时，可以使PCB底部焊点温度低于熔点。但 是由于上、下面温差产生内应力，也会影响可靠性。 实际上很难将PCB上、下拉开30℃ 以上的距离，可能会引起二次熔融不充 分，造成焊点质量变差。
方法4：双面采用相同温度曲线（锡膏不变，炉温不变） 对于大多数小元件，由于熔融的焊点的表面张力足够抓住底部元件，二次 熔融后完全可以形成可靠的焊点。 元件重量与焊盘面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准。 元件重量（Dg）与焊盘面积（P）之比＜30g/in2 工艺控制：①PCB设计应将大元件布放在主（A）面，小元在辅（B）面。 设计时遵循原则： Dg/P＜30g/in2 ②不符合以上原则的元件，设计时增加
常用的组装方式2 a.双面SMT 印刷锡膏→元件贴装→回流焊接→翻板→印刷锡膏→元件贴装→回流焊接 优点：组装密度很高 缺点：对元件选择和PCB设计有一定要求
推荐选用。
常用的组装方式3 a.双面SMT+THT 印刷锡膏→元件贴装→回流焊接→翻板→点胶→ 元件贴装→胶固化 →翻板 →手插件→ 波峰焊 特点：工艺较为灵活、当前主流组装方式
对员工素质要求提高
主要应用在高密度、高效率、大批量的消费和工业级产品上。
2.SMT是一门依赖技术整合的科技 在电路设计前，就要考虑到工艺、基板和元件选型相关的内容。
3.工艺线路设计
常用的组装方式1 a.单面THT 自动插件→手动插件→波峰焊接
b.单面SMT 印刷锡膏→元件贴装 →回流焊接
这两种组装方式不能适应高密度产品的发展，已较少采用
尺寸准确、稳定
绿油不高于SMT焊盘
焊盘加工为正公差
绿油/丝印不上焊盘
板面清洁
焊盘表面平整
焊盘加工为正公差, 特别注意CSP、BGA 等IC的焊盘size和pitch
锡膏喷印
不需要钢网 每分钟可喷印3万点 换线快 锡膏涂敷效果好 无脱模难问题，保证细间距印刷 全编程控制，锡厚可控 锡膏颗粒小，价格昂贵
c.对回流炉和温度曲线的要求
1）传输带横向温度均匀，无铅焊接要求＜±2℃ 2）加热区长度越长、加热区数量越多，越容易调整和控制温度曲线，无铅 焊接应选择7温区以上 3）要求传送带运行平稳，震动会造成移位、吊桥、冷焊等缺陷 4）应具备温度曲线测试功能，否则应外购温度曲线采集器
热电偶测温仪
①准备一块焊接好的实 际的PCB产品
DFS DFV
DFx
……
4.电子产品发展趋势
功能：越来越多
元件尺寸越来越小
价格：越来越低
组装密度越来越高
外形：越来越小
制造对设计的依赖越来越强
环保：推行无铅
逐步由有铅过渡到无铅工艺
消费类电子因销量大、用户多，是电子行 业发展的风向标，引领着微电子、网络、 通信等产品向前发展。
5.客户的需求 品质——功能、性能、可靠性、外观等等 价格——价值，良好的性价比 快而及时的交货——体现为生产周期
比较好的贴片设备有松下、西门子，可 以识别出器件引脚的变形和污染。
贴片精度 影响贴片的主要因素有下面4个：
6.SMT典型工序三：回流焊
回流焊技术要点： 找出最佳的温度曲线 温度曲线处理良好的受控状态
回流焊原理：
回流焊技术分类
a.按加热区域可分为两大类： 1）对PCB局部加热。 分为激光回流焊、聚焦红外回流焊、光束回流焊、热气流回流焊。 2）对PCB整体加热。 分为热板回流焊、红外回流焊、热风回流焊、热风加红外回流焊、气相回流焊。
THT工艺
优点：
缺点：
焊点变化不大
不利于产品的微型化
焊接时元件温度较低
自动化程度不高
容易目检
生产总成本较高
元件功率大
焊点的机械强度大
主要应用在对可靠性要求非常高的航空、航天等产品上。
SMT工艺
优点：
缺点：
适于微型化
技术、工艺和检测较复杂
电气性能好（引脚短,寄生参数小） 设备投资大
生产成本低
焊接强度小
产品的可制造性：高生产效率 高稳定性 可接受的缺陷率，零缺陷会使投入与产出不成比例
产品的高可靠性：适应不同环境的变化 产品维持一定的使用周期
第二章 SMT制造过程
1.THT与SMT工艺 THT→SMT是发展趋势
THT：通孔插入安装技术，Through Hole Technology的简写。 SMT：表面贴装技术，Surface Mounted Technology的简写。
8.制造工艺的坚固性（健壮性）
指在某一生产环境下，其特性不会随外界因素的变化而产生大的改变。能保 证产品的重复性、稳定性。
尽量使用成熟的工艺，做精密的产品。
eg：选用pitch≥0.8mm的BGA； pitch≥0.5mm的QFN/QFP；使用≥ 10mil的 过孔；全贴片的设计；有铅工艺……
9.优良制造性的标准
可制造性设计
2.DFM的重要性 设计是整个产品的第一站 ——设计缺陷流到后工序，其解决费用会成百倍的增加 ——再好的设备也弥补不了设计缺陷
3.品质来自设计
优良的品质：
DFM
优良的现场工艺管制(6σ)---重复性、稳定性
DFA DFR
良好的设计(DFSS)---与工艺能力良好配合 DFT
DFSS=Design For Six Sigma，6σ设计
欢迎参加
电子产品可制造性设计DFM培训 -Design For Manufacturing
彭有鹏
一.目的：
1.推行DFM 降低制造成本 缩短开发周期
2.愿景目标：
DFM问题造成版本更改小于?% DFM设计一次通过率大于?% 单板试制综合直通率大于?% 注：为了占领市场，公司一般会推行N年质保。故在设计之初 就要考虑到N年后，产品大量失效的风险。而DFM可以从源头 上降低这一风险。
一个设计人员能影响以上各项!!!
6.技术整合的必要性
从一个电容立碑开始分析：
焊盘设计： 不对称;太长reflow时张力大;太宽易漂移…
可焊性：
焊盘或PIN污染、氧化，锡膏不润湿
散热面积： 没加花焊盘；走线不对称。如图
锡膏：
滚动性不好；搅拌不均匀；放置时间太久
回流焊的温度：升温速率太快；预热时间短
贴片精度： 贴偏
第一章.电子产品工艺设计概述 第二章. SMT制造过程 第三章.基板和元件的工艺设计与选择 第四章. PCB布局、布线设计 第五章.焊盘设计 第六章.电子工艺技术平台建立
第一章 电子产品工艺设计概述
1.可制造性设计概念 生产线的规划 设备满足公司产品、工艺和品质要求。 生产线的应用 产品、工艺和品质要求配合生产线。
MY5000 MYDATA公司， 上海有售，
5.SMT典型工序二：贴片
贴片的工序流程图
贴片机的基本结构：
基板处理系统 ——传送基板、基板对位/定位 贴片头 ——内装吸嘴，用于真空拾/放元件 供料系统 —— 即feeder，有机械式和电子式 元件对中系统 ——利用影像识别系统，制作零件资料 和零件吸取后的识别