电子产品可制造性设计DFM-1

快而及时的交货 ——体现为生产周期
一个设计人员能影响以上各项！！
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技术整合的必要性
SMT的许多问题是多方 面因素复合作用的结果
立碑的成因： 焊盘设计 SMD 尺寸 散热面积 锡膏的使用 锡膏品质 可焊性 贴片精度 回流焊的温度设置
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产品设计要素
- 芯片集成能力的快速发展
-电子组装技术的快速发展
25
- 材料上的改进
20
- 生产设备和管理技术的发展
15
10
5
1950
1960
1970
1980
1990
技术的发展使组装密度越来越高，要求有优良的设计
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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
培训成本
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传统THT工艺
缺点
优点
焊点变化不大 焊接时元件温度较低 容易目检 元件功率大 焊点的机械强度大
不利于产品的微型化 自动化程度不高 生产总成本较高
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SMT工艺
缺点
优点
适于微型化 电气性能好 （引脚短、寄生参数小） 生产成本低
技术较复杂 设备投资大 工艺、检测复杂化 对员工素质要求提高
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)
其他的组装方式 1、派生组装方式
——单面SMT+THT ——双面SMT+手工补焊 ——正面THT+反面SMT等
2、新型组装方式
——Flip-Chip ——COB ——MCM等
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锡膏涂布方法
印刷方法 Printing
注射方法 Dispensing
DFA, DFM, DFT, DFR, DFS
DFA, DFR
设计者应明白在设计中应考虑何种内容
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坚固的制造工艺
优良的设计才能形成良好的坚固制造工艺
输入 INPUTS
处理过程 TRANSFORMATIONS
输出 OUTPUTS
制造工艺
坚固的制造工艺，是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 ——坚固的制造工艺才能保证产品的重复性、稳定性
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工艺与设计的关系
SMT技术有许多不同的组装方式和相应的工艺方法 各种组装方式都有其优缺点
例1
单面全SMT元件回流焊技术，具有外形薄和组装工艺较简 单的优势，但其组装密度还不是很高，不能采用插件也使其应 用受限制
例2
目前最常用的双面混装技术，具有密度较高、能混合采用 SMD和插件、能平衡质量和成本之间利益的优点，但却有必须 处理两道焊接工序的弱点
只有拥用了这些知识才是一个非常出色的设计工程师
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SMT --- 依赖技术整合的一门科技
元件选择 工艺种类 焊盘设计 热处理 自动化生产
锡膏工艺 黏胶工艺 贴片工艺 回 流 工 艺 测 试 工 艺 返修工艺 工艺能力Cpk
工艺
元件
circuit
电气性能 元件尺寸 元件封装 元件供应 元件外形
良好的品质管理理念、全面的品质管理知识 有效的品质管理系统和制度
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电子产品发展趋势
• 功能－越来越多 • 价格－越来越低 • 外形－越来越小
元件－尺寸越来越小！ 组装密度越来越高！ 制造对设计的依 赖越来越强！
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技术的发展
SOLDER JOINTS PER SQ. CM
DFM设计的重要性
客户发费t
产品设计
前阶段
加工过程
后阶段
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
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品质来自设计
优良的成品品质
良好的设计 —与工艺能力
良好配合
优良的工艺调制 —扩大工艺窗口
优良的工艺管制 —重复性、稳定性
热处理 元件布局
基板
焊盘设计 元件布局
焊盘设计
散热考虑
基板设计
基板材料
基板精度
防焊设计
可焊性处理
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常用的组装方式1
单面THT
自动插件
手工插件
单面SMT
波峰焊接
锡膏涂布
SOLDER PASTE DEPOSITIO N
元件贴装
CO M PO NENT PLACEM ENT
回流焊接
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回流焊技术分类
——按焊接形式
回流焊接技术
局部焊接
整体焊接
LIGHT LASER HOT GAS
RESISTANCE
自上方加热 自下方加热 各方向加热
HOT GAS RADIATION
HOT PLATE HOT GAS HOT LIQUID VAPOUR HOT GAS RADIATION
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第二章 SMT制造过程
THT与 S M T工 艺 THT工 艺 介 绍 S M T工 艺 介 绍 常用组装方式 S M T典 型 工 序 锡膏的应用 点胶工艺 贴片工艺 焊接工艺 波峰焊工艺
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2.1 THT与SMT工艺
THT技术 需在PCB上打孔 通过波峰焊等工艺进行焊接
solder solder land resist
PCB
绿油不高于SMT焊盘 绿油/丝印不上焊盘 焊盘表面平整
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点锡的用途
特别元件和 锡量需求多工艺
产品开发和试制
小批量生产
返
修
工
插件回流应用
作
点锡需配合引脚类型进行，否则易出现桥连或虚焊
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SMT典型工序
锡膏涂布
Paste deposition
Component Placement
元件贴装
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
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常用的组装方式3
双面SMT+THT
锡膏涂布
Paste deposition
元件贴装
Component Placement
回流焊接
Dry and Reflow
翻板
Invert
胶涂布
Adhesive deposition
波峰焊
Wave Soldering
手插件
Insert T.H.
翻板
Invert
胶固化
Cure Adhesive
Component Placement
元件贴装
特点：工艺较为灵活、当前主流组装方式
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印刷方法是主流，点锡不适合批量生产
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锡膏印刷步骤
定位
刮刀 锡膏
丝网或模板 焊盘
刮平
基板
填锡
释放
高质量的锡膏印刷 需要很好控制上述四个步骤 需要好的基板平整度、焊盘设计/加工质量、钢网加工质量
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锡膏印刷方法
——模板印刷
模板开孔Βιβλιοθήκη 丝网印刷已很少用 ——不适用于细间距
产品微型化、性价比 的提高、加工标准化
SMT技术 采用回流焊等工艺 元件直接焊接在PCB表面 不需在PCB上打孔
制造工艺 从THT到SMT
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THT
管理成本 制造成本 库存成本 基板成本
元件成本
培训成本
单板的制造成本
SMT
管理成本 制造成本 库存成本 基板成本 元件成本
加热板
PCBA
冷却风扇 传送带
ZONE 1 PRE- HEAT
ZONE 2 SOAKI NG
ZONE 3 SOAKI NG
ZONE 4 REFLOW
COOLI NG ZONE
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。
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概念“推销”
——“曲棍球效应”
任何工作启动阶段总是低回报 DFM工作也不例外
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目录
电子产品工艺设计概述 SMT制造过程 基板和元件的工艺设计与选择 电子产品的板级热设计 PCB布局、布线设计 焊盘设计 钢网设计 电子工艺技术平台建立
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胶点数量
Chips
优选
SOT23
SOIC
SOL
优选
PLCC
特别提示：胶点质量与胶的品牌有很大关系
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SMT典型工序
——贴片工艺
贴片机的功能
基板 送入
基板 定位
元件 供料
拾取 元件
元件 定位
贴片
送板
坏板 检查
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贴片机基本结构
贴片头
元件对中
基板处理系统 ——传送基板、基板对位/定位
05
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优良制造性的标准
产品的可制造性 高的生产效率 产品的高稳定性 生产线可接受的缺陷率
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
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电子产品工艺设计概述 SMT制造过程 基板和元件的工艺设计与选择 电子产品的板级热设计 PCB布局、布线设计 焊盘设计 钢网设计 电子工艺技术平台建立
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回流焊技术分类
——按热的传播方式
回流焊接技术
传导
辐射
对流
- HOT PLATE - HOT LIQUID - RESISTANCE
- LIGHT - LASER - IR
- HOT GAS - VAPOUR - FORCE AIR
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热风回流炉基本结构
不同的产品有不同的考虑重点
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各设计阶段考虑因素
设计步骤和内容
注意点
电路 PCB 热设计 EMC, EMI, ESD 机械设计 软件
材料选择 封装及包装
DFV, DFM, DFT, DFR DFA, DFM, DFT, DFR, DFS DFR DFT, DFR DFV, DFA, DFM, DFT, DFR, DFS DFT, DFS
——点胶工艺
用途 波峰焊的SMD器件 双面回流焊的大重量器件
波峰焊
双面回流
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点胶对PCB的要求
——设置假焊盘
焊盘
SMD
胶点
PCB
SMD
假焊盘
PCB
SMD PCB
SMD PCB
若PCB设计时不在点胶位设置假焊盘或走线
→ 对standoff较大的元件，可能造成掉件
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DRY & REFLOW
这两种组装方式已不能适应高密度产品的发展，已较少采用
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锡膏涂布
Paste deposition
常用的组装方式2
元件贴装
Component Placement
双面SMT
回流焊接
Dry and Reflow
翻板
Invert
回流焊接
Dry and Reflow
贴片头 ——真空拾/放元件
供料系统 元件对中系统
基板处理
供料
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贴片精度
——影响贴片精度的因素
基板精度
贴片头定位精度
基板定位精度
总贴片精度
元件定位精度
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SMT典型工序
——回流焊工艺
回流焊特点 焊接用的锡和热量通过两个独立工序提供
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
欢迎参加
电 子 产 品 可 制 造 性 设 计 DFM 培 训
王文利 博士
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推广目的
推 行 DFM
——降低制造成本 缩短开发周期
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 ?%
锡膏印刷方法 ——丝网印刷 ——模板印刷
漏印模板
印刷结果
目前普遍采用模板印刷方法
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新的锡膏涂敷方法:锡膏喷印
优点: • 不需要钢网 • 每分钟可喷印3万点 • 换线快 • 锡膏涂敷效果好 • 保证细间距印刷
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锡膏印刷对基板的要求
尺寸准确、稳定 焊盘加工为正公差 板面清洁
印刷电路板供应链
设计
制作
组装
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DFM的基础 Æ 设计规范
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第一章 电子产品工艺设计概述
1.1 可制造性设计概念
生产线的规划 生产线的应用
设备满足公司产品、工艺和品质要求 产品、工艺和品质要求配合生产线。
可制造性设计
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