可製造性設計

可製造性設計（Design for Manufacturing，DFM），它主要是研究產品本身的物理特徵與製造系統各部分之間的相互關係，並把它用於產品設計中，以便將整個製造系統融合在一起進行總體優化，使之更規範，以便降低成本，縮短生產時間，提高產品可製造性和工作效率。

可製造性設計的核心是在不影響產品功能的前提下，從產品的初步規劃到產品的投入生產的整個設計過程進行參與，使之標準化、簡單化，讓設計利於生產及使用。減少整個產品的製造成本（特別是元器件和加工工藝方面）。減化工藝流程，選擇高通過率的工藝，標準元器件，選擇減少模具及工具的複雜性及其成本。

引入可製造性設計，首先要認識到它的必要性，特別是生產和設計部門這兩方面的領導更要確信DFM的必要。只有這樣，才能使設計人員考慮的不只是功能實現這一首要目標，還要兼顧生產製造方面的問題。這就是講，不管你設計的產品功能再完美、再先進，但不能順利製造生產或要花費巨額製造成本來生產，這樣就會造成產品成本上升、銷售困難、失去市場。

其次，統一設計部門和生產部門之前的信息，建立有效的溝通機制。這樣設計人員就能在設計的同時考慮生產過程，使自己的設計利於生產製造。

第三，選擇有豐富生產經驗的人員參與設計，對設計成果進行可製造方面的測試和評估，輔助設計人員工作。最後，安排合理的時間給設計人員，以及DFM工程師到生產第一線了解生產工藝流程及生產設備，了解生產中的問題。以便更好、更系統地改善自己的設計。

尋求建立DFM規範

DFM文件應結合本公司的生產設計特點、工藝水平、設備硬體能力、產品特點等進行合理的制訂。這樣，在進行設計時，選擇組裝技術就要考慮當前和未來工廠的生產能力。從工業造型創意設計方面做出獨特的思路，根據人體工程學原理設計出合理又實用的產品。這些文件可以是很簡單的一些條款，進而也可以是一部複雜而全面的設計手冊。另外，文件必須根據公司生產發展進行適時維護，以使其能更準確地符合當前設計及生產需求。

建立DFM檢查表

在對產品設計進行策劃的同時，根據公司DFM規範文件建立DFM檢查表。檢查表是便於系統、全面地分析產品設計的工具，其應包括檢查項目、關鍵環節的處理等。從內容上講主要包含以下信息：

a． 產品信息、數據（如電路原理圖、PCB圖、組裝圖、CAD結構文件等內容）。

b． 選擇生產製造的大致加工流程：AI、SMT、波峰焊、手焊等。

c． PCB尺寸及布局。

d． 元器件的選擇和焊盤、通孔設計。

e． 生產適用工藝邊、定位孔及基準點的設計。

f． 執行機械組裝的各項要求。

DFM報告

DFM報告是反映整個設計過程中所發現的問題。這個類似於ISO9001中的審核報告，主要是根據DFM規範文件及檢查表，開具設計中的不合格項。其內容必須直觀明了，要列出不合格理由，甚者可以給出更正結果要求。其報告是隨時性的，貫穿於整個設計過程。

DFM測試

進行 DFM設計的結果，會對生產組裝影響多大，起到了什麼樣的作用。這就要通過DFM測試來進行證實。DFM測試是由設計測試人員使用與公司生產模式相似的生產工藝來建立設計的樣品，這有時可能需要生產人員的幫助，測試必須迅速準確並做出測試報告，這樣可以使設計者馬上更正所測試出來的任何問題，加快設計周期。

DFM分析評價

這個過程相當於總結評審。一方面評價產品設計的DFM可靠程度，另一方面可以將非DFM設計的生產製造與進行過DFM 設計的生產製造進行模擬比較。從生產質量、效率、成本等方面分析。得出做DFM的成本節約量，這個對在制訂年度生產目標及資金預算上起到參考資料的作用，另一方面也可以增強領導者實施DFM的決心。

DFM不是單純的一項技術，從某種意義上，它更象一種思想，包含在產品實現的各個環節中。

PCB設計，作為設計從邏輯到物理實現的最重要過程，DFM設計是一個不可迴避的重要方面。在PCB設計上，我們所說的DFM主要包括：器件選擇、PCB物理參數選擇和PCB設計細節方面等。

一般來說，器件選擇主要是指選擇採購，加工，維修等方面綜合起來比較有利的器件。如：盡量採用SOP器件，而不採用BGA器件；採用器件pitch大的器件，不採用細間距的器件；盡量採用常規器件，而不用特殊器件等。器件的DFM選擇，作為PCB設計人員需要和採購工程師、硬體工程師、工藝工程師等協商決定。

PCB設計的物理參數這個主要環節主要是由PCB設計人員來確定了。主要包括：板厚孔徑比、線寬間距、層疊設計、焊盤孔徑等的設置。這要求PCB設計人員必需深入了解PCB的製造工藝和製造方法，了解大多數板廠的加工參數，然後結合單板的實際情況來進行物理參數的設定，盡量增加PCB生產的工藝窗口，採用最成熟的加工工藝和參數，降低加工難度，提高成品率，減少後期PCB製作的成本和周期，即“不能殺雞使用牛刀”也不能“殺牛使用雞刀”。

在PCB設計細節上很多的情況就和設計工程師的水平和經驗有很大的關係了。如：器件的擺放位置，間距，走線的處理，銅皮的處理等。這些參數需要長時間多項目的積累才能得到。一般來說，專業的設計由於接觸到更多的要求PCB板廠和焊接加工廠，所以一般他們的設計參數能符合絕大多數板廠的要求，而不是僅符合某個廠的特定成本要求。

降低成本、提高產品競爭力

低成本、高產出是所有公司永恆的追求目標。通過實施DFM規範，可有效地利用公司資源，低成本、高質量、高效率地製造出產品。如果產品的設計不符合公司生產特點，可製造性差，即就要花費更多的人力、物力、財力才能達到目的。同時還要付出延緩交貨，甚者失去市場的沉重代價。

優化生產過程，提高生產效率

DFM把設計部門和生產部門有機地聯繫起來，達到信息互遞的目的，使設計開發與生產準備能協調起來、。統一標準，易實現自動化，提高生產效率。同時也可以實現生產測試設備的標準化，減少生產測試設備的重複投入。

利於技術轉移，加強公司協作

現在很多企業受生產規模的限制，大量的工作需外加工來進行，通過實施DFM，可以使加工單位與需加工單位之間製造技術平穩轉移，快速地組織生產。可製造性設計的通用性，可以使企業產品實現全球化生產。

新產品開發及測試的基礎

沒有適當的DFM規範來控制產品的設計，在產品開發的後期，甚至在大批量生產階段才發現這樣或那樣的組裝問題，此時想通過設計更改來修正，無疑會增加開發成本並延長產品生產周期。所以新品開發除了要注重功能第一之外，DFM也是很重要的。

適合電子組裝工藝新技術

現在，電子組裝工藝新技術的發展日趨複雜，為了搶佔市場，降低成本，公司開發一定要使用最新最快的組裝工藝技術，通過DFM規範化，才能跟上其發展的腳步。

可行性研究報告是在招商引資、投資合作、政府立項、銀行貸款等領域常用的專業文檔，主要對項目實施的可能性、有效性、如何實施、相關技術方案及財務效果進行具體、深入、細緻的技術論證和經濟評價，以求確定一個在技術上合理、經濟上合算的最優方案和最佳時機而寫的書面報告。

（1)用於企業融資、對外招商合作的可行性研究報告。

這類研究報告通常要求市場分析準確、投資方案合理、並提供競爭分析、營銷計劃、管理方案、技術研發等實際運作方案

(2)用於國家發展和改革委（以前的計委）立項的可行性研究報告、項目建議書、項目申請報告。

該文件是根據《中華人民共和國行政許可法》和《國務院對確需保留的行政審批項目設定行政許可的決定》而編寫，是大型基礎設施項目立項的基礎文件，發改委根據可研報告進行核准、備案或批複，決定某個項目是否實施。另外醫藥企業在申請相關證書時也需要編寫可行性研究報告。

(3)用於銀行貸款的可行性研究報告。

商業銀行在貸款前進行風險評估時，需要項目方出具詳細的可行性研究報告，對於國家開發銀行等國內銀行，若該報告由甲級資格單位出具，通常不需要再組織專家評審，部分銀行的貸款可行性研究報告不需要資格，但要求融資方案合理，分析正確，信息全面。另外在申請國家的相關政策支持資金、工商註冊時往往也需要編寫可研報告，該文件類似用於銀行貸款的可研。

(4)用於境外投資項目核准的可行性研究報告、項目申請報告。

企業在實施走出去戰略，對國外礦產資源和其他產業投資時，需要編寫可行性研究報告或項目申請報告、報給國家發展和改革委或省發改委，需要申請中國進出口銀行境外投資重點項目信貸支持時，也需要可行性研究報告和項目申請報告，詳細規定>>。

(5)用於企業上市的可行性研究報告。

這類可行性報告通常需要出具國家發改委的甲級工程諮詢資格。

(6)用於申請政府資金（發改委資金、科技部資金、農業部資金）的可行性研究報告。

這類可行性報告通常需要出具國家發改委的甲級工程諮詢資格

一、在設計多層次板時，內層孔到導體的間距設計太小，不能滿足生產廠家的製程能力。

後果：

造成內層短路。

原因：

1、設計時未考慮各項補償因素。

2、設計時控制線路的邊緣距（air gap）。

解決方案：

1、在設計內層孔到導體的間距時，應當考慮孔徑補償對間距的影響，一般孔徑補償大小為0.1MM，單邊增加了2MIL.

2、測量間距時應以線路的邊到孔邊來測量。

二、孔焊盤（環寬）設計不夠大，布線時沒有考慮安全間距設置過小及螺絲孔到線或到銅皮的距離。

後果：

製造商在工程處理文件時無法修改，需要重新修改文件，降低了文件處理速度，也容易造成開短路現象。

解決方案：

1、設計文件時器件孔外徑比內徑最少大20MIL，過孔外徑比內徑最少大8MIL。

2、設計時考慮螺絲孔到線或到銅皮的距離保證12MIL以上，布線時可以在螺絲孔對應的地方的KEET OUT層畫個比孔大12MIL以上的圓圈以防走線間距過近。

三、電地短路：電地短路對印製板來說是一個很嚴重的缺陷。

原因：

1、自定義的器件庫SMT鑽孔未刪除。

2、定位孔隔離環設計不夠大。

3、設計更改后未重新對電地進行處理（內層以負片的形式設計，網路無法檢查）。

4、高頻板手工加過孔時未對照其它層。

解決方法：

1、設計時對自定義同類型的元件進行確認，將貼片的孔設計為0；

2、設計時控制定位孔的隔離環寬度在15MIL以上；

3、更改了外層的孔位一定要對內層重新鋪銅；

4、高頻板在加邊緣過孔時過孔設計網路屬性，不同設計屬性的，一定要打開其它層進行對照；

5、設計完成後進行DRC檢查。

四、內層開路：內層開路是一個無法補救的缺陷。

原因：

1、內層孤島，主要在內層以負片設計時，隔離盤太大，隔離盤圍住了散熱盤，使之與外無法連接。

2、隔離線設計時經過散熱焊盤的孔，造成孔內無銅

3、隔離區過小，中間有隔離盤造成開路

4、內層線路離板邊太近，疊邊時造成開路。

解決方法：

1、設計時對過孔的放置時考慮位置的合理性。

2、設計時對隔離線的設計避開散熱盤。

3、將隔離區放大，保證網路連接8MIL以上。

4、設計時不要將線條、孔、梅花焊盤太近板邊，內層設計0.5MM以外，外層0.3-0.4MM以外。

五、設計時對一些修改後殘留下來的斷線未進行去除。

後果：

影響後端製造商在工程製作對PCB的通斷判定，造成進度延誤。

解決方案：

1、設計時盡量避免斷線頭的產生。

2、對一些特意保留的斷線頭進行書面的說明。

六、鋪銅設計時，文件大面積鋪銅時使用的線條D碼太小，還有將銅面鋪成網格狀時，將網格間距設計過小。

後果：

造成數據量大，操作速度緩慢，增加生產難度與影響產品外觀。

解決方案：

1、鋪銅時盡量選用8-10MIL的線來鋪及避免重複鋪銅。

2、鋪網格時將網格間距最小設成8*8MIL，即8MIL的線，8MIL的間距。

3、盡量不要用填充塊來鋪銅。

七、槽孔漏製作與孔屬性製作錯誤

原因：

1、設計孔層時，未對相對應的孔給予屬性定義，特別是安裝孔的設置。

2、槽孔的設計未設計在孔層上面或分孔圖上，而設計在KEEPOUT層。

3、槽孔的標識與指示放置在無用層上。

解決方案：

1、孔設計時，對相應的孔給予屬性定義，特別是安裝孔與槽孔。

2、槽孔的設計防止放在KEEPOUT層。

3、對需標註的槽孔指示，盡量放置在分孔圖層，指示清晰。

（特別注意PROTER與POWERPCB在槽孔設計的特殊性。）

八、機械加工問題：板外型、槽、非金屬化孔的形狀、尺寸錯誤。

原因：

1、禁止布線層（Keep Out) 與機械層的混用（Mechanical Layers)。

2、圖形尺寸與標註不一致。

3、V_CUT存在拐彎設計。

4、公差標註不合理。

解決方法：

1、按功能正確使用層；不要將PROTER與POWERPCB層設計定義混合。

2、圖形尺寸與標註保持一致，提供正確的機械加工圖紙。

3、V_CUT時保證V_CUT線為水平直線。

4、公差標註對超出常規要求的，應盡量單獨指示。

5、對特殊外形要求的訂單，盡量以書面的方式說明。

九、非金屬化孔製作要求不明確，在鑽孔刀具表要求做NPTH孔，但實際文件中又有電氣連接，要求PTH孔，但在機械加工層相對應位置又畫出圈圈，難以判斷應以哪個為準。

原因：

1、設計方面的特殊要求

2、設計時對供應商的判定標準不清晰。

解決方法：

1、在鑽孔刀具表正確標註NPTH，在線路層不放置焊盤或做挖空處理。

2、提供清淅明朗的機械加工藝圖。

3、在書面中特殊註明。

4、多與製造商組織技術交流。

十、阻焊漏開窗：在線路板製作中偶然會出現IC腳、SMT以及相類似元件的散熱塊沒有開窗的現象，測試點與器件孔未開窗等。

原因：

1、設計時PAD與VIA混淆；

2、設計時採用FILL元素填充，未在Solder masks加比線路層填充塊大8MIL的FILL；

3、將應在Solder mask加的填充塊加到了Paste masks層；

4、設計環境設置不當，（如設計時應將阻焊加大2-4MIL,誤設計為減小)。

解決方法：

1、對孔的屬性定義嚴格執行相關標準，以免阻焊製作過孔與器件孔無法區分。

2、對測試點的設置應單獨起一個焊盤，避免與過孔相同的D碼。

3、在提供GERBER文件時進行文件處理，提供GTP與GBP。

4、設計時對將需要散熱與焊接的大塊銅區，手工加上阻焊。

5、設計時嚴格執行層的放置規定，設置正確的設計環境。

可製造性設計——醫療電子必須面對的問題

在日前召開的第三屆中國國際醫療電子技術大會（CMET2010）中，來自香港應用科技研究院的梁立慧博士為參會嘉賓帶來了用於整合保健電子及消費性電子的先進封裝技術，以及一種可以讓工程師在製造之前發現設計問題的虛擬環境技術。

“在CMET2010這兩天的會議中，我們學到了很多關於微型化、智能化、柔性化以及模塊化方面的技術，而我們現在要做的是將這些技術整合到一起，最終實現無處不在的醫療保健電子。”梁立慧博士在演講中介紹，“比如我們研究院就設計出一款理想中的概念型產品——智能膠布，它看起來很像一個創口貼，但是通過集成 不同功能的模塊可以實現不同的功能，如心電、血壓、血糖、血氧之類數據的檢測。”不過梁立慧也表示，如果要將上述概念產品變成現實，需要產業鏈中多個方面 的通力合作，如需要用到柔性PCB技術、柔性顯示技術、微型元器件技術、POP以及裸晶的封裝技術等等，另外還必須考慮到系統級封裝的可靠性設計。

為 解決上述可製造性設計問題，香港應用科技研究院推出一種先進封裝的虛擬製造和虛擬測試的技術。據梁博士的同事謝斌博士介紹，在設計一些新的產品時，可能會 產生很多意料之外的製造性問題。如果設計的不是很理想，或者各種材料的匹配不是很好，在後續的批量生產製造過程中會造成很多問題。如果這些問題等到批量生產時才發現，前面設計工程花費的大量人力、物力就等於白白浪費掉了，這對當前的工業界來說幾乎是不可接受的。因此香港應用科技研究院把整個的工藝過程和大 量的實驗進行了虛擬化，將其集成到了一套軟體當中，工程師在設計產品時只需要將封裝的設計參數：如幾何尺寸、材料、工藝參數等等輸入進去，軟體就馬上可以反饋出這個設計可能會有什麼樣的製造問題，會有什麼可靠性的問題，這樣就可以通過這套軟體來反覆修改。從而實現在不做任何實際生產的條件下，盡量保證設計 是沒有製造性問題。