电子产品可制造性设计DFM--1最新

1电子产品可制造性设计DFM培训王文利博士推广目的推愿行DFM——降低制造成本缩短开发周期景目标：——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?%2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345印刷电路板供应链制作设计组装DFM的基础设计规范67DFM设计的重要性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t客户发费8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！9技术的发展SO252015105195019601970-芯片集成能力的快速发展-电子组装技术的快速发展-材料上的改进-生产设备和管理技术的发展19801990技术的发展使组装密度越来越高，要求有优良的设计客户的需求品质——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——体现为生产周期一个设计人员能影响以上各项！！MCQRPSNORD10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产品设计要素DFV——价格设计DesignforValue(performance/priceratio)DFR——可靠性设计(DesignforReliability)DFM——可制造性设计(DesignforManufacturability)DFA——可装配性设计(DesignforAssembly)DFT——可测试设计(DesignforTestability)DFS——可维护性设计(DesignforServicability)不同的产品有不同的考虑重点11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,DFRDFA,DFM,DFT,DFR,DFSDFRDFT,DFRDFV,DFA,DFM,DFT,DFR,DFSDFT,DFSDFA,DFM,DFT,DFR,DFSDFA,DFR设计者应明白在设计中应考虑何种内容坚固的制造工艺输入INPUTS优良的设计才能形成良好的坚固制造工艺处理过程输出TRANSFORMATIONSOUTPUTS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0512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13第二章SMT制造过程THT与SMT工艺THT工艺介绍SMT工艺介绍常用组装方式SMT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2.1THT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上打孔产品微型化、性价比的提高、加工标准化制造工艺从THT到SMT14THT管理成本制造成本库存成本基板成本元件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培训成本培训成本传统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15SMT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16SMT---依赖技术整合的一门科技锡膏工艺贴片工艺测试工艺黏胶工艺回流工艺返修工艺元件选择焊盘设计自动化生产工艺circuit工艺种类热处理元件电气性能元件封装元件外形元件尺寸元件供应工艺能力Cpk热处理元件布局焊盘设计基板焊盘设计元件布局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SOLDERPASTEDEPOSITION元件贴装COMPONENTPLACEMENT回流焊接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17锡膏涂布Pastedeposition常用的组装方式2双面SMT元件贴装回流焊接翻板Placement回流焊接DryandReflow锡膏涂布PastedepositionComponentPlacement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常用的组装方式3双面SMT+THT锡膏涂布Pastedeposition波峰焊WaveSoldering元件贴装ComponentPlacement手插件InsertT.H.回流焊接DryandReflow翻板Invert翻板Invert胶固化CureAdhesive胶涂布AdhesivedepositionComponentPlacement元件贴装特点：工艺较为灵活、当前主流组装方式ComponentDryandInvert18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19锡膏涂布方法印刷方法Printing注射方法Dispensing印刷方法是主流，点锡不适合批量生产刮刀定位锡膏印刷步骤刮平丝网或模板锡膏焊盘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20锡膏印刷方法——模板印刷模板开孔丝网印刷已很少用锡膏印刷方法——丝网印刷——模板印刷漏印模板印刷结果——不适用于细间距目前普遍采用模板印刷方法2122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solderlandsolderresistPCB绿油不高于SMT焊盘绿油/丝印不上焊盘焊盘表面平整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返修工23波峰焊SMT典型工序——点胶工艺用途波峰焊的SMD器件双面回流焊的大重量器件双面回流焊盘点胶对PCB的要求——设置假焊盘SMD胶点SMDPCBPCB假焊盘SMDPCBSMDPCB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24Chips胶点数量优选SOT23SOICSOL优选PLCC特别提示：胶点质量与胶的品牌有很大关系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25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26SMT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LIGHTLASERHOTGASRESISTANCE自上方加热HOTGASRADIATION自下方加热HOTPLATEHOTLIQUIDHOTGASRADIATION各方向加热HOTGASVAPOUR27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-HOTPLATE-HOTLIQUID-RESISTANCE-LIGHT-LASER-IR-HOTGAS-VAPOUR-FORCEAIRPCBA热风回流炉基本结构加热板冷却风扇传送带ZONE1PRE-HEATZONE2SOAKINGZONE3SOAKINGZONE4REFLOWZONE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。再流区: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。COOLING28工艺窗口——器件对热风回流焊的影响TEMP.maxmin2TIME器件的温度特性曲线不同，增加了回流焊的难度——曲线1的器件形成良好焊接时，曲线2的器件焊接不充分其它器件则可能处于过热板上只有一种器件时，不管数量有多少，焊接都很简单——原因：温度曲线只有一种工艺窗口——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——焊锡封装的组件不能加工——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我们尽量使带最窄→获得好的焊接效果1292.3波峰焊工艺波峰焊特点焊锡和焊接用的热能量由同一工序提供工艺流程进板助焊剂预热焊接冷却/出板波峰焊的类型——单波与双波SingleWavesolderingBridgingSmoothlaminarwaveDualWavesoldering双波有利于减小阴影效应，但可能出现冒锡等问题Highpressureturbulentwave30波峰焊的问题元件需能承受瞬时热冲击——最高温超过240OC组装密度较低细间距易出现连锡SMD器件易出现阴影效应BGA等SMD不适于波峰焊波峰焊的阴影效应防止阴影效应的措施——合适的焊盘尺寸：比回流焊盘长——合适的元件间距：大于器件高度31NozzleDistance波峰焊的其它技术局部波峰焊特点：可解决一些特殊情况的焊接热风刀技术特点：能有效消除连锡但可能形成锡球一种颇有争议的技术dedicatedjig选择性波峰焊优点：•柔性•稳定性SelectiveSoldering••解决高复杂单板、大热容量器件的焊接问题避免密间距器件的二次回流dAirknifeangle32选择性焊接的两种结构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33第三章基板和元件工艺设计与选择主要内容介绍基板和元件的基本知识基板、元件的选用准则基板、元件使用情况组装（封装）的发展设计人员职责——满足客户品质、价格、交货期要求品质：功能、性能可靠性、外观基板/元件影响可靠性（品质）、可制造性（价格）合理选用基板/元件—》设计人员的份内事34基板的功用提供电源散热传输信号物理支撑产品对信号传输质量的要求越来越高必须合理选择基材35rTgFR-43.9110~140基材种类——硬质印刷电路板的常用基材多功能环高性能环BTPI氧氧3.53.42.93.6130~160165~190175~200220~280CE2.8180~260公司常用的基材为FR-4温度高、需多次返工、多于20层时，宜用BT、PI、CEBT、PI、CE成本高于FR-4CE含氰，不利于环保介电常数（）越低，传输速率越快，特性阻抗越高NSEFR-4基板性能主要成分为环氧玻璃布常用半固化片型号1080、2116