Что такое DFM?
Проектирование для производства (DFM) фактически является мостом между НИОКР и производством. Оно упрощает, оптимизирует и улучшает конструкцию продукта, позволяя производить более качественные продукты по более низкой цене.
Почему DFM так важен?
Цель предприятия: низкая стоимость, высокая производительность, хорошая поставка и долговечные надежные продукты. То есть, можно производить лучшие продукты с меньшими затратами, и DFM в значительной степени может удовлетворить потребности предприятий. DFM играет решающую роль в обеспечении оптимальной эффективности, быстроты и максимальной производительности.
Среди многих людей широко распространено мнение, что примерно 70 % затрат на производство продукции можно отнести к начальной фазе проектирования, включающей такие аспекты, как материалы и производство. Следовательно, DFM обладает замечательной способностью снижать затраты.
Кроме того, DFM может также играть важную роль во всем процессе производства и изготовления.
Преимущества DFM
- С помощью DFM можно сократить производственные затраты
- Ускорить вывод продукта на рынок
- Сокращение затрат на разработку
- Минимизация необходимости в доработках или полное их исключение
- Сокращение переделок и затрат на переделки
- Найти ошибки и сбои и избежать их
- Обеспечьте высокий уровень качества продукта за счет постоянного усовершенствования и доработки дизайна на каждом этапе.
Требования процесса DFM к проектированию печатных плат
Размер печатной платы
Размеры не должны превышать производственную мощность оборудования. В настоящее время обычно используемый диапазон размеров составляет «ширина (200 мм ~ 250 мм) x длина (250 мм ~ 350 мм)». Для печатных плат с длиной длинной стороны менее 125 мм или короткой стороны менее 100 мм, а также с нестандартной формой вокруг печатной платы, необходимо разработать конструкцию в виде головоломки.
Форма печатной платы
Форма платы прямоугольная. Если вам не нужно соединять плату, 4 угла платы должны быть закруглены; если вам нужно соединять плату, 4 угла платы после соединения должны быть закруглены, а минимальный радиус закругленного угла составляет r=1 мм. Рекомендуемое значение — r=2,0 мм.
Для обеспечения стабильности процесса передачи в конструкции следует предусмотреть использование технологического лобзика для преобразования нестандартной формы печатной платы в прямоугольную, особенно следует заполнить зазоры в углах.
Для чистых плат SMT допускаются зазоры, но размер зазора должен быть меньше 1/3 длины стороны, чтобы обеспечить плавную транспортировку печатной платы по цепи.
Для филе рекомендуется минимальный радиус 0,8 мм, при необходимости можно использовать радиусы до 0,4 мм.
Требования к конструкции золотых пальцев показаны на рисунке, за исключением того, что фаска со стороны вставки спроектирована в соответствии с требованиями, две стороны платы-вставки
Скос (1~1,5)×45° или закругленный угол R1~R1,5 также должны быть спроектированы.
Сторона трансмиссии
Чтобы минимизировать деформацию печатной платы во время пайки, для печатных плат, не требующих наложения, обычно используется более длинная сторона в качестве направления передачи. Аналогично, когда наложение необходимо, в качестве направления передачи также следует использовать более длинную сторону. Для печатных плат, у которых соотношение короткой и длинной сторон превышает 80%, для доставки можно использовать короткую сторону.
Поскольку клеммная плата обычно имеет конструкцию в виде лобзика, сторона обработки обычно используется в качестве стороны передачи, а минимальная ширина стороны обработки обычно составляет не менее 4,5 мм.
Баллы MARK
Оптические позиционирующие ориентиры, также известные как точки MARK, играют важную роль в процессе сборки. Эти точки, часто называемые опорными точками, служат в качестве постоянных и измеримых индикаторов, облегчая точное выравнивание схемных рисунков на всех этапах сборки. Их основная функция заключается в обеспечении точного позиционирования каждого компонента. Следовательно, точки MARK имеют огромное значение в производстве SMT.
При проектировании печатной платы точка MARK служит идентификатором положения для крепления печатной платы на автоматической машине для размещения компонентов. Выбор точек MARK напрямую влияет на эффективность размещения компонентов, выполняемого автоматической машиной для размещения компонентов.
Типы точек отметки:
Как правило, выбор точек маркировки зависит от модели автоматической машины для размещения. Существует 3 вида вариантов:
- Маркировка одной платы:
все продукты, изготовленные SMT, должны иметь как минимум одну пару точек маркировки на каждой печатной плате, которые соответствуют требованиям проектирования для идентификации машинами SMT, например, маркировка одной платы. - Маркировка скрепленных плат:
Маркировка скрепленных плат играет роль только в помощи при позиционировании. Особые способы скрепления плат:
1) Положение диагональной маркировки должно быть одинаковым для платы инь и платы янь.
2) Положение зеркальной маркировки платы должно быть одинаковым. (R1=R2) Локальная контрольная метка:
Локальная контрольная метка используется для позиционирования отдельных компонентов, таких как QFP и BGA, она может повысить точность размещения.
Форма точки отметки:
Предпочтительной формой маркировочной точки является сплошной круг диаметром 1 мм (±0,2 мм), а материалом является голая медь (которая может быть защищена прозрачным антиокислительным покрытием), оцинкованная или никелированная, при этом следует обратить внимание на плоскостность и края. Гладкая и аккуратная, цвет явно отличается от окружающего фонового цвета. Для обеспечения распознаваемости печатного оборудования и оборудования SMT в открытой области точки MARK не должно быть других проводов, шелкографии, прокладок или Wait-Cut.
Размер шрифта:
1) Минимальный диаметр точки маркировки составляет 1,0 мм, а максимальный — 3,0 мм. Размещение точек маркировки: обратите внимание, что изменение размеров на одной печатной плате не может превышать 25 микрон;
2) Особое значение имеет единообразие размеров всех точек маркировки на печатных платах с одинаковым номером. Это требование распространяется на все печатные платы, включая платы с одинаковыми номерами, изготовленные одной и той же компанией.
3) Рекомендуется, чтобы RD-layout унифицировал диаметр маркировки точек маркировки всех файлов изображений до 1,0 мм;
Расстояние до края точки отметки:
1) Точка маркировки (край) должна находиться на расстоянии ≥5,0 мм от края печатной платы (минимальное расстояние между зажимом машины и печатной платой) и должна находиться на печатной плате, а не на краю платы, и соответствовать минимальным требованиям к открытости точки маркировки. Акцент: имеется в виду расстояние между краем точки MARK и краем платы ≥ 3,0 мм, а не центром точки MARK.
Радиус края точки отметки:
Вблизи точки маркировки крайне важно сохранить свободную зону, в которой не должно быть дополнительных элементов схемы или маркировок. Радиус свободной круговой области вокруг точки маркировки должен быть равен или превышать удвоенный радиус (2R) самой точки маркировки. Для улучшения распознавания машиной предпочтительным является радиус (r), равный тройному радиусу точки маркировки (3R). Также рекомендуется усилить цветовой контраст между точкой маркировки и окружающей средой. В r не допускается наличие символов (медь, шелкография и т. д.). Что касается выбора материала для точек маркировки, имеется несколько вариантов. Точки маркировки могут быть изготовлены из голой меди, голой меди, защищенной прозрачным антиокислительным покрытием, никелированной или оловянной, или покрытой припоем. Если используется маска для припоя, она не должна покрывать точку маркировки или ее открытую область.
MARK Points Позиционирование:
Для обеспечения точного размещения компонентов точки маркировки на печатной плате или композитной плате должны быть расположены по диагонали как можно дальше друг от друга, предпочтительно распределены по самой длинной диагонали.
Отметка плоскостности:
Допуск на плоскостность поверхности для маркировки точек должен находиться в пределах 15 микрон [0,0006'], что обеспечивает ровную и гладкую поверхность.
Положение отверстий:
Каждая печатная плата должна быть спроектирована с как минимум двумя позиционирующими отверстиями по углам. В панели с вырезами должно быть четыре позиционирующих отверстия, распределенных по четырем углам. Стандартный диаметр позиционирующих отверстий составляет 2,00±0,08 мм, а расстояние между центром позиционирующего отверстия и краем платы должно быть 5 мм. Компоненты или контактные площадки, расположенные рядом с позиционирующим отверстием, должны иметь минимальное расстояние 1,5 мм от края позиционирующего отверстия.
Срок действия баллов MARK:
Действительность точек MARK зависит от их появления парами по одной диагонали. Для оптимизации производительности крайне важно обеспечить заметный контраст между визуальным внешним видом точки Mark и материалом подложки печатной платы. Кроме того, необходимо обеспечить единообразие внутреннего фона всех точек Mark, которые должны оставаться идентичными.
Избегайте металлизации отверстий:
Позиционирующие отверстия и монтажные отверстия без заземления обычно выполняются в виде неметаллизированных отверстий, чтобы избежать проблем с металлизацией.
Как применять DFM в производстве продукции?
Начните со схематической диаграммы
В процессе разработки схематической диаграммы выбор материалов дизайнером зависит от выполнения предполагаемой функциональности. Однако для принятия обоснованного решения необходимо учитывать ряд дополнительных факторов, включая цену, надежность и жизненный цикл материала. Если вы начнете об этом думать на этапе проектирования, вы сможете избежать многих проблем и неприятностей со стороны производителя.
Здесь я должен поговорить о BOM. На рынке представлено много подходящих материалов, которые могут решить множество проблем.
Расположение печатной платы
Компоновка печатной платы имеет большое значение в общем процессе проектирования. На начальных этапах проектирования ключевые решения, касающиеся конфигурации платы, напрямую влияют на процесс ее изготовления.
1) Однослойная плата, двухслойная плата или многослойная плата
Двухслойные платы часто используются для обеспечения целостности сигнала и управления тепловым режимом, а также с учетом технологичности платы. Например, определение толщины платы, необходимой для используемых переходных отверстий, является оптимальным соотношением сторон сверла, что требует использования другого материала платы или изменения количества слоев платы.
2) Контур модели платы
Определите модель и контур печатной платы, требуя подробной формы и размера печатной платы, включая размещение фиксированных компонентов, сквозных отверстий, пазов и т. д. Здесь необходимо проявить осторожность, чтобы избежать ошибок при перепроектировании и сборке. (В этом аспекте крайне важно проявить бдительность, чтобы снизить риски ошибок при перепроектировании и сборке).
3) Материалы
Чтобы избежать проблем с пайкой во время сборки, необходимо заранее подготовить материалы.
Размещение и маршрутизация в соответствии с требованиями DFM
Когда речь заходит о размещении компонентов на печатной плате и прокладке трактов, достижение максимально коротких сигнальных путей имеет первостепенное значение, особенно в высокоскоростных и силовых цепях, для оптимизации электрических характеристик. В процессе компоновки платы проектировщику печатных плат становится крайне важным достичь гармоничного равновесия между электрическими требованиями и ограничениями, связанными с производством платы.
Устройство для поверхностного монтажа
Для того чтобы монтажная машина могла выполнять автоматический монтаж, необходимо соблюдать определенное расстояние между компонентами, и, конечно же, в некоторых случаях невозможно обойтись без ручной пайки.
- Плагин и патч должны быть размещены перпендикулярно плате по направлению волны припоя, что способствует равномерному распределению припоя вокруг выводов компонента.
- Размещение вставки также повлияет на пайку, например, когда вставка и патч находятся на одной стороне печатной платы, пайка переплавлением будет выполняться перед пайкой волной.
Пайка переплавлением
- Небольшие дискретные SMT-детали с двумя контактами необходимо термически сбалансировать для пайки оплавлением.
- Когда контактная площадка соединена с большой металлической поверхностью, она может действовать как теплоотвод и вызывать более медленное переплавление паяльной пасты на этой площадке по сравнению с другой площадкой, что приводит к образованию выступающей детали.
- Размер контактной площадки также имеет значение, поскольку слишком большие контактные площадки могут привести к смещению детали, а слишком маленькие — не удерживать достаточное количество паяльной пасты для переплавки в прочное соединение.
PCB-корпуса
- Слишком большие сквозные отверстия для контактов могут привести к слишком быстрому рассеиванию припоя, что приведет к плохому соединению.
- Слишком большие SMT-контактные площадки могут содержать слишком много паяльной пасты, которая может перекинуться на соседние контактные площадки и привести к короткому замыканию.
- Слишком близкое расположение контактных площадок также способствует образованию паяных мостиков. Это часто наблюдается в компонентах с мелким шагом, где между контактными площадками недостаточно паяного барьера, чтобы предотвратить это.
Окончательная доработка проекта и документация
Помимо аспектов размещения компонентов и трассировки, на этапе компоновки печатной платы существует множество других задач, которые оказывают глубокое влияние на технологичность платы.
Тестирование печатных плат
Для проверки точности процесса сборки на платах часто размещаются тестовые точки, доступные для зондов испытательного приспособления. Однако, если тестовые точки не включены в исходный проект, плата должна быть перепроектирована для их добавления, прежде чем она сможет поступить в производство. Подобные перепроектирования не только дорогостоящи и трудоемки, но и могут привести к появлению новых проблем DFM, которых ранее не было.
Шелкография и маркировка плат
Маркировка шелкографией важна для тестирования, доработки и отладки печатных плат. Без необходимой информации на плате производство может замедлиться, поскольку техники по доработке и тестированию будут искать конкретные маркировки деталей или полярности.
Краткое описание конструкции
Без полной и точной информации об изменениях в конструкции может быть потрачено много времени на проверку деталей изготовления. Во время производства платы может быть потрачено время или, что еще хуже, допущены ошибки.
