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Ansys博客

November 9, 2020

制造设计 (DfM) 最佳实践

制造问题是我们看到电子行业保修退货和市场份额损失的主要原因之一。与设计相关的供应链故障和印刷电路板装配(PCBA)生产挑战等问题可能会对品牌声誉造成无法弥补的损害。因此,公司必须制定一项可制造性设计(DfM)协议来应对这些问题。

DfM可确保通过一系列旨在减少缺陷并审核供应链质量和可靠性的最佳实践来减少制造错误,最重要的是,确保在设计阶段的早期实施该流程。

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什么是可制造性设计?

可制造性设计(DfM)是确保设计可以通过指定的供应链持续制造并最大限度减少缺陷数量的流程。直到设计流程后期才关注DfM通常会导致太晚发现可制造性问题,从而增加设计迭代次数和费用。

一般的经验法则是尽早、主动地实施DfM。这可以产生效益,因为在前端投入资金来发现后端的问题可以节省大量成本。

在设计流程中通常会忽视DfM,原因如下:

在设计流程中解决可靠性和制造问题的时间越晚,
由此产生的成本
可能会增加几个数量级

  • 缺乏对供应链的洞察。
  • 原始设备制造商(OEM)不要求对DfM提供任何反馈,或检查表过于简单。
  • OEM厂商的DfM活动不是标准化的或分布式的。
     

可制造性设计:回顾最佳实践

1. 利用行业标准设计规则

尽可能利用现有的行业标准(IPC、JEDEC、ASTM、ISO)是DfM审核的良好起点。这些标准在许多情况下都经过验证且具有可靠性。它们为PCB和PCBA的标准设计实践和可靠性测试提供了洞察。

您可以使用的IPC标准和测试方法示例包括:

  • IPC-2221——印刷电路板设计通用标准
  • IPC-A-600印刷电路板的可接受性
  • IPC-A-610电子组件的可接受性
  • IPC J-STD-001D——电气和电子组件焊接要求
  • IPC-7095 BGA设计及组装工艺实施
  • J-STD-020D.01:IPC/JEDEC联合标准,非密封固态表面安装器件的湿度/回流焊敏感性分类
  • IPC-TM-650:测试方法手册
    • 第1.0节:报告和测量分析方法
    • 第2.1节:目视检测方法
    • 第2.2节:尺寸测试方法
    • 第2.3节:化学测试方法
    • 第2.4节:机械测试方法
    • 第2.5节:电气测试方法
    • 第2.6节:环境测试方法

请记住,标准可能是保守的,重要的是考虑特定于您的设计的其他问题。在整个流程中与您的供应商沟通。协作是关键——设计、制造、质量、可靠性和采购团队的代表应该参与DfM流程。
 

2.进行正式的设计审核

在工作流程中实施DfM的下一步是启动正式的设计审核。这可以由内部或外部团队执行,但执行审核的设计团队应与制造商分离。

设计审核可评估产品、系统或应用,并确保每个组件都符合行业标准。这是一个关键步骤,因为它可以确保您在原型制作之前构建有效的产品并开发成功的设计。这可以节省企业资源、降低成本,最重要的是,加快产品上市进程。
 

3.使用仿真和设计软件

在某些情况下,可以利用仿真更好地了解与回流焊后可制造性相关的故障来源。一种可以通过仿真进行评估的流程是在线测试(ICT),它在PCBA制造过程中用于检查缺陷。在某些情况下,ICT会引起电路板过度弯曲并导致组件故障。

Ansys Sherlock 这样的工具可以执行在线测试分析,以评估存在过应力风险的组件,然后快速比较PCB设计或ICT测试变化,例如调整测试点位置、减少测试点载荷和位移,或者添加或移动电路板支撑,以查看电路板上哪些组件在ICT过程中面临的风险最大。

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Ansys Sherlock分析确定
在连接器插入过程中,PCB上的4个电阻器存在临界过应力的风险

仿真在DfM流程中发挥作用的另一个方面是刚柔结合技术,该技术用于设计许多消费类电子产品,例如具有弯曲或小巧外形的智能手机和笔记本电脑。该技术通常有更多的制造步骤,并且很难引入设计变更。在这种情况下,可以使用仿真来确定潜在的故障风险并优化所需产品的设计。

迹线建模是最近在Sherlock中引入的一项新功能,对于仿真刚柔结合技术尤其有效。该技术允许您对电路板各层中的单个铜走线进行建模。使用迹线建模功能,您首先要构建几何结构,然后分配材料和网格。这类似于 Ansys Mechanical中提供的迹线映射。两种功能都非常适合捕捉PCB的小细节以进行仿真。

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4. 执行材料和流程审核

最后,作为DfM流程的最后一步,对PCB制造商、其合同制造商(CM)及其供应商进行审核非常重要,包括对他们的材料和流程进行现场审核,尤其是在进行大规模生产之前。

供应商评估等服务可以对供应商的组件和技术进行评估,以确保它们符合行业标准,并确认您的产品不会因制造错误而出现可靠性问题。

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