【PCB信息網(wǎng)】摘要：面對(duì)電子產(chǎn)品向小型化,、高密度和高速度發(fā)展,，PCB設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度大大增加，如何有效地對(duì)復(fù)雜PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的質(zhì)量控制是我們面臨的一個(gè)課題,。闡述了引入VALOR的Trilogy 5000軟件后,，對(duì)產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)的全流程進(jìn)行DFM（可制造性分析技術(shù)）應(yīng)用的過程，并與傳統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)和檢查方法進(jìn)行了比較,。該P(yáng)CB設(shè)計(jì)審查機(jī)制可協(xié)助設(shè)計(jì),、工藝、制造和質(zhì)量檢查人員進(jìn)行產(chǎn)品全生命周期過程的質(zhì)量控制,，作為PCB設(shè)計(jì)完成到投產(chǎn)前進(jìn)行自動(dòng)評(píng)審的有力工具,，它提高了PCB設(shè)計(jì)的一次成功率，縮短了產(chǎn)品的研制周期,。

　　隨著電子產(chǎn)品的高速發(fā)展,，PCB設(shè)計(jì)中已大量選用BGA、QFP,、PGA和CSP等高集成度器件,，PCB的復(fù)雜程度也大大增加，隨之而來的PCB的設(shè)計(jì)和制造難,、測(cè)試?yán)щy,、焊接不良、器件不匹配和維修困難等生產(chǎn)問題,。這樣導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品工期延誤,，研制周期加長(zhǎng)，成本增大,，產(chǎn)品返修率高,，并且產(chǎn)品可能存在質(zhì)量隱患。這樣的產(chǎn)品同時(shí)更無法滿足軍工產(chǎn)品時(shí)間短,、高可靠和高穩(wěn)定性的要求,。

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，我們通過對(duì)VALOR軟件Trilogy 5000 DFM功能的應(yīng)用,，引入“可制造性設(shè)計(jì)”理念,，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量重心前移。在設(shè)計(jì)階段融入制造規(guī)則,，建立新的PCB設(shè)計(jì)流程，如圖1所示,。以減少設(shè)計(jì)的變更帶來的周期延長(zhǎng),，保證生產(chǎn)質(zhì)量和效率。在制造前期解決或發(fā)現(xiàn)所有可能的質(zhì)量隱患,，將產(chǎn)品研制的迭代次數(shù)降到最低,，減少成本,，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。也使得產(chǎn)品質(zhì)量與所用的設(shè)計(jì)軟件無關(guān),，與設(shè)計(jì)人員的水平無關(guān),，讓企業(yè)進(jìn)入規(guī)范化管理。

1,、DFM技術(shù)概念

　　DFM技術(shù),，即可制造性技術(shù)，主要研究產(chǎn)品本身的物理設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)各部分之間的相互關(guān)系,，并把它用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中以便將整個(gè)制造系統(tǒng)融合在一起進(jìn)行總體優(yōu)化,。DFM技術(shù)可以降低產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本，使之能更順利地投入生產(chǎn),。換而言之,，DFM就是要在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中及早發(fā)現(xiàn)問題并加以解決。

　　2,、DFM軟件應(yīng)用

　　Trilogy 5000 DFM分析主要包括光板制造設(shè)計(jì)分析,、裝配分析和網(wǎng)表分析等。

　　2.1分析準(zhǔn)備

　　DFM的分析準(zhǔn)備工作是非常重要的,，是所有分析的基礎(chǔ),，也是DFM分析是否能夠進(jìn)行下去的前提。以下五項(xiàng)就是主要的準(zhǔn)備工作,。

　　2.1.1通過EDA工具輸出PCB設(shè)計(jì)所生成的ODB++數(shù)據(jù)

　　ODB++數(shù)據(jù)是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式,，它將傳統(tǒng)的加工裝配數(shù)據(jù)如PCB的網(wǎng)絡(luò)信息、層疊關(guān)系,、元件信息,、提供給廠家的印制板加工信息、物料信息,、各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括貼片程序和測(cè)試程序等集中在一起,。通過EDA設(shè)計(jì)工具中嵌入的ODB++數(shù)據(jù)生成器來產(chǎn)生。為VALOR Trilogy 5000 DFM提供完善和真實(shí)的檢查依據(jù),。

　　2.1.2基于每個(gè)PCB設(shè)計(jì)的完整BOM清單

　　讀入BOM清單即是將PCB設(shè)計(jì)的BOM整理為VALOR Trilogy 5000系統(tǒng)可認(rèn)的BOM形式,，并對(duì)應(yīng)每一個(gè)器件的廠家和VPL封裝庫(kù)。批量生產(chǎn)（傳統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)流程）在對(duì)應(yīng)BOM清單時(shí)我們遇到的問題是,，我們的 EDA工具自動(dòng)產(chǎn)生的BOM與企業(yè)的物資采購(gòu)系統(tǒng)一致,，而物資采購(gòu)系統(tǒng)為了可讀性，將所采購(gòu)的國(guó)產(chǎn)器件的廠家名稱一欄,，大多以中文形式體現(xiàn),，器件型號(hào)中一般也會(huì)帶有一些標(biāo)注性的中文，這對(duì)于VALOR軟件中BOM清單的匹配來說,，對(duì)應(yīng)廠家這一環(huán)節(jié)是無法實(shí)現(xiàn)的,。通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn),，考慮到物料編碼是對(duì)應(yīng)每一種器件的，不會(huì)發(fā)生不同器件用一個(gè)物料編碼的情況,，具有唯一性,。所以在BOM解讀時(shí)我們就將物料編碼的屬性設(shè)為MPN（Manufactor Part Number廠家編號(hào)），而將廠家和器件型號(hào)兩欄的屬性設(shè)為Describe（描述）,，將本單位的代號(hào)屬性設(shè)置為Manufactor(廠家),，所有的器件型號(hào)對(duì)應(yīng)的廠家只有一個(gè)，就是本單位的代號(hào),。這樣實(shí)施以后,，大大簡(jiǎn)化了對(duì)應(yīng)BOM清單的步驟，而且巧妙地避免了對(duì)應(yīng)廠家時(shí)產(chǎn)生的廠家名稱不準(zhǔn)確和中文不識(shí)別等諸多一直困擾我們的問題,。

　　讀入BOM的過程,，可以驗(yàn)證PCB設(shè)計(jì)BOM清單的準(zhǔn)確性，并較早發(fā)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)中所用的封裝與元器件的實(shí)際器件庫(kù)不匹配的現(xiàn)象,，并生成檢查結(jié)果的報(bào)告,，這對(duì)于PCB設(shè)計(jì)來說是一個(gè)很好的先期檢查過程。如果企業(yè)的BOM格式是一定的,，就可以通過制作模板來再次簡(jiǎn)化讀入BOM的過程,。

　　2.1.3建立基于企業(yè)物料編碼的VPL實(shí)際封裝庫(kù)

　　通過查閱器件手冊(cè)，利用VALOR Trilogy 5000的建庫(kù)工具PLM來建立每一個(gè)器件的實(shí)際封裝庫(kù),。VPL庫(kù)包含制造商的品牌,、規(guī)格型號(hào)和元器件的實(shí)際封裝尺寸。VPL庫(kù)不同于PCB設(shè)計(jì)的封裝庫(kù),，是描述元器件實(shí)際尺寸的三維立體元器件封裝庫(kù),。

　　在VPL封裝庫(kù)的命名上我們采用VPL默認(rèn)的命名方法，但在這個(gè)封裝的屬性中加入U(xiǎn)_PCB_PACKAGE屬性,，將這個(gè)屬性的值寫入EDA的封裝名稱,。這樣做的好處是：在DFM分析時(shí)點(diǎn)擊要關(guān)注的器件，可以很直觀地看到這個(gè)器件所對(duì)應(yīng)的EDA封裝名稱,，便于有問題的封裝定位和查看,，節(jié)省了時(shí)間。

　　VPL封裝庫(kù)的建立是一個(gè)慢慢積累的過程,，可以先從電阻和電容建起,，利用VALOR公司提供的COPYPART軟件，將一種封裝的電阻或電容整理到一個(gè)Excel表中,，通過批處理運(yùn)行,，可以將所有表中器件的VPL封裝庫(kù)一次性建好。一般單位的EDA封裝庫(kù)里的幾千種封裝,，其中三分之二應(yīng)該都是電阻和電容組成,，如果通過上述方法，將電阻和電容先建立好,，為VPL庫(kù)的建立奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和信心,；其次就應(yīng)該建立一些重要器件如接插件和CPU等器件，這樣做可以保證每塊印制板在做可裝配分析后,，投產(chǎn)的印制板至少不會(huì)出現(xiàn)不可用的情況,；再其次應(yīng)該建立較為貴重的器件的VPL封裝，這樣保證了含有貴重器件印制板投板的一次成功率,，如果因?yàn)榉庋b錯(cuò)誤導(dǎo)致貴重器件在裝配過程中遭到破壞,，對(duì)企業(yè)來說將是一個(gè)不小的損失。再下來建立常用器件的VPL庫(kù),，隨著VPL庫(kù)的慢慢充實(shí),，VPL庫(kù)逐漸建立起來，這樣大多數(shù)印制板就可以進(jìn)行可裝配性分析了,。

　　2.1.4定義器件的屬性

　　作為所有檢查的依據(jù),，ERF規(guī)則管理庫(kù)的建立是至關(guān)重要的。在實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中,，我們匯集了印制板生產(chǎn)廠家的制造規(guī)范,，并對(duì)設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)規(guī)范及生產(chǎn)工藝規(guī)范進(jìn)行了整理，逐條分析比對(duì),，建立了符合本單位的ERF規(guī)則管理庫(kù),，并在實(shí)踐中對(duì)它逐步完善。ERF規(guī)則管理庫(kù)包括光板分析規(guī)則管理庫(kù)和裝配性分析規(guī)則管理庫(kù),。

　　2.2可裝配性設(shè)計(jì)

　　在印制板的PCB布局基本完成的情況下：

　　1）導(dǎo)入ODB++數(shù)據(jù),；

　　2）導(dǎo)入該設(shè)計(jì)的BOM清單；

　　3）調(diào)用與已建立的物料編碼相對(duì)應(yīng)的VPL實(shí)際封裝庫(kù)及ERF裝配性分析規(guī)則管理庫(kù),；

　　4）根據(jù)不同的印制板裝配要求,，設(shè)置相應(yīng)的裝配工藝，并對(duì)印制板劃分出工藝區(qū)域,；

　　5）定義器件屬性,；

　　6）進(jìn)行裝配性檢查，生成了可視化圖形,，并自動(dòng)生成可裝配性分析報(bào)告,。

　　可裝配性檢查包含了元器件封裝檢查、標(biāo)識(shí)點(diǎn)檢查,、元件分析,、焊盤分析、焊盤和引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系分析、測(cè)試點(diǎn)分析及模板開口分析等檢查,。上述檢查項(xiàng)目都包含子項(xiàng)目,，如元件分析包含有元件間距、元件方向,、元件高度,、元件絲印和元件禁布區(qū)等。通過檢查,，可以看出元件與PCB焊盤不匹配,、元件碰撞干涉和元件焊接不良等問題。

　隨著PCB設(shè)計(jì)的復(fù)雜度越來越高,，一塊印制板會(huì)含有上千個(gè)器件,，插裝器件和表貼器件都分布的十分密集，在印制板布局布線完成后,，要對(duì)這上千種器件的絲印進(jìn)行調(diào)整,，也是一個(gè)不小的工作量，而這種繁雜的工作難免會(huì)出現(xiàn)位號(hào)放的位置不合理甚至顛倒的情況,。而普通的EDA設(shè)計(jì)軟件是不提供這種問題的檢查項(xiàng)的,，所以一旦這種問題發(fā)生以后，往往在印制板加工和器件安裝后,，經(jīng)過調(diào)試才能夠發(fā)現(xiàn),。給后期的裝配和調(diào)試帶來了很多麻煩，耽誤了產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度,，帶來了經(jīng)濟(jì)損失,。通過元件分析，圖2所示的位號(hào)錯(cuò)位的問題就會(huì)很輕易地被檢查出來,。替代了PCB設(shè)計(jì)人員的人工檢查過程,，提高了效率，也為我們的PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量提供了保證,，該項(xiàng)檢查對(duì)我們的PCB設(shè)計(jì)是非常有意義的,。

　　圖2位號(hào)錯(cuò)位

　　元件間距分析為我們PCB設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常遇到的器件間距過近的檢查提供了方法。不同元器件之間的間距要求是不同的,，高度也不同,，可以通過ERF和器件屬性的對(duì)應(yīng)表來設(shè)置。我們通過調(diào)用VPL庫(kù),，分析各類元件的不同間距是否符合要求,。如圖3所示，兩元器件間距太近,，導(dǎo)致過波峰焊時(shí)由于兩器件高度不一,，矮元件管腳上錫不足，可造成空焊或虛焊。

圖3 兩元器件間距太近

　　元件封裝分析,，主要是檢查PCB上元器件封裝的正確性,。該項(xiàng)檢查尤為重要，在PCB設(shè)計(jì)中元器件封裝對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤或者封裝庫(kù)建立錯(cuò)誤直接導(dǎo)致加工好的印制板無法使用,，只好重新生產(chǎn),。這不僅浪費(fèi)成本,，降低了效率,，更是失去了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　如圖4所示,，灰色框?yàn)閂PL庫(kù)的實(shí)際器件大小,，對(duì)比下方黑色PCB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，很明顯封裝的焊盤設(shè)計(jì)不合理,，焊盤焊接部分預(yù)留太短,，且焊盤寬度不夠，容易導(dǎo)致焊接過程中虛焊,。

　　通過可裝配性分析的應(yīng)用,，提高了PCB設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。由于我們?cè)贓RF規(guī)則中融入了加工廠家的許多加工要求,，所以也就減少了與加工廠家的來回溝通的次數(shù),，提高了效率和印制板投產(chǎn)的一次成功率。

　　圖4焊盤設(shè)計(jì)不合理

　　2.3網(wǎng)表分析

　　在PCB布局布線完成的情況下,，提取設(shè)計(jì)時(shí)所生成的ODB++數(shù)據(jù),，進(jìn)行網(wǎng)表分析。通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)路,，網(wǎng)路完整性的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤（開路或短路）會(huì)很直接地在圖形中標(biāo)識(shí)出來,。即使電源地的開路和短路也可以通過轉(zhuǎn)換成Pin-Point的檢查模式精準(zhǔn)地報(bào)告出來。該項(xiàng)功能可以幫助PCB檢查人員發(fā)現(xiàn)因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足造成的PCB檢查不全面的問題,，使PCB檢查人員可以在產(chǎn)品投入生產(chǎn)前驗(yàn)證最終的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整性,。

　　2.4光板分析

　　依據(jù)ERF的光板分析規(guī)則管理庫(kù)，提取PCB設(shè)計(jì)所生成的ODB++數(shù)據(jù),，進(jìn)行PCB光板可制造性檢查,。PCB光板分析主要包括鉆孔分析、信號(hào)分析,、電源地層分析,、阻焊分析和絲印分析等。

　　由于不同的PCB設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的水平和方法不同,，所以在PCB設(shè)計(jì)過程中,，由于經(jīng)驗(yàn)的不同，導(dǎo)致設(shè)置布局布線的規(guī)則不同，設(shè)計(jì)的質(zhì)量也有很大的差別,，如何使送到加工廠家前的PCB質(zhì)量受到控制,，我們將所有的設(shè)計(jì)要求和規(guī)范，通過設(shè)置ERF光板分析規(guī)則管理庫(kù)的形式,，體現(xiàn)在光板分析的各項(xiàng)檢查中,。

　例如在PCB設(shè)計(jì)中，隔熱花盤的大小要根據(jù)不同電源地的功率要求來設(shè)置,，如果隔熱花盤太小或者堵塞,，就會(huì)造成焊接時(shí)散熱太快、可焊性差和連接無法滿足功率要求等問題,。但是PCB設(shè)計(jì)軟件只要達(dá)到連接線寬要求是不提示錯(cuò)誤,。

　　如圖5所示，是隔熱花盤太小的情況,，光板分析會(huì)根據(jù)ERF規(guī)則的設(shè)置檢查,，分級(jí)提示，是否滿足了散熱和連接功率的要求,，避免了因經(jīng)驗(yàn)等因素造成的錯(cuò)誤,。

　　圖5隔熱花盤太小

　　另外，我們的PCB設(shè)計(jì)工具只提供印制線與焊盤之間的檢查項(xiàng),，并不提供印制線與阻焊之間距離的檢查,。如圖6所示，光板分析后,，能夠發(fā)現(xiàn)印制線與阻焊過近的問題,，避免了生產(chǎn)出的印制線漏銅，而銅氧化后會(huì)直接影響信號(hào)的質(zhì)量,。這些長(zhǎng)時(shí)間使用后才可能暴露出來的質(zhì)量問題,，也是我們PCB檢查時(shí)應(yīng)該考慮的。

　　圖6制線與阻焊過近

　　光板分析中,，如果將每一個(gè)檢查步驟拷貝制作成檢查表（Checklist）,，便可簡(jiǎn)化各項(xiàng)檢查的操作，還可以指定快捷鍵,，按一個(gè)按鍵就能夠進(jìn)行光板分析,，大大減少了檢查的工作量。

　　2.5軟件的同步

　　一旦EDA數(shù)據(jù)庫(kù)被閱讀成ODB++,Trilogy 5000就可以提供智能圖形連接到EDA工具中,。利用軟件設(shè)置的快捷鍵,，設(shè)計(jì)人員可從Trilogy5000畫面直接同步到EDA工具上顯示的同一圖框及位置，這為我們?cè)贓DA工具方便快捷地找到錯(cuò)誤點(diǎn),，提供了很大的便利,。

　　3,、DFM軟件與PCB設(shè)計(jì)軟件規(guī)則檢查功能的區(qū)別

　　DFM軟件工具是基于實(shí)際生產(chǎn)規(guī)則進(jìn)行的，而PCB設(shè)計(jì)軟件的檢查只基于設(shè)計(jì)規(guī)則,，是兩個(gè)不同領(lǐng)域的工具,。

　　PCB設(shè)計(jì)軟件內(nèi)的分析一般應(yīng)用于設(shè)計(jì)部門，在

　　設(shè)計(jì)后端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn),，確保無違反電氣規(guī)則的問題出現(xiàn),，側(cè)重于邏輯功能的實(shí)現(xiàn)；DFM則應(yīng)用于工藝部門和生產(chǎn)裝配部門,，確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)滿足所有加工制造,、裝配和測(cè)試的要求。

　　PCB設(shè)計(jì)軟件中相關(guān)模塊光板可制造性分析的功能相對(duì)簡(jiǎn)單,，規(guī)則不夠豐富,，如可裝配性分析和可測(cè)試性分析等工具都不具備。

4,、結(jié)論

　　DFM軟件為我們提供了全面的PCB設(shè)計(jì)自動(dòng)化評(píng)審方案，使我們的產(chǎn)品更加規(guī)范化,，即使是不同的PCB設(shè)計(jì)軟件,，不同經(jīng)驗(yàn)的PCB設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品，質(zhì)量都得到了保證,。使得工藝評(píng)審并行參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,，在設(shè)計(jì)階段解決和發(fā)現(xiàn)所有可制造性質(zhì)量隱患，大大提高了我們的PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量,。印制板的加工,、工藝管理及電裝工藝效率大幅度提升，產(chǎn)品的質(zhì)量得到了提高,，降低了產(chǎn)品的成本和研制周期,，增加了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　此外,，DFM軟件的應(yīng)用,，也有利于流程的標(biāo)準(zhǔn)化，通過DFM的規(guī)范,，將設(shè)計(jì)和制造部門有機(jī)地聯(lián)系起來,，同時(shí)達(dá)到生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化?；谀壳暗漠a(chǎn)品制造外包的趨勢(shì),，將能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)的專業(yè)化轉(zhuǎn)移，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)展,。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]丁穎,周嶺.CCGA器件的結(jié)構(gòu)特征及其組裝工藝技術(shù)[J].電子工藝技術(shù),2010,31(4):205-208.

　　[2]楊紅云.細(xì)間距陶瓷封裝柱狀陣列器件組裝工藝[J].電子工藝技術(shù),2007,28(4):221-223.

　　[3]陳正浩.電子裝聯(lián)可制造性設(shè)計(jì)[J].電子工藝技術(shù),2006,27(3):177-180.

　　[4]梁萬雷,曹白楊.表面組裝印制電路板的可制造性設(shè)計(jì)[J].電子工藝技術(shù),2006,29(2):74-76.

　　[5]江平.DFM軟件的應(yīng)用性研究[J].電子工藝技術(shù),2008,29—電子工程網(wǎng)