SMT制造设计(DFM)

1、爲製造著想的設計 (DFM, Design For Manufacture)這些年，雖然 DFM 已被各種各樣地定義，但一個基本的理念是相同的：爲了在製造階段，以最短的周期、最低的成本達到最高可能的産量，DFM必須在新産品開發的概念階段有具體表現。特雷西 .泰勒(美)把 DFM 的原則應用到印刷電路裝配，已經顯示了降低成本和裝配時間達三分之二、第一次通過率從 89% 提高到 99% 。從這些數位看， DFM 是電子製造公司的顯而易見的選擇。DFM 的開始首先，必須認識到 DFM 的必要性。這個對一個高級管理成員來說可以最有效率地完成，但時常對具體實施 DFM 的初級雇員來說是另外一回事。他們通

2、過參與 DFM 會議或研討會來自我教育， 與他人共用知識。內部推廣 DFM 的其他方法包括，把有關 DFM 的研究提交給關鍵人物或邀請顧問與公司領導討論 DFM。成功至少需要工程和製造兩方面的領導確信 DFM 的必要，之後，組織的其餘部分盡可能地予以支援。開始 DFM 的下一個步驟就是，找一個可以監督這個過程的雇員。這意味著他必須具有工程和製造兩個方面的技術背景。雇員必須瞭解公司的工程方面，從而理解涉及到研究、開發和設計産品的各種要求，這樣他或她可以在新産品開發周期內的修正階段影響産品。類似地，該人必須瞭解製造工序的能力，以加強資本和補償任何薄弱環節。一個人在足夠的細節上廣泛地瞭解工程和製造兩

3、大功能塊，是不尋常的，因此對有潛力的關鍵人物的迴圈計劃應該用來開發這些技能。外部招聘，作爲這個長遠培訓步驟的替代，是另一個保證 DFM 資源的方法。可是，這個人的關鍵是瞭解你公司的工程和製造過程 。把工程要求和製造能力合理的匹配是 DFM 成功的關鍵。一旦指定一個人爲 DFM 職位，重要的是他或她瞭解現在可利用的技術和將來有前景的技術。找到和把這些知識帶入公司是重要的，這樣，工程部門可以將它體現在産品設計中，製造部門可以生産出來。轉換技術的有用方法是閱讀關鍵的技術雜誌或期刊、參加技術研討會、會見供應商、訪問和調查公司、參加工程協會的本地分會、和瀏覽因特網。收集新技術的樣品，帶到會議中或簡單地展

4、示陳列出來，這樣做可以引起人們的興趣和産生應用的想法。技術轉換研討和會議 (經常舉行 )，有工程和製造兩方參加，對開始教育步驟是必須的。類似的會議也會把想法彙集成討論議題。精选文库得到技術知識後，下一步必須決定這個新人物應該“安頓”在哪里，組織上向哪里彙報。我們推薦該人和設計部門“共處”在一起，這樣，所有的交互作用都在即時發生。另外，由於成爲部門的資訊資産， DFM 人員有機會和人們建立和睦與尊重。雖然 DFM 人員可以向工程或製造部門彙報，推薦的方法是使其向製造部門彙報，而駐紮在工程部。這樣，他或她對製造部有必要的效忠，同時對工程部提供有價值的服務。開始 DFM 時，考慮的另外的步驟是：統一

5、從製造到工程的資訊流 (即，用同一種聲音說同一種語言 )；告訴設計和生産人員彼此的能力，讓設計人員參觀生産，反過來也是；拆除工程與製造部門之間的牆 ，通過每天設計部門解答 DFM 問題，成功地把新産品推向生産，量化 DFM 的影響，然後推出市場。工具和技術有許多商業夠買的 DFM 工具，以及那些世界級公司內部創建的工具。 DFM 工具是爲了提供一個框架 ，以目標的方式來使一個設計的可製造性的測量和影響特徵化。DFM 指南是爲一個公司制定預期結果基線所必須的。工程部設計達到一套規格或要求，製造部具備某種的生産能力。要求和能力的同步爲兩個功能部門設定期望。 DFM 指南形成工程與製造部門之間的橋梁

6、，成爲通信工具。它可以開始是一頁簡單的合理的行動列表。例如， PCB DFM 指南應該包括首選元件與包裝、優化的板 /組合板尺寸、元件之間的間距要求和生産設備的邊緣空留。後來，可能進化成一本更複雜和更全面的手冊，定義每一個有用的部分和過程。當然，最好開始簡單，使得指南清楚交流、容易理解和馬上可用作參考 (即，擺在每一個設計者的桌面上 )。資訊越複雜，越可能被放在某個人的書架上，而不是新産品設計時實際的查閱。和其他任何文件一樣，指南必須得到維護，以使其準確地描述製造者的能力。當生産自動設備被替換或更新或新技術引入時，這一點特別重要。DFM 反饋步驟 。爲了有效地傳播製造車間和工程實驗室所得到的知

7、識經驗，這一點是必要的。一個有效的方法是，由生産人員使用製造工藝來建立所有的工程模型。這是一個被證實的方法，用來傳遞成功建立産品的建設性的反饋資訊。因此不會出現奇怪的問題，當一個産品發放給生産，因爲那些相同的生産工藝已經在整個設計周期內已經用到。反饋必須傳遞迅速準確，使得設計小組可以馬上更正由生産人員在模型上所觀察到的任何問題。如人們所預料，在生産設備上運行模型製造會消耗額外的生産能力，因此，必須適當的考慮到預測的負荷要求。假設分析模型。用這種方法來完成一個設計相對另一個設計的量化的可製造性測量。雖然相當簡單，但它實現了極大的 DFM 影響力。模型表現了製造中每個裝-2精选文库配工藝的特色：百

8、萬缺陷率(dpm, defects per million)、設定時間和運行時間。使用者輸入每個工藝步驟加入的元件數量。模型輸出三個關鍵變數的計算結果：預計周期時間、預計成本和預計産量。工具的作用是可以把非DFM PCB 設計和實現優化步驟的DFM PCB設計進行比較 (即，進行假設模型分析 )。假設模型分析的一個例子可以從表一中看到。表中列出了 PCB X 的 DFM 前後的周期時間、成本和産量的計算。這允許兩個裝配之間這些變數差別的比較，以看出DFM 的影響。將價格差乘以預計年生産的PCB 數量，得到預計的年度成本節約，這個然後可以和預計的改造實施成本比較。表一描述的例子顯示了66% 的成

9、本和周期時間的減少， DFM 應用板比非 DFM 應用板高出 10% 的産量改進。這個模型可以用來作出商業決定，在目標、量化資料的基礎上實施DFM 。PCB 裝配的假設分析模型*StandardsPCB X before DFMPCB X after DFMProcessdpmS/U RunVariableS/U RunQuantityS/U RunQuantityStencil2050.5(PCB)50.5150.51Print(T)Chip Place100100.012(SMT)100.0484100.31226IC Place200150.025(SMT)000000Reflow255

10、-Internal50.3150.31Stencil2050.5(PCB)000000Print(B)Chip Place100100.012(SMT)000000IC Place200150.025(SMT)000000Reflow255-Internal000000Clean1050.3(PCB)000000DIP5000150.1(Comp)000000Sequence1500200.02(Comp)200.2613000VCD1500150.03(Comp)150.3913000Radial5000300.04(Comp)000000Stake6000100.14(Comp)00000

11、0Mask2500100.05(Point)100.153000Adhesive505- Internal50505050Dispense-3精选文库Chip Place100100.12(SMT)100.650100.650IC Place200150.025(SMT)000000Cure255-Internal501501Clean1050.3(PCB)000000Prep5000150.1(Comp)150.77000Prewave7500100.2(Comp)10210100.84Wave200050.7(PCB)50.7150.71Solder/CleanPostwave150001

12、03(Comp)1093000DifficultPostwave10000101(Comp)000000EasyClean50050.3(PCB)50.31000Depanel500051.5(PCB)56451.51Conformal100002010(PCB)2010120101CoatInspection5005 0.007(Solder51.1216051.12160Joint)Enter Lot Size5050Enter Realization0.550.8I.E. Minutes165 32.06890 15.832Prorated Setup3.31.8Total I.E. M

13、in.35.36817.632Total I.E. Hours0.5890.294Expected Cycle Time1.0720.367Expected Cost$32.15$11.02Expected Yield89.40%98.70%* All numbers are fictitious and are intended for instructioal purposes only.表一 .-4精选文库DFM 計分 。這個工具描述了對一個特定産品設計的每個重要的可製造性特徵。表二是 PCB 可製造性的計分表。它顯示了 18 個對生産重要的可製造性特徵，分成三個部分：元件、設計和製造工

14、藝。規格在設計開始時由DFM 人員和設計小組決定，給出或者是 1 或者是 0 的等級 (1 = 希望的特徵，0 = 不希望的特徵 )。然後，在設計周期的每個連續的硬體 (即，原型 1，原型 2，製造模型和生産 )重復操作期間，每個特徵用 1 和 0 計分 (1 = 達到， 0 = 沒達到 )。計分累計和被除(除以 18)，然後與工具底部給定的等級比較。幾個重要的結果從這種工具的使用中得到。這些結果中：通常得到所希望的分數 (在世界級的級別中 )，因爲它們是按標準的，高分的競爭在設計者中升起，人們得到高分的回報。突然，工程部門努力獲取 DFM 的高分。Design for Manufactura

15、bility ScoringProject: XBoard #: YComponentsSpecsProto 1Proto 2 ManufacturingProductionModel<1% sole-sourced10011components>95% PPSL11111complianceProcess compatible10111packagingComponent count -11110single pass<2% hardware10001Correct Strategy10001selectedDesignOptimal PCB panel10111Fabri

16、cation DRC10000resolvedZero defect10011documentation-5精选文库CAM ready data11111Within PCB design11111guidelinesProcess compatible10111orientationManufacturing ProcessCorrect material10011packagingAutomation content11111>90%<1% post wave process10001Process steps <1010001No fixtures/tools11111

17、required6 sigma yield possible10011DFM Score18%33%50%72%89%93-100%World Class85-92%Highly Manufacturable77-84%Acceptable69-76%Poor0-68%Unacceptable表二生産就緒檢查 。當一個工程産品設計完成，何時才準備 就緒接受設計呢？這些經常是公司要問的關鍵問題。雖然答案各異，但一個證明成功的方法是生産 就緒檢查。這是一個重要的 DFM 工具，因爲市場是競爭性的，顧客要求高品質、具競爭性價格、達到市場快的産品，要求在新産品引入的開始爲可製造性設計的産品。這個工具檢

18、查來自整個新産品設計周期內每個功能部門的每個可傳遞任務的完成情況。工程可傳遞任務的一個例子是，所有發放給製造部門的圖紙，用於訂貨到交貨時間內的材料採購。因此，工程部有X 可傳遞，製造部有Y 可傳遞。每一個這些可傳遞任務在整個設計周期的某個關口(即，檢查點 )檢測。跨功能的新産品小組決定何時這些可傳遞任務必須完成，然後檢查就緒完成情況。現在這-6精选文库個變成一項很目標性的檢查，何時工程完成，是否製造準備就緒。例如，在 10 個月的開發周期內有 10 個不同的關口，工程部報告 75 個可傳遞任務中有 50 個完成，而製造部在第 10 個關口報告， 100 個可傳遞任務中有 100 個已完成，那麽

19、很清楚，工程沒有完成，製造準備就緒，需要等待。所有這些工具DFM 指南、 DFM 反饋、假設分析模型、DFM 計分和生産就緒檢查 都是內部開發的。應該做成本對效益的平衡，以便合理的決定是否購買許多商業 DFM 工具之一，或者創建更適合公司需要的用戶化DFM 工具。關鍵是使用必要的工具達到所希望的DFM 影響。結論DFM 在過去 20 年裏，已變成改善成本、品質和周期時間的通用方法。結果，DFM 的概念、工具和技術在這段時間變得越來越組織化。隨著這種成熟，該知識，過去只能在教科書、手冊和個人資料庫中找到，已在電腦軟體工具中找到去路。該趨勢將繼續，直到 CAE 工作站“知道”了一個製造工藝的全部特

20、性，並能夠開發其過程能力。可是，沒有必要等待到未來去發生。這裏所提到的 DFM 概念和工具，只是電子裝配工業中， DFM 過程成功實施的已被證實的技術例證。當然，不同的産品和工藝過程將要求細節上的變化，但是概念和工具是可移植的。Works consulted1. Ramon Bakerjian, Tool and Manufacturing Engineers Handbook, Fourth Edition, Volume 6, Design for Manufacturability, Dearborn: Society of Manufacturing Engineers (SME),

21、1992.2. Geoffrey Boothroyd, Peter Dewhurst, Winston Knight, Product Design for Manufacture and Assembly, New York: Marcel Dekker Inc., 19943. James K. Hollomon, Jr., Surface-mount Technology for PC Board Design, Indianapolis: Howard W. Sams & Company, 1989, p. 267-96.4. Ray P. Prasad, Surface Mo

22、unt Technology Principles and Practices, New York: Van Nostrand Reinhold, 1989, p. 235-65.5. Sammy G. Shina, Concurrent Engineering and Design for Manufacture of Electronic Products, New York: Van Nostrand Reinhold, 1991.6. David G. Ullman, The Mechanical Design Process, New York: McGraw-Hill Inc.,

23、1993, p. 3-15, 252-91.有關的工業標準文件-7精选文库有許多工業文件可用於幫助 DFM 的實施。下面是一覽子設計有關的文件，有關這些或其他文件的情況，或要購買文件，請聯繫：IPC Association Connecting Electronics Industries, (846) 509-9700. Surface Mount Equipment Manufacturers Association (SMEMA), (847) 831-1002.Electronic Industries Alliance (EIA), (703) 907-7500.SMC-WP-004Design For ExcellenceIPC-T-50Terms and Definitions for Interconnecting and Packaging Electronic CircuitsIPC-D-275Design Standard for Rigid Printed Boa