用于制造 PCB 的设计

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什么是制造设计？
DFM的目的是什么？
DFM 因素
制造设计如何转化为 PCB 布局
Millennium Circuits Limited 的 DFM 检查

PCB 制造设计

在整个制造和商业领域，大量机器依赖于印刷电路板或 PCB。同样，PCB 的功能使消费者日常使用的设备成为现实。

由于 PCB 的设计和制造关系重大，因此以最高效率实施生产至关重要。然而，要做到这一点，设计阶段和制造过程中涉及的所有各方都必须保持联系，才能看到产品理念的实现。这就是所谓的制造设计概念及其步骤顺序发挥作用的地方。

什么是制造设计？

制造设计 (DFM) 是一个过程，它使制造商能够检查一系列类别的产品设计，以通过最有效的制造方式优化其尺寸、材料、公差和功能。借助 DFM，经过认证的产品承包商可以仔细审查各个领域的每个新产品创意，以便为手头的产品找到最佳的尺寸、材料和制造工艺。

希望同时削减开销和提高产品质量的制造商采用 DFM。 DFM 还可以在短期内为物品找到替代制造方法。例如，如果一家公司只需要少量产品，那么建立一些昂贵的高科技成型设备库来生产这种限量生产的产品可能是一种浪费。

同时，该产品可能需要独特的测量，如果没有传统的工业武器库，很难制造。 DFM 可帮助制造商找到可以节省资金的替代方法，例如对原本需要单独成型腔的零件进行热成型方法。

DFM 还帮助制造商改进现有设计。如果一家公司过去已经批量生产了一种产品，现在计划将其重新投入生产，那么这一次它可以通过重新评估原始设计和将其制成产品的工艺来节省资金。如果他们确定所涉及的任何早期步骤是浪费的，他们可以将它们从流程中消除。

DFM 的目的是什么？

DFM 的目的是消除设计师和制造商之间曾经常见的误解。在过去的几十年里，双方经常因为相互误解而发生冲突。在一个典型的场景中，设计师会构思一个具有一组测量值和一系列材料的产品。然后设计师将蓝图和草图发送给制造商，制造商的任务是将设计投入生产。如果他们在设计中发现任​​何问题，设计师会留给制造商来纠正这些问题。

从设计师的角度来看，设计阶段之后发生的步骤，包括修改，都是制造商的责任。问题是制造商通常不了解设计过程的复杂性，但会知道某些测量或材料何时不切实际或不可能。在这样的情况下，制作有时会因为最后一刻的设计大修而被推迟，这对相关各方来说往往代价高昂。有时，尽管存在缺陷以及产品缺陷和客户不满意的风险，制造商仍将设计投入生产。

通过 DFM 工程，设计、开发和生产过程各个阶段的专家在每一步都通力合作。他们一起组成了一个联合团队，每个部门的工程师在产品开发、测试和发回修改时实时听取对方的意见和反馈。 DFM 可以帮助公司几乎立即发现设计缺陷并在制造团队开始生产之前进行纠正，从而节省了金钱和时间。

采用 DFM 的产品和开发团队还包括来自制造过程之外的各方的意见，例如采购商、供应商和律师。在完成产品设计后，公司只花费了整体制造预算的一小部分，但设计将决定产品的大部分成本。因此，制造商在承诺产品时面临太多风险。

借助 DFM，公司可以消除可能导致代价高昂的生产停顿和浪费运行的错误，这要归功于参与该过程的每个部门的工程师的合作审查。 DFM 还帮助制造商避免出现有缺陷的产品向公众发布的情况，从而导致突然的缺陷、客户投诉、多起诉讼和其他可能损害品牌在消费者心目中的形象的公关惨败。

DFM 因素

DFM的步骤包括以下顺序来确定给定产品的工艺、设计、材料、环境和合规性。

1。制造工艺

DFM 的第一部分是确定用于相关产品的正确制造工艺类型。当您需要生产一定数量的产品时，该过程应反映生产范围和计划运行的压制次数。

要确定给定产品的最佳制造工艺，您应该考虑产品尺寸和生产所需材料等因素。还要考虑产品表面所需的步骤，以及是否需要在基本组装阶段之外进行任何次要步骤。

2。产品设计

DFM 的下一部分是检查产品的设计并确定规格是否适合成品，或者在开始生产之前是否需要进行任何额外的更改。此步骤的目的是纠正先前运行中可能出现的设计问题，并使您的生产这次更加顺利和高效。

如果您修改现有设计，请确保修改符合基本设计原则。请务必与您的合同制造商讨论这方面的所有此类决定，因为这样做将帮助您确保根据手头产品的制造原则进行即将进行的生产。

3。产品材质

DFM 的另一个关键方面是确定相关产品需要哪些材料。根据产品的形状、尺寸和预期用途，您需要考虑多种因素，例如材料或产品所需的强度、质地和热性能。

在此步骤中，您需要咨询合同制造商，以确保所选材料符合手头生产的要求。如果您想到某种材料，则需要知道该材料是否耐热和导电，因为这些因素可能会制造或损坏产品。

4。最终环境

在您最终选择产品的工艺、设计和材料之前，您需要检查消费者使用它的环境。一旦确定了这种环境可能对产品的材料和形状产生的各种影响，您就必须确定之前的三个 DFM 选择是否足够。

制造示例的设计包括考虑消费者将如何以及在何处使用您的产品。如果您开发一种全年在户外使用的产品，则材料需要能够承受各种环境温度和天气条件。如果用户将产品安装到其他物体上，则设计需要适应各种设置。

5。测试/合规性

DFM 的最后阶段是确定相关产品的设计和材料是否符合对此事有发言权的各个实体的安全和质量标准。第三方 ISO 认证的测试机构可以确定这一点。中立的制造分析师必须监督测试。

各种实体的标准可能会影响您在当前状态下推进设计的能力。例如，州、联邦或国际层面的监管规则可能会认为您的产品在其现有配置中不安全。该产品可能不符合其预期行业的规范。产品的设计甚至可能达不到贵公司的安全标准。

常见的设计错误

在PCB设计和生产过程中，采用DFM可以消除以下错误。

1。边缘间隙

制造商在 PCB 设计中可能犯的最严重错误之一是没有提供足够的边缘间隙。对于 PCB 边缘的铜，这个问题可能是个问题，因为如果缺少保护涂层，铜会腐蚀。如果您在设计 PCB 时没有考虑到这种余量，则涂层可能会在最终切割过程中被去除。

幸运的是，如果您在电路板设计中添加必要的间隙，您可以轻松纠正边缘余量问题。对于 PCB 的外层，涂层应该只需要设计额外的 0.010 英寸。对于内层，涂层只需要在设计上增加 0.015 英寸。

2。制造酸陷阱

酸陷阱可能是 PCB 设计中经常出现的问题，而没有考虑到这个问题。为避免这种可能性，切勿以锐角设计成角度的走线。例如，45 度角比 90 度角更可取。后者可能使 PCB 容易受到酸陷阱的影响，而前者通常不会出现这个问题。完成布线后，请务必仔细检查所有走线角度，以确保没有连接的走线产生酸陷阱。

3。复杂的电路板布局

如果您的电路板变得复杂，您应该将设计重新考虑为更具解决方案的计划，您可以在同一侧组织所有必要的组件。一些 PCB 设计人员有时会犯的错误是将一些元件放置在电路板的反面以释放初级侧的空间。

当您在 PCB 的两侧放置组件时，会增加制造过程的成本。此外，在 PCB 的另一侧添加组件给制造商增加了许多复杂性。

4。焊盘之间没有阻焊层

在 PCB 设计中，阻焊层是任何电路板最关键的元素之一，因为它可以防止铜和其他金属之间的接触。如果焊盘之间没有阻焊层，负极金属之间可能会形成接触，从而导致意外短路。

为确保每块电路板都有足够的阻焊层，请将其包含在所有 PCB 产品的设计规则中。这样，在将大型 PCB 的设置转换为较小的电路板时，阻焊层的应用就不会出现任何问题。

5。在焊盘中放置过孔

如果 PCB 上的空间很紧，您可能会想添加通孔以释放空间。但是，这可能会通过将焊料从电路板上吸走而削弱 PCB 的安装能力，从而使焊接过程无效。尽管过孔选项在某些情况下可能有用，但仅在必要时使用它。微孔、盲孔和埋孔也是如此。

制造设计如何转化为 PCB 布局

在 PCB 工程中，DFM 的原则帮助制造商将所有设计规范保持在功能布局中，而不管所讨论的 PCB 尺寸如何。将一块电路板的组件合并到较小的 PCB 中时，可能难以将部件安装到位并避免诸如酸陷阱和边缘间隙问题等问题。 DFM 有助于在电路板投入生产之前避免这些问题。

通过 DFM 工程，经过认证的制造商检查电路板的设计，以确保其测量值足以满足 PCB 的预期用途。他们还检查了电路板设计，以确保它能够在预期的环境中运行。例如，如果电路板将用于产生大量热量的机械中，则 PCB 设计将需要包含能够承受这些条件的组件和保护元件。

如果 PCB 设计未能通过一系列标准测试，DFM 流程还可以确保其不会获得生产批准。例如，如果 PCB 在一组可能的工作条件下很容易出现故障，则设计人员将需要使用额外的组件对电路板进行重新加工，直到它能够处理其相应设备的任务。

在 PCB 生产中，DFM 的原则与制造设计密切相关，涵盖了制造问题以及它如何应用于 PCB。

Millennium Circuits Limited 的 DFM 检查

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