DFX与工艺相关的方法和案例

上个世纪90年代以来，电子领域的发展日月牙异，各种产品的设计开拓以及市场的推广进入了一个全新的期间。

电子产品设计师正面临着比以往更艰巨的寻衅：客户哀求产品价格更低、产品质量更高同时交货周期更短。
如何更快地去设计更多功能、更小体积、性价比更高、能够最大程度知足客户需求的产品成为各电子设计师努力追求的目标。

由于长期以来的思维和操作定式，产品在开拓与制造环节之间始终存在“间隙”，设计出来的产品每每面临

(1)不符合制造能力的哀求，从而须要大量维修事情，导致产品质量低下，产品设计需求多次修正；

(2)产品根本无法制造，设计职员必须重新努力别辟门户、从头开始，摧残浪费蹂躏了大量的人力、物力，严重削弱了企业在同行业中的竞争实力；

(3)产品可靠性差，客户投诉多，售后做事投入大，企业入不敷出，产品生命周期缩短，终极导致企业无以为继。

2、DFX设计定义与核心思想

DFX是Design for X(面向产品生命周期各/某环节的设计)的缩写。
个中，X可以代表产品生命周期或个中某一环节，如装置(M-制造，T-测试)、加工、利用、维修、回收、报废等，也可以代表产品竞争力或决定产品竞争力的成分，如质量、本钱(C)、韶光。

DFX的含义即是从产品的观点开始，考虑其可制造性和可测试性，使设计和制造之间紧密联系、相互影响，从设计到制造一次成功。
这种设计观点及设计方法可缩短产品投放市场的韶光、降落本钱、提高产量。

DFM：Design for Manufacture 可生产性设计

DFR：Design for Reliability 为可靠性而设计

DFA：Design for Assembly 可组装性设计

DFT：Design for Testability 可测试性设计

DFC: Design for Cost 本钱设计

DFE：Design for Environment 可环保设计

————————以上与工艺干系DFx———————

DFD：Design for Diagnosis 可诊断剖析设计

DFF：Design for Fabrication of the PCB 为PCB可制造而设计

DFS：Design for Serviceability 可做事设计

DFP：Design for Procurement 可采购设计

从操作层面上来说：DFx技能是并行工程的支持工具之一，是一种面向产品全生命周期的集成化设计技能。
这里的并行工程，指的是：在设计阶段尽可能早地考虑产品的可靠性、性能、质量、可制造性、可装置性、可测试性、产品做事和价格等成分，对产品进行优化设计或再设计。
例如可维修性设计，不是在维修的时候再考虑可维修性，而是在需求和设计阶段，有针对性地做一些可维修性的设计。

DFx的详细实行，有很多文章和文档，但是实在说得都比较“虚”，偏于理论和思想先容。
那我来“解构”一下，实操的过程中，如何“面向产品全生命周期”。

（1）在每一个环节设置，DFx专题

例如需求剖析阶段，该当针对DFx，专门谈论和评审需求。
例如在需求跟踪表中，除了功能描述之外，专门增加DFx的分类：启动韶光、可测试需求、螺钉种类、散热器拆装办法、远程升级等等需求，都写入需求跟踪的列表。
同样，在设计阶段，有专门的DFx的设计文档、和需求知足度评审。

（2）问题前置

例如，如果有项目创造的一些问题，或者一些有效的履历，该当在更早的环节提出；例如：可采购性设计，采购思考前置，我们在做需求和设计的时候该当充分考虑元件是否易于购买、本钱、供货周期、样品、器件本身的生命周期、量产韶光、停产韶光，等等。
可维修性设计，也便是维修思考前置，在做需求和设计的阶段，充分考虑维修时的痛点；同样的，可测试性设计、可掩护性设计都是这个事理。
这也充分表示了“并行工程”这个词的含义。

（3）问题总结回馈

在一些大公司，一样平常会有DFx的考察指标、成熟的DFx 评审Checklist；大家只须要学习、实行、优化，即可以出色地完成事情；这样的DFx方面的文档一样平常都是来自于古人的积累、咨询公司导入。
而初创团队、中小企业每每不具备这样的条件，DFx的完成度完备取决于人的水平。
以是，每每产品的各项指标不是靠系统编制担保，而是靠人来担保。
以是，每每会导致履历流失落，技能不具备可复制性，工程变更繁琐。
高水平的人的轻忽，也会导致问题。
人力不敷的时候，问题凸显。

而小公司每每就会延续这种小作坊的办法，持续进行，紧张依赖技能骨干的技能能力。
小公司也会总结，而每每总结都是针对人，而不是通过总结建立起机制，来避免问题重复。
以是，每次的项目总结的结论该当是形成辅导下次研发活动的依据。
并且该当设立项目节点，在项目节点针对过往的缺点进行Checklist检讨。
小公司既然很难做到不犯缺点，那么就该当努力做到“不重复犯缺点”。
进行持续改进之后，让团队达到新的高度。
问题总结回顾流程如图所示。

（4）DFx该当做单维度深度思考

在大公司，由于角色设置浩瀚角色，在各个项目节点，通过多角色参与，进行评审，围堵问题流入后续环节。
例如，在需求阶段，各种代表会出席评审会议：生产代表、采购代表、客户代表、技能做事代表等等等等。
各个维度的卖力人，对自己的维度进行去世守，公司通过KPI直接进行管控。
而小公司不具备这样多的角色进行设置，那么在实行过程中，就会涌现研发职员去考虑这些维度的时候，挖掘的不足深入，思维还没发散即可进行收敛。
由于攻防为一个人，以是不会产生剧烈的谈论和冲突，在设计过程中直接给出折衷的操作办法。
以是纵然是小公司，如果想把DFx做好，也该当在关键阶段，进行关键DFx设计的会议谈论。

实在，我们的设计团队如果人数、人的本色、人的水平确定之后，是否实行DFX，发生的问题总量是不会变革的。
但是通过DFX设计思考，DFX设计评审，能够把认知范围内的问题前置。
这样避免，问题在后续环节创造，导致更多的返工和更恶劣的影响。

我的一位老师曾经说过：小孩跟大人的差异在于，扫地不扫墙角根，洗脸不洗耳朵根。
实在也便是用一种普通的说法表达成熟的衡量标准：看问题的全面性，以及会后续可能发生的结果的预判和方法。

同样，一位成熟的工程师，与一位低级工程师的范例差异在于DFx方面的能力和素养。

3、电路板DFX工艺设计的意义

A,B两竞争公司，同期开拓某类似功能的电子产品，产品的性能高低紧张为某关键板卡的开拓。
市场须要的最佳的开拓周期是8个月内，A公司开拓团队采纳DFX设计的方法，在全体开拓流程就引入了大量的仿真，仿照，在板卡设计过程中又提前考虑到了DFM,DFR,DFT,DFA,DFC等方面的成分，在科学方法的管理，团队的合营下，开拓职员按部就班的开拓，仅用了两个版本，6个月就成功的实现了产品上市，取得了巨大的成功。
B公司的开拓职员也很努力，加班加点的设计，但团队采纳的是摸着石头过河的方法，只追求速率，不看重开拓质量，很多成分没考虑进去，每次都是到了版本单板加工验证的时候才创造问题，不是无法加工，无法装置，便是测试点覆盖不全面，无法测试等等，一遍一遍的重复开拓，结果开拓了快两年，该板卡开拓了5个版本，产品才勉强的发布，这个时候A公司的产品已经上市1年多，也盘踞了市场的大部分的份额，B公司失落去了这个产品的竞争力，丢失惨重。

利用DFX方法来进行产品工艺设计，可以降落开拓周期，降落开拓本钱，提高产品可靠性，降落量产产品返修率，提高产品市场竞争力。

4、DFM： 可生产性设计

Design for Manufacture

板卡工艺设计紧张关注面。
PCBA实现批量高效率的生产是节约产品加工本钱的紧张方法。
DFM：技能在电子设计及电子装置制造上的运用紧张通过一定的规范和流程，辅以专业化工具来实现。

在电子产品的设计中，布线、器件安排都得到了DFM技能的支持和反馈，末了得到的是“RIGHT-FIRST-TIME”制造，即第一次投入批量生产的产品便是设计精确而且合理的产品，拥有相称高的一次成品率。

产品总本钱的60％取决于原始设计，75％的制造本钱取决于设计解释和设计规范，70~80％的生产毛病是由于设计缘故原由造成的。

器件在PCB上的方向和不同器件相互之间间隔的设定、焊盘与传送边间距、焊盘到焊盘的间隔等等都是电子装置产品制造中主要的考虑成分，遵照DFM规则一定带来可以预见的产品收益，反之则是预见的产品损益。

案例1、焊盘上有过孔，但未处理直接焊接。

焊盘上过孔，须要在焊接时，做堵孔的工艺处理。
否则随意马虎导致焊锡流失落。

上图是在SMT焊盘中存在的通孔设计，这在规范上是须要加以避免的，它将引起SMT器件焊点的不良率，直接造成产品故障。
如果在试制中创造，再去修正设计，韶光和材料上的摧残浪费蹂躏显而易见。

案例2、焊盘离金手指太近

某产品金手指周围器件布局过近，导致贴片后涌现金手指沾锡问题。

办理办法：炉前金手指贴高温胶纸，炉后加强考验，返修器件时严格保护金手指，并在显微镜下考验返修后的单板---严重影响加工效率。

须要优化设计。
让焊盘阔别金手指。

案例3、器件散热哀求高，散热焊盘上打大孔，厂家塞孔能力差，导致PAD上有绿油，造成焊点抬高，器件引脚开焊。

临时方法：取消塞孔办法，优化钢网设计，炉后重点考验该器件焊接情形及锡珠情形。

优化方法：改换厂家。

案例4、器件不稳定导致的二次回流后，共模线圈断问题

问题描述：某线圈电感，支配在二次回流面（B面），加工过程中创造多个板涌现B面线圈断的问题。

问题缘故原由剖析：该物料Datasheet显示可以耐两次回流焊，高温260℃.而我们实际加工峰值温度不到250℃，不应涌现该问题。
为物料可靠性问题。

短期方法：探求质量稳定的供应商和器件，掌握来料质量

长期方法：提高器件选型时对器件可靠性方面的验证，针对此类问题频繁涌现的问题，避免该类线圈电感支配在B面。

案例5、减少装置韶光

案例6、提高可生产性、提高成品率

据新闻宣布：

罗永浩锤子团队耗费精力、频获好评的设计细节，在一线工人眼中导致多道生产工序繁琐，乃至直接导致此前低良品率问题。

锤子手机采取的是玻璃纤维增强树脂与不锈钢骨架一体成型的分外材质，在这种材质上打孔，常常碰着碎裂的问题。

一位工人回顾，刚来新产线的第一天，经由包装后的锤子成品，300台当中做出7台合格品。
经由一个多月的磨合，虽然良率有所提高，但每天也只有不到20%的良品率。

对外不雅观造型的苛刻直接导致了生产过程的繁芜和繁琐，导致产线工人抱怨声不断。

案例7、MARK点不良、偏差

MARK点大小和形状不良: PCB板上所有MARK点标记直径小于1.00MM，且形状不规则,SMT机器难以识别，MARK点的完全组成不完全：MARK点没有空旷区域,只有标记点，造成SMT机器无法识别。
MARK点位置偏差：

1） PCB板内无MARK点，板边MARK位置不对称，造成SMT无法作业。

2）板内无MARK，拼板尺寸有偏差，贴装后元件坐标整体偏移，造成SMT作业困难。

案例8、焊盘间距太近导致焊锡桥接

案例9、焊盘构造尺寸禁绝确（以Chip元件为例）

a、 当焊盘间距G过大或过小时，再流焊时由于元件焊接端不能与焊盘搭接交叠，会产生吊桥、移位。

b、 当焊盘尺寸大小不对称，或两个元件的端头设计在同一个焊盘上时，由于表面张力不对称，也会产生立碑、移位。

案例10、 BGA问题

A.焊盘尺寸不规范，过大或过小。

B.没有设计阻焊或阻焊不规范焊盘与导线的连接不规范表层线宽超过PAD直径

C.焊盘盲孔太大不在焊盘中央阻焊不规范偏移表层走线过宽

D.通孔设计在焊盘上，通孔没有做埋孔处理,造成BGA焊接时产生气泡