什么是PCB可制造性设计

在整个制造和商业领域，大量机器都依赖印刷电路板或PCB。同样，PCB的功能使消费者每天使用的设备成为现实。

在PCB的设计和制造过程中存在许多风险，至关重要的是要以最大的效率实施生产。但是，要做到这一点，设计阶段和制造过程中涉及的所有各方必须保持不断联系，以使产品创意得以实现。这就是所谓的制造设计概念及其步骤顺序。

什么是制造设计？

制造设计（DFM）是一种过程，使制造商可以通过一系列最有效的制造手段来检查产品的设计，以优化其尺寸，材料，公差和功能。通过DFM，获得认证的产品承包商可以在一系列领域中仔细研究每个新产品的想法，以便为手头的产品找到最佳的尺寸，材料和制造工艺。

希望同时削减开销并提高产品质量的制造商采用了DFM。DFM还可以在短期内为物品找到替代的制造方法。例如，如果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限量产品可能是浪费的。

同时，该产品可能需要独特的测量，如果没有常规的工业武库，这些测量将很难制造。DFM帮助制造商找到可以节省成本的替代方法，例如用于热成型方法的零件，否则将需要单独的模腔。

DFM还可以帮助制造商改进现有设计。如果一家公司过去已经大量生产产品，现在计划将其重新投入生产，那么这次可以通过重新评估原始设计和将其制成产品的过程来节省资金。如果他们确定所涉及的任何先前步骤是浪费的，则可以从流程中消除它们。

DFM的目的是什么？

DFM的目的是消除设计师和制造商之间常见的误解。在过去的几十年中，由于相互之间的误解，两党经常会发生冲突。在典型情况下，设计人员将构思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，则设计人员会将其留给制造商来纠正这些问题。

从设计者的角度来看，设计阶段之后发生的步骤（包括修改）是制造商的责任。问题在于制造商通常不会理解设计过程的复杂性，而会知道何时某些测量或材料不切实际或不可能。在这种情况下，有时由于最后一刻的设计检修而延误了生产，这对于相关各方而言往往是昂贵的。有时，尽管存在缺陷以及产品缺陷和客户不满意的风险，制造商还是总是将设计赶到生产。

借助DFM工程技术，设计，开发和生产过程中各个阶段的专家都可以在每一步中共同努力。他们共同组成一个团队，每个部门的工程师都可以在开发，测试和发送产品修订后实时听到对方的输入和反馈。DFM通过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很长时间进行纠正，从而节省了金钱和时间。

使用DFM的产品和开发团队还包括制造过程之外的各方的意见，例如采购商，销售商和律师。在完成产品设计后，公司将只花费整个制造预算的一小部分，但是设计将决定产品的大部分成本。因此，制造商承诺产品时的风险太大。

借助DFM，公司可以消除可能导致昂贵的生产停顿和运行浪费的错误，这要归功于每个参与该过程的部门的工程师的合作审查。DFM还可以帮助制造商避免出现有缺陷的产品向公众发布的情况，从而导致突然出现的缺陷，客户投诉，多项诉讼以及其他PR壁画，这可能会损害消费者眼中的品牌名称。

DFM因素

DFM的步骤包括以下顺序，以确定给定产品的过程，设计，材料，环境和合规性。

1.制造过程

DFM的第一部分是确定要用于相关产品的制造过程的正确类型。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运行计划的压制次数。

为了确定给定产品的最佳制造过程，应考虑诸如产品尺寸和生产所需材料之类的因素。还应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后进行任何次要步骤。

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最终产品，或者在开始生产之前是否需要进行任何其他更改。此步骤的目的是纠正先前运行中可能出现的设计问题，并使这次生产更加顺利，高效。

如果修改现有设计，请确保所做的修改符合基本设计原则。请务必与您的合同制造商讨论此领域中的所有此类决策，因为这样做将帮助您确保根据手边产品的制造原理来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   所涉及产品所需的材料。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，以确保所选的材料满足手头生产的要求。如果您有某种特定的材料，您将需要知道该材料是否可以承受热量并传导电，因为这些因素可能会使产品成败。

4.最终环境

在最终确定产品的过程，设计和材料的选择之前，您需要检查消费者使用产品的环境。确定了该环境可能对产品的材料和形状产生的影响后，您必须确定三个先前的DFM选择是否足够。

制造示例设计包括考虑消费者如何以及在何处使用您的产品。如果您要开发一种全年用于户外的产品，那么这些材料将需要能够承受各种环境温度和天气条件。如果用户要将产品安装到其他对象上，则设计将需要适应各种设置。

5.测试/合规

DFM的最后阶段是确定所涉及产品的设计和材料是否符合在此问题上有发言权的各个实体的安全和质量标准。可以通过第三方ISO认证的测试机构来确定。中立的制造业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进行设计的能力。例如，法规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不符合贵公司的安全标准。

常见设计错误

在PCB的设计和生产过程中，采用DFM可以消除以下错误。

1.边缘间隙

制造商在PCB设计上可能犯的最重大错误之一是不允许足够的边缘间隙。对于沿PCB边缘的铜来说，此问题可能会成问题，因为如果缺少保护涂层，铜会腐蚀。如果您在设计PCB时没有考虑这一余量，则在最终切割过程中可能会去除涂层。

幸运的是，如果您在电路板的设计中添加了必要的间隙，则可以轻松纠正边缘余量问题。对于PCB的外层，涂层只需要在设计上额外增加0.010英寸即可。对于内层，涂层只需要在设计上额外增加0.015英寸。

2.制造酸性陷阱

如果不考虑此问题，在PCB设计中可能会经常出现酸陷阱。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。后者可能会使PCB易受酸阱的影响，而前者通常不会出现此问题。完成布线后，请始终仔细检查所有走线角度，以确保没有连接的走线产生了陷阱。

3.复杂的电路板布局

如果遇到电路板变得复杂的情况，则应将设计重新考虑为更具溶解性的计划，以便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一个错误是将一些元素放置在电路板的反面以释放主面的空间。

当您在PCB的两面放置组件时，会增加制造过程的成本。此外，在PCB另一侧添加组件对制造商来说增加了许多麻烦。

4.焊盘之间没有阻焊层

在PCB设计中，  阻焊层  是所有电路板中最关键的元素之一，因为它可以防止铜与其他金属之间的接触。如果在焊盘之间不存在阻焊层，则负极金属之间可能会形成接触，从而导致意外短路。

为确保每个电路板都有足够的阻焊层，请在所有PCB生产的设计规则中包括该阻焊层。这样，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.将过孔放置在焊盘中

如果PCB上空间狭窄，您可能会想增加通孔来释放空间。但是，这可能会通过将焊料从板上拉走而削弱PCB的安装能力，从而使焊接过程无效。即使过孔选项在某些情况下可能有用，也仅在必要时使用它。对于微型，盲孔和掩埋通孔，也是如此。

制造设计如何转化为PCB布局

在  PCB工程中，DFM的原理可帮助制造商将所有设计规格保持在功能布局中，而与所讨论的PCB尺寸无关。当将一块电路板的组件集成到较小的PCB中时，可能难以将它们固定在适当的位置，并且难以避开诸如酸阱和边缘间隙问题之类的问题。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，经过认证的制造商会检查电路板的设计，以确保其测量结果足以满足PCB的预期用途。他们还检查了电路板设计，以确保其可在预期的环境中运行。例如，如果电路板将被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。

DFM流程还确保如果PCB设计未能通过一系列标准测试，则不会获得生产批准。例如，如果PCB在一组可能的工作条件下容易失效，则设计人员将需要使用其他组件对电路板进行重新加工，直到可以处理其相应设备的任务。

在PCB生产中，DFM的原理与制造设计息息相关，涵盖了制造问题以及如何将其应用于PCB。