面對電子產(chǎn)品向小型化、高密度和高速度發(fā)展，PCB設(shè)計的復(fù)雜程度大大增加，如何有效地對復(fù)雜PCB設(shè)計進行全面的質(zhì)量控制是我們面臨的一個課題。闡述了引入VALOR的Trilogy 5000軟件后，對產(chǎn)品PCB設(shè)計的全流程進行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)計和檢查方法進行了比較。該PCB設(shè)計審查機制可協(xié)助設(shè)計、工藝、制造和質(zhì)量檢查人員進行產(chǎn)品全生命周期過程的質(zhì)量控制，作為PCB設(shè)計完成到投產(chǎn)前進行自動評審的有力工具，它提高了PCB設(shè)計的一次成功率，縮短了產(chǎn)品的研制周期。

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隨著電子產(chǎn)品的高速發(fā)展，PCB設(shè)計中已大量選用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)計和制造難、測試困難、焊接不良、器件不匹配和維修困難等生產(chǎn)問題。這樣導(dǎo)致整個產(chǎn)品工期延誤，研制周期加長，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)品同時更無法滿足軍工產(chǎn)品時間短、高可靠和高穩(wěn)定性的要求。

在實際設(shè)計生產(chǎn)過程中，我們通過對VALOR軟件Trilogy 5000 DFM功能的應(yīng)用，引入“可制造性設(shè)計”理念，將產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量重心前移。在設(shè)計階段融入制造規(guī)則，建立新的PCB設(shè)計流程，如圖1所示。以減少設(shè)計的變更帶來的周期延長，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)品的市場競爭力。也使得產(chǎn)品質(zhì)量與所用的設(shè)計軟件無關(guān)，與設(shè)計人員的水平無關(guān)，讓企業(yè)進入規(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)計中以便將整個制造系統(tǒng)融合在一起進行總體優(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)計分析、裝配分析和網(wǎng)表分析等。

2.1分析準備

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

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

ODB++數(shù)據(jù)是業(yè)界標準的數(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)包括貼片程序和測試程序等集中在一起。通過EDA設(shè)計工具中嵌入的ODB++數(shù)據(jù)生成器來產(chǎn)生。為VALOR Trilogy 5000 DFM提供完善和真實的檢查依據(jù)。

2.1.2基于每個PCB設(shè)計的完整BOM清單

讀入BOM清單即是將PCB設(shè)計的BOM整理為VALOR Trilogy 5000系統(tǒng)可認的BOM形式，并對應(yīng)每一個器件的廠家和VPL封裝庫。批量生產(chǎn)（傳統(tǒng)的PCB設(shè)計流程）在對應(yīng)BOM清單時我們遇到的問題是，我們的 EDA工具自動產(chǎn)生的BOM與企業(yè)的物資采購系統(tǒng)一致，而物資采購系統(tǒng)為了可讀性，將所采購的國產(chǎn)器件的廠家名稱一欄，大多以中文形式體現(xiàn)，器件型號中一般也會帶有一些標注性的中文，這對于VALOR軟件中BOM清單的匹配來說，對應(yīng)廠家這一環(huán)節(jié)是無法實現(xiàn)的。通過反復(fù)的實驗，考慮到物料編碼是對應(yīng)每一種器件的，不會發(fā)生不同器件用一個物料編碼的情況，具有唯一性。所以在BOM解讀時我們就將物料編碼的屬性設(shè)為MPN（Manufactor Part Number廠家編號），而將廠家和器件型號兩欄的屬性設(shè)為Describe（描述），將本單位的代號屬性設(shè)置為Manufactor（廠家），所有的器件型號對應(yīng)的廠家只有一個，就是本單位的代號。這樣實施以后，大大簡化了對應(yīng)BOM清單的步驟，而且巧妙地避免了對應(yīng)廠家時產(chǎn)生的廠家名稱不準確和中文不識別等諸多一直困擾我們的問題。

讀入BOM的過程，可以驗證PCB設(shè)計BOM清單的準確性，并較早發(fā)現(xiàn)PCB設(shè)計中所用的封裝與元器件的實際器件庫不匹配的現(xiàn)象，并生成檢查結(jié)果的報告，這對于PCB設(shè)計來說是一個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化讀入BOM的過程。

2.1.3建立基于企業(yè)物料編碼的VPL實際封裝庫

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

在VPL封裝庫的命名上我們采用VPL默認的命名方法，但在這個封裝的屬性中加入U_PCB_PACKAGE屬性，將這個屬性的值寫入EDA的封裝名稱。這樣做的好處是：在DFM分析時點擊要關(guān)注的器件，可以很直觀地看到這個器件所對應(yīng)的EDA封裝名稱，便于有問題的封裝定位和查看，節(jié)省了時間。

VPL封裝庫的建立是一個慢慢積累的過程，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Excel表中，通過批處理運行，可以將所有表中器件的VPL封裝庫一次性建好。一般單位的EDA封裝庫里的幾千種封裝，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庫的建立奠定堅實的基礎(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，如果因為封裝錯誤導(dǎo)致貴重器件在裝配過程中遭到破壞，對企業(yè)來說將是一個不小的損失。再下來建立常用器件的VPL庫，隨著VPL庫的慢慢充實，VPL庫逐漸建立起來，這樣大多數(shù)印制板就可以進行可裝配性分析了。

2.1.4定義器件的屬性

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

2.2可裝配性設(shè)計

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)計的BOM清單；

3）調(diào)用與已建立的物料編碼相對應(yīng)的VPL實際封裝庫及ERF裝配性分析規(guī)則管理庫；

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，并對印制板劃分出工藝區(qū)域；

5）定義器件屬性；

6）進行裝配性檢查，生成了可視化圖形，并自動生成可裝配性分析報告。

可裝配性檢查包含了元器件封裝檢查、標識點檢查、元件分析、焊盤分析、焊盤和引腳對應(yīng)關(guān)系分析、測試點分析及模板開口分析等檢查。上述檢查項目都包含子項目，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)計的復(fù)雜度越來越高，一塊印制板會含有上千個器件，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，要對這上千種器件的絲印進行調(diào)整，也是一個不小的工作量，而這種繁雜的工作難免會出現(xiàn)位號放的位置不合理甚至顛倒的情況。而普通的EDA設(shè)計軟件是不提供這種問題的檢查項的，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)進度，帶來了經(jīng)濟損失。通過元件分析，圖2所示的位號錯位的問題就會很輕易地被檢查出來。替代了PCB設(shè)計人員的人工檢查過程，提高了效率，也為我們的PCB設(shè)計質(zhì)量提供了保證，該項檢查對我們的PCB設(shè)計是非常有意義的。

圖2位號錯位

元件間距分析為我們PCB設(shè)計時經(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和器件屬性的對應(yīng)表來設(shè)置。我們通過調(diào)用VPL庫，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。該項檢查尤為重要，在PCB設(shè)計中元器件封裝對應(yīng)錯誤或者封裝庫建立錯誤直接導(dǎo)致加工好的印制板無法使用，只好重新生產(chǎn)。這不僅浪費成本，降低了效率，更是失去了市場的競爭力。

如圖4所示，灰色框為VPL庫的實際器件大小，對比下方黑色PCB設(shè)計數(shù)據(jù)，很明顯封裝的焊盤設(shè)計不合理，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)計的準確性。由于我們在ERF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)計時所生成的ODB++數(shù)據(jù)，進行網(wǎng)表分析。通過對比標準網(wǎng)路，網(wǎng)路完整性的設(shè)計錯誤（開路或短路）會很直接地在圖形中標識出來。即使電源地的開路和短路也可以通過轉(zhuǎn)換成Pin-Point的檢查模式精準地報告出來。該項功能可以幫助PCB檢查人員發(fā)現(xiàn)因為經(jīng)驗不足造成的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)前驗證最終的設(shè)計數(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，提取PCB設(shè)計所生成的ODB++數(shù)據(jù)，進行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)計人員設(shè)計的水平和方法不同，所以在PCB設(shè)計過程中，由于經(jīng)驗的不同，導(dǎo)致設(shè)置布局布線的規(guī)則不同，設(shè)計的質(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)計要求和規(guī)范，通過設(shè)置ERF光板分析規(guī)則管理庫的形式，體現(xiàn)在光板分析的各項檢查中。

例如在PCB設(shè)計中，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，就會造成焊接時散熱太快、可焊性差和連接無法滿足功率要求等問題。但是PCB設(shè)計軟件只要達到連接線寬要求是不提示錯誤。

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

圖5隔熱花盤太小

另外，我們的PCB設(shè)計工具只提供印制線與焊盤之間的檢查項，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，而銅氧化后會直接影響信號的質(zhì)量。這些長時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，如果將每一個檢查步驟拷貝制作成檢查表（Checklist），便可簡化各項檢查的操作，還可以指定快捷鍵，按一個按鍵就能夠進行光板分析，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，這為我們在EDA工具方便快捷地找到錯誤點，提供了很大的便利。

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

DFM軟件工具是基于實際生產(chǎn)規(guī)則進行的，而PCB設(shè)計軟件的檢查只基于設(shè)計規(guī)則，是兩個不同領(lǐng)域的工具。

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

設(shè)計后端對數(shù)據(jù)進行檢驗，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)計數(shù)據(jù)滿足所有加工制造、裝配和測試的要求。

PCB設(shè)計軟件中相關(guān)模塊光板可制造性分析的功能相對簡單，規(guī)則不夠豐富，如可裝配性分析和可測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)計自動化評審方案，使我們的產(chǎn)品更加規(guī)范化，即使是不同的PCB設(shè)計軟件，不同經(jīng)驗的PCB設(shè)計人員設(shè)計出來的產(chǎn)品，質(zhì)量都得到了保證。使得工藝評審并行參與到產(chǎn)品設(shè)計的各個階段，在設(shè)計階段解決和發(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)品的競爭力。

此外，DFM軟件的應(yīng)用，也有利于流程的標準化，通過DFM的規(guī)范，將設(shè)計和制造部門有機地聯(lián)系起來，同時達到生產(chǎn)測試設(shè)備的標準化?；谀壳暗漠a(chǎn)品制造外包的趨勢，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)實現(xiàn)更大的發(fā)展。