表面贴片技术指南.docx

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表面贴片技术指南

表面貼片技術指南

第一步爲製造著想的産品設計（DFM,DesignforManufacture）

爲製造著想的設計（DFM,DesignForManufacture）

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。

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，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，PCBDFM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配工藝的特色：

百萬缺陷率（dpm,defectspermillion）、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DFMPCB設計和實現優化步驟的DFMPCB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PCBX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*

Standards

PCBXbeforeDFM

PCBXafterDFM

Process

dpm

S/U

Run

Variable

S/U

Run

Quantity

S/U

Run

Quantity

StencilPrint（T）

20

5

0.5

（PCB）

5

0.5

1

5

0.5

1

ChipPlace

100

10

0.012

（SMT）

10

0.048

4

10

0.312

26

ICPlace

200

15

0.025

（SMT）

0

0

0

0

0

0

Reflow

25

5

-

Internal

5

0.3

1

5

0.3

1

StencilPrint（B）

20

5

0.5

（PCB）

0

0

0

0

0

0

ChipPlace

100

10

0.012

（SMT）

0

0

0

0

0

0

ICPlace

200

15

0.025

（SMT）

0

0

0

0

0

0

Reflow

25

5

-

Internal

0

0

0

0

0

0

Clean

10

5

0.3

（PCB）

0

0

0

0

0

0

DIP

5000

15

0.1

（Comp）

0

0

0

0

0

0

Sequence

1500

20

0.02

（Comp）

20

0.26

13

0

0

0

VCD

1500

15

0.03

（Comp）

15

0.39

13

0

0

0

Radial

5000

30

0.04

（Comp）

0

0

0

0

0

0

Stake

6000

10

0.14

（Comp）

0

0

0

0

0

0

Mask

2500

10

0.05

（Point）

10

0.15

3

0

0

0

AdhesiveDispense

50

5

-

Internal

5

0

50

5

0

50

ChipPlace

100

10

0.12

（SMT）

10

0.6

50

10

0.6

50

ICPlace

200

15

0.025

（SMT）

0

0

0

0

0

0

Cure

25

5

-

Internal

5

0

1

5

0

1

Clean

10

5

0.3

（PCB）

0

0

0

0

0

0

Prep

5000

15

0.1

（Comp）

15

0.7

7

0

0

0

Prewave

7500

10

0.2

（Comp）

10

2

10

10

0.8

4

WaveSolder/Clean

2000

5

0.7

（PCB）

5

0.7

1

5

0.7

1

PostwaveDifficult

15000

10

3

（Comp）

10

9

3

0

0

0

PostwaveEasy

10000

10

1

（Comp）

0

0

0

0

0

0

Clean

500

5

0.3

（PCB）

5

0.3

1

0

0

0

Depanel

5000

5

1.5

（PCB）

5

6

4

5

1.5

1

ConformalCoat

10000

20

10

（PCB）

20

10

1

20

10

1

Inspection

500

5

0.007

（SolderJoint）

5

1.12

160

5

1.12

160

EnterLotSize

50

50

EnterRealization

0.55

0.8

I.E.Minutes

165

32.068

90

15.832

ProratedSetup

3.3

1.8

TotalI.E.Min.

35.368

17.632

TotalI.E.Hours

0.589

0.294

ExpectedCycleTime

1.072

0.367

ExpectedCost

$32.15

$11.02

ExpectedYield

89.40%

98.70%

*Allnumbersarefictitiousandareintendedforinstructioalpurposesonly.

表一.

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。

DesignforManufacturabilityScoring

Project:

X

Board#:

Y

Components

Specs

Proto1

Proto2

ManufacturingModel

Production

<1%sole-sourcedcomponents

1

0

0

1

1

>95%PPSLcompliance

1

1

1

1

1

Processcompatiblepackaging

1

0

1

1

1

Componentcount-singlepass

1

1

1

1

0

<2%hardware

1

0

0

0

1

CorrectStrategyselected

1

0

0

0

1

Design

OptimalPCBpanel

1

0

1

1

1

FabricationDRCresolved

1

0

0

0

0

Zerodefectdocumentation

1

0

0

1

1

CAMreadydata

1

1

1

1

1

WithinPCBdesignguidelines

1

1

1

1

1

Processcompatibleorientation

1

0

1

1

1

ManufacturingProcess

Correctmaterialpackaging

1

0

0

1

1

Automationcontent>90%

1

1

1

1

1

<1%postwaveprocess

1

0

0

0

1

Processsteps<10

1

0

0

0

1

Nofixtures/toolsrequired

1

1

1

1

1

6sigmayieldpossible

1

0

0

1

1

DFMScore

18%

33%

50%

72%

89%

93-100%

WorldClass

85-92%

HighlyManufacturable

77-84%

Acceptable

69-76%

Poor

0-68%

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。

Worksconsulted

1.RamonBakerjian,ToolandManufacturingEngineersHandbook,FourthEdition,Volume6,DesignforManufacturability,Dearborn:

SocietyofManufacturingEngineers（SME）,1992.

2.GeoffreyBoothroyd,PeterDewhurst,WinstonKnight,ProductDesignforManufactureandAssembly,NewYork:

MarcelDekkerInc.,1994

3.JamesK.Hollomon,Jr.,Surface-mountTechnologyforPCBoardDesign,Indianapolis:

HowardW.Sams&Company,1989,p.267-96.

4.RayP.Prasad,SurfaceMountTechnologyPrinciplesandPractices,NewYork:

VanNostrandReinhold,1989,p.235-65.

5.SammyG.Shina,ConcurrentEngineeringandDesignforManufactureofElectronicProducts,NewYork:

VanNostrandReinhold,1991.

6.DavidG.Ullman,TheMechanicalDesignProcess,NewYork:

McGraw-HillInc.,1993,p.3-15,252-91.

有關的工業標準文件

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–AssociationConnectingElectronicsIndustries,（846）509-9700.

SurfaceMountEquipmentManufacturersAssociation（SMEMA）,（847）831-1002.

ElectronicIndustriesAlliance（EIA）,（703）907-7500.

SMC-WP-004

DesignForExcellence

IPC-T-50

TermsandDefinitionsforInterconnectingandPackagingElectronicCircuits

IPC-D-275

DesignStandardforRigidPrintedBoardsandRigidPrintedBoardAssemblies

IPC-D-279

DesignGuidelinesforReliableSurfaceMountTechnologyPrintedBoardAssemblies

IPC-D-322

GuidelinesforSelectingPrintedWiringBoardSizesUsingStandardPanelSizes

IPC-D-325

DocumentationRequirementsforPrintedBoards,Assemblies,andSupportDrawings

IPC-D-330

DesignGuideManual

IPC-D-390

AutomatedDesignGuidelines

IPC-C-406

DesignandApplicationGuidelinesforSurfaceMountConnectors

IPC-SM-782

SurfaceMountDesignandLandPatternStandard

IPC-EM-782

SurfaceMountDesignandLandPatternStandardSpreadsheet

EIA-JEP-95

JEDECRegisteredandStandardOutlinesforSemiconductorDevices

SMEMA3.1

FiducialDesignStandard

雖然對DFM有各種的定義，但有一個基本點是爲大家所認同的，那就是在新産品開發的構思階段，DFM就必須有具體表現，以求在産品製造的階段，以最短的周期、最低的成本，達到盡可能高的産量。

第二步工藝流程的控制

程式控制（ProcessControl）

隨著作爲銷售市場上具有戰略地位的英特網和電子商務的迅猛發展，OEM面臨一個日趨激烈的競爭形勢，産品開發和到位市場的時機正在戲劇性的縮短，邊際利潤的壓力事實上已有增加。

同時合約加工商（CM）發現客戶要求在增加：

生産必須具有資格並持有執照，産品上的電子元件必需有效用和有可追溯性。

這樣，文件的存檔已成爲必不可少的了。

史帝夫.斯柯華茲和費薩爾.番迪（美）

當今，成功的製造商已經消除了其所需的人員與資訊之間的時間和距離。

管理更加緊密地與運作相連，反過來，運作人員在相互之間和與設備之間更加緊密地相聯繫。

如果存在一個21世紀的成功電子製造商的定義特徵，那就是準確控制、評估和改進其工藝過程的能力。

改進的邏輯過程

在電腦和電信市場的製造商的帶領下，製造商們正貫徹邏輯步驟，以使得PCB製造過程的連續改進達到一體化。

如圖一所示，路線十分直接了當。

以自我測試開始，在一個行進的過程測試的閉環中達到最高點，過程改進的八個步驟，雖然相互關聯，但每一個都重要。

圖一、以自檢開始，以行進中的評估“閉環”結束，過程的改進步驟的相互關係清晰可見。

1.定義目標。

起點是改進製造過程的最基本的元素，由於其通用的範疇，而往往被忽視或難以決定。

必須爲整個製造運作而不是其某些部分，制定目標和目的。

提出的問題是基本的：

希望從産品得到什麽？

當顧客購買産品時，應該得到什麽？

當完全探討這些問題，則可設立整個製造舞臺通用的清楚的目標和目的。

然後，運作中的每一個人將明白這些觀點怎樣影響過程中的他那個特定部分，令人厭惡的組織分支內的目標不一致的問題將消除。

決定這些目標的力量是多方面的，但大部分是市場驅動的。

所有潛在的因素（例如，內部能力與期望，供應鏈分枝等）應該在一開始時詳盡地討論。

2.建立度量標準。

關鍵的度量標準，或測量定義的目標與目的是否滿足的量化因素，是建立基準線以及測量過程進度所必須的。

有許多測量過程的方法，但選擇的度量標準必須提供評估結果的最好方法。

電子産品中，已出現四個主要度量標準：

a.生産量，或，當機器運行時製造産品數量所決定的設備有效運行。

機器運行期間完成的板的數量越大，生産量越大。

b.利用率，或，機器運行時間所決定的設備本身的運行。

連續以每周七天、每天24小時運行的設備是以最大的利用率在運行的。

c.報廢，或浪費的材料，包括裝配期間損壞的或放棄無用的元件，由於裝配返工或整個裝配報廢而必須