惩创于已然，不如防患于未然——在设计初期避免DFM错误

Cadence_CPG_Mkt · 发表于 2018-1-2 17:23

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本帖最后由 Cadence_CPG_Mkt 于 2018-1-2 17:24 编辑

设计工程师在PCB布局时会尽量避免可制造性设计（DFM）错误。对于经验丰富的设计工程师而言，他们知道如何去发现和修复一些常见的DFM问题，避免修改被制造环节退回的PCB设计。他们能深刻体会修改制造环节发现的问题是多么痛苦、耗时、受挫。因为他们不但要停止新启动的重要项目，而且将导致已经完成项目进度延迟。

先设计，再提问

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传统的PCB设计方法存在一个根本问题。设计工程师快速完成电路板设计，然后发送给使用不同工具的同事或者团队，以检查设计能否交接到制造环节，可制造型如何以及良率高低等问题。

这种方法的问题是首先从PCB的 CAD系统转换数据，然后重新创建智能CAD数据库。这本质上是一个转换过程。行业已经经历了许多转换，发现总存在诠释差距。纵然使用第三方工具为设计工程师提供了另外的视角，但他们必须应对设计数据翻译不匹配的问题，或者如果设计工具支持新的制造方法，工程师必须等待制造验收工具“赶上”并支持相同的制造方法。

业界已经见证了背钻、刚柔结合和嵌入式组件等新创新技术的诞生。翻译和逆向工程过程涉及许多不准确的假设，这会让工程师做出错误的判断，或更糟的是，根本找不到设计问题。对DFM问题的误报会导致设计工程师修改无需改动的设计，同时寄希望于修改同时没有引入新的错误。而如果漏掉一个错误，当制造合作伙伴发现错误，那么设计工程师已经失去了宝贵的时间，并且即使已经开始下一个设计，也需要调转回头修改上一个设计的问题。

图1：当前新产品开发与引进（NPDI）流程! I+ B9 w! Q5 k( w/ K6 `' K

传统的PCB设计方法的第二个主要问题是，在PCB设计完成后，工程师才能发现DFM问题。到了这个阶段，即使只是修复一个简单的问题，也将耗费很长时间，因为此时的修改牵一发而动全身（走线、引脚、元件等都会受到影响）。

但其实在很多时候，如果设计师可以在设计中设定正确的制造规则约束，PCB制造商在设计后期发现的DFM问题都可以在设计早期被发现。

图2：在验收时检测到铜条。返工可能引入其他问题…

铜线到板边的距离问题仍是TOP10问题。机械工程师稍微修改下设计的轮廓，就容易出现问题，例如机械设计师极可能不了解制造知识，经常忘记调整布局布线的边界。而PCB设计工程师秉着信任的态度，直接完成设计，并发送到验收环节。

对PCB设计人员来说，轮廓变化影响了PCB设计的一部分，其走线到板边的距离已经不满足设计要求了。当签收者接收到PCB设计时，他们检查并反馈设计问题将是几小时或者几天后的事了。此时，PCB设计工程师必须停下他正开发的项目，重新设计有问题的部分，然后忐忑地将生产相关文件再次发送到签发者。

如果PCB设计工程师可以在一开始设计过程中就使用正确的DFM规则集，例如铜轮廓检查，他们则可以在开始布线之前就识别到这类问题，避免后续返工。

图3：轮廓变化会会导致边缘违规，在验收之前仍然处于设计阶段。

进入可预测工程时代

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相较于传统的PCB设计流程，更好的方法是使用PCB设计工具在设计过程中实时识别DFM错误，而不是在大部分设计已经完成之后再发现问题。实时预测工程设计意味着在您进行PCB设计时就识别问题，而不是在完成一定量的设计之后，才通过嵌入式批量引擎对设计进行检验。

大多数PCB CAD工具已经在其系统中考虑了DFM规则，但它们通常是一个子集。如果它们是完整的，您将不需要第三方制造评审工具，也不需要与合同制造商进行任何迭代。工具的发展更多地关注电气和物理规则，以确保产品功能正常运作，并能正确组装。制造工艺也在发展，PCB CAD工具并未与新的制造、组装、检验和测试方法同步。刚柔、HDI和嵌入式组件是PCB设计者最近可用的新工艺示例。

在设计的过程中发现DFM问题可以使设计工程师能够在最短的时间内修复它们，然后再继续进行剩余的设计。同时，避免花费几周或几个月的时间来制定规则也是非常重要的， DFM规则应易于设置并能在不同的设计中重用。在设计过程中需一个实时的DFM仲裁器，可确保在所有电气、机械和制造领域的设计正确性。

另一个常见的问题是厚径比问题，这是由于设计师选择了不正确的过孔尺寸导致的。设计者已经将PCB的总厚度设为93mil，并使用7mil的过孔。对PCB供应商来说，他们推荐的厚径比是10:1。PCB设计者现在被告知该电路板可以制造，但成本将会增加。这就难决策了，是花几天甚至几个星期来修改设计，还是接受高额的制造费用？

如果设计工程师在布局过孔时就知道最佳厚径比，那么这个问题在打第一个7 mil过孔时就会被发现。

图4：电镀孔长宽比警告避免了在设计中引发此类问题

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当进行大批量生产时，许多设计中心使用一组定义好的规则作为不同制造商之间的共同标准。但根据IPC生产能力等级或具体的制造商规则，设计完全可以更加有针对性的面向一部分制造商或者技术要求。而创新的新工具允许设计团队创建一组针对特定技术或制造要求的DFM规则。而这些规则应该被导入设计过程中对设计进行即时的检验。

总结

PCB设计工程师正面临高质量、高效率的交付挑战。他们信心十足。而为了避免项目延迟或电路板质量不够高而带来的成本升高，设计工程师需要一种在设计周期早期避免DFM错误的方法。批量运行的传统工具已经不足以避免在设计周期后期发现DFM问题。惩创于已然，不如防患于未然。

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