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每块 PCB 的设计方式都应将总成本和潜在 DFM 问题的可能性降至最低。它是通过采用优化的 PCB 设计进行 DFM 检查来完成的。DFM 是“可制造性设计”的缩写。设计师/制造商可以通过严格遵循 DFM 指南，在质量和成本方面实现可制造的 PCB。 DFM是一个整理的过程PCB布局解决PCB组装和PCB制造过程中可能出现的DFM问题。当然，DFM 支持 PCB 设计中的多次迭代，但它应该只在早期的生产阶段完成。 针对制造问题优化 PCB 产生了制造设计 (DFF) 的要求。同样，通过采用装配设计 (DFA) 流程来解决 PCB 装配问题。所以，很容易理解，DFM 是 DFA 和 DFF 的合并。术语 DFMA（制造和装配设计）有时与 DFM 等效使用。如今，PCB组装制造工程师可以执行 DFM 检查和 DFM 分析以识别 DFM 问题。最初，只有那些拥有强大财务支持以购买昂贵的 DFM 分析软件的公司才能进行 DFM 分析。 在这篇**中，您将详细了解 PCB 中可能存在的 DFM 问题的以下方面：
目录 1.PCB 中的可制造性或 DFM 设计是什么？ 1.1PCB 中的 DFM 分析 2.可制造性设计的因素有哪些？ 3.设计人员在 PCB 制造前应检查的 6 个 DFM 问题 3.1由于酸阱引起的 DFM 问题 3.2由于平面上的铜/阻焊层薄片引起的 DFM 问题 3.3由于热量不足导致的 DFM 问题 3.4由于平面上没有间隙垫而导致 DFM 问题 3.5由于环形圈不足导致 DFM 问题 3.6当铜离板边缘太近时出现 DFM 问题 4.DFM 检查以控制 DFM 问题 4.1DFM 检查钻孔 4.2DFM 检查圆环 4.3DFM 检查信号 4.4DFM 检查阻焊层间隙 4.4.1阻焊层间隙的设计技巧： 4.5DFM 检查丝印 4.5.1设计师丝印注意事项 5.简化 PCB 设计的 DFM 工具
PCB 中的可制造性或 DFM 设计是什么？
PCB 的 DFM 是一套旨在确保其可制造性的设计指南。想象一下，在最后阶段的制造和组装过程中发现 DFM 问题。那将是一场噩梦！DFM 不仅是制造商更好地制造和组装的指南，而且还可以帮助设计师。制造商确实使用 DFM 检查来查找问题并修复它们。但很多时候，制造商不会让设计师了解他们所做的改变。而且，有时甚至所做的更改与设计及其性能或电气要求并不在同一页面上。
PCB 中的 DFM 分析
DFM 分析可识别可能在组装和制造过程中产生制造问题的 PCB 布局问题。DFM 问题与 PCB 几何形状有关，大多数情况下，在 DFM 检查期间无法检测到。公司根据其设计要求使用特定的 DFM 工具和 DFM 软件。
可制造性设计的因素有哪些？
如果 PCB 性能良好并且设计工程师也对其感到满意，那么为什么要进行 DFM 检查？有多种原因：最终 PCB 的成本、设计布局以及未来设计失败的可能性。 - 从理论上讲，在成本方面，没有 DFM 检查提交的 PCB 设计比有 DFM 检查的设计更便宜。但是最好多付一点钱，这样制造商就可以确保设计是否可制造。
- 为了维持存在 DFM 问题的 PCB 布局，CAM工程师编辑数据以满足设计要求。这是引入的一个主要原因信号完整性问题和 EMI/EMC 问题。
- 高效组装和测试的 PCB 仍然失败。主要原因是设计数据仍然包含在原型中解决但在生产过程中没有实现的 DFM 错误。
设计人员在 PCB 制造前应检查的 6 个 DFM 问题
避免 DFM 问题是比让它破坏您的 PCB 设计然后寻找补救措施更好的方法。DFM 需要设计师方面的明智之举。它是在问题出现之前解决问题。DFM 问题可能是由于： - 非功能性PCB设计
- 电路板功能但不符合预期（在规范内）。它的发生是由于 PCB 中的组件不匹配和时序错误。
- 不反映与可能情况有任何联系的随机故障
跟踪 DFM 规则和一致的 DFM 检查可以帮助设计人员避免以下 DFM 问题：
由于酸阱引起的 DFM 问题
要定义酸阱，我们需要知道如何在 PCB 表面铺设走线。如果任何铜特征弯曲低于 90 度0（锐角），它可能在 PCB 制造过程中充当酸阱。当残留的酸被收集在这些捕集区并且未被清除时，它发生在洗涤之前。由于这些陷阱，所需的铜特征开始侵蚀（过度蚀刻)，创建“打开”或丢失的连接。避免酸陷阱非常重要，因为今天的 PCB 走线非常细，比如 4 或 5 密耳。
酸阱去除所需的铜特征，最终形成开放式连接。
如何避免酸陷阱？避免铺设以锐角朝向焊盘的走线。使其与垫子保持 45 或 90 度角 。 铜引起的 DFM 问题/阻焊层平面上的死铜
孤岛铜皮是平面上的小型自由没有连接的铜（导电）或阻焊层（非导电）不规则形状，它们重新沉积到其他铜皮或暴露铜并造成短路。而且，如果它们足够大而没有连接，那么它们就会形成一个天线，对电路板内的噪声和其他干扰负责。现在，问题是，他们为什么要制造天线？因为它们没有接地，因此充当信号捕获器。
铜条通过形成天线来产生噪声和干扰。
如何避免铜条？通过将铜特征保持在 0.004 英寸左右，可以避免出现裂片。在下面给出的示例中，我们讨论的是反焊盘之间的间距。这个技巧不是 100% 完全证明，但大大降低了铜在层上其他地方重新沉积的机会。这也取决于铜的重量。铜的重量越大，所需的连接面积就越宽。
通过将反焊盘之间的间距保持在 0.004 英寸左右，可以避免出现铜条。
由于热量不足导致的 DFM 问题
散热片是散热垫中的小铜辐条，用于将其电气连接到飞机。这种热量使散热垫能够在焊接过程中有效地散发热量。在某些情况下，散热片与平面或焊盘之间的空隙会导致连接不完整，从而最大限度地降低热传递的效率。这反过来又会导致各种功能问题。这种受空隙影响的热量称为饥饿热量。 在组装过程中，不足的热量可能会不规则地焊接或需要更长的时间重新焊接。可能导致的其他问题包括电路板过热和热损坏。
不足的热量会影响焊接过程
由于平面层上没有间隙垫而导致 DFM 问题
缺少间隙垫的引脚将连接到平面层。如果引脚的所有平面层都没有间隙焊盘，它将连接所有电压平面。
由于环形圈不足导致 DFM 问题
指定的钻孔尺寸超过正在钻孔的焊盘尺寸，可能导致引脚断开或电压平面短路。阅读更多关于年轮这里。
圆环间隙不当会导致电压平面短路。
当铜离板边缘太近时出现 DFM 问题
有时，设计人员忘记在铜和 PCB 边缘之间提供足够的间隙。如果铜离边缘太近，那么当电流施加到相邻层之间的面板时会造成短路。这是由于电路板周边裸露的铜而发生的。 设计提示：这种DFM问题可以通过检查DRC来避免。
DFM 检查以控制 DFM 问题
DFM 检查是设计具有最佳可制造性的 PCB 所必需的。了解和应用 DFM 检查可以使您免于潜在 DFM 问题的灾难性影响。这就像在 DFM 问题出现在您的设计中并影响 PCB 组装过程之前阻止它们。
DFM 检查钻孔
这钻孔工艺是过孔和不同层之间连接的基础。钻孔是PCB制造过程中最昂贵、不可逆且耗时的过程。一旦孔数增加，检查钻孔间距就变得至关重要。钻井过程中需要考虑的两个重要方面：厚径比和钻孔到铜的间隙（钻孔到最近的铜特征）.
钻孔检查对于通孔和不同层之间的连接至关重要。
1.1 厚径比：通孔的理想厚径比为 10:1，微孔为 0.75:1。当纵横比较大时，在过孔内实现可靠的镀铜变得更加困难。它还将增加制造时间和成本。因此，厚径比越小，PCB 可靠性越高。大部分PCB厂家都可以提供0.75:1 的微孔厚径比。 厚径比（通孔）=[（PCB的厚度）/（最小的钻孔）] 由于微孔不会突出整个电路板，因此厚径比将为： 厚径比（微孔）= [（钻孔深度）/（最小的钻孔）] 1.2 钻孔到铜的间隙：这是具有挑战性的，因为单独的工艺公差会在整个制造过程中对其产生影响。单独的工艺公差包括 PCB 材料中的玻璃编织和树脂含量、PCB 层压热剖面控制、钻孔机的精度、钻孔的真实位置、层压循环次数和使用的材料类型。实现紧密的钻孔到铜需要 X 射线进入内层以获得层压后的缩放信息。始终检查您的制造商是否具有该能力。
钻孔到铜的计算对于良好的 PCB 制造过程至关重要。
如何处理钻孔缺陷：采用去毛刺、去钻头工艺可以避免钻孔内粗糙、树脂涂抹、毛刺、钉头等问题。
DFM 检查圆环
环形圈是 PCB 设计人员最关心的问题之一。您知道在设计文件中您可能已经将过孔放在焊盘的中间，但在物理世界中获得相同的结果可能并不容易。尽管设计人员在他们的 CAD 设计中计算并放置了完美的环形圈，但制造问题通常会导致钻孔偏心。另一种解释可能是某些层在层压过程中可能会略微移动。或者，在成像过程中配准可能不是 100% 死点，等等。这些制造问题可能导致三个不同的问题。
圆环的横截面，钻孔略微偏离中心。
2.1 不想要的环形圈: 如果 PCB 设计人员提供了广泛的年轮区域，很有可能在焊盘的中间钻通孔。即使它不会是死点，这仍将保持良好的电气连接。 2.2 相切：如果 PCB 设计人员没有提供足够宽的环形区域，那么孔最终可能会接触到焊盘的边界。这导致圆环宽度等于 0。这里，钻孔与圆环的外缘形成相切，称为相切。这将导致过孔和铜迹线之间的连接问题。
相切会导致过孔和铜迹线之间的连接问题。
2.3 突破：当孔在铜垫上移动时，钻头可能会在钻孔过程中偏离到垫外。这就是我们所说的环形突破。环形突破会导致通孔和层之间的连接问题。它还导致元件放置、可焊性等问题。 环形圈的设计技巧：获得完美的环形圈主要取决于您的 PCB 制造商。最小环形圈因制造商而异。因此，在下订单之前了解他们的能力总是好的。此外，环形圈取决于您想要将板构建到Class 2或 Class 3的 IPC 规范。Class3板需要更多的环形圈。 - 作为快速检查，检查所有铜层上是否存在用于电镀钻头的铜焊盘。
- 检查工厂中调用的环形圈是否可以由制造商维护。
- 对于 Class 2，如果保持最小横向间距，则允许从陆地上以 90 度的角度从孔中跳出。阅读更多关于IPC Class 2和 Class 3不同的设计规则.
- 对于 Class 3，最小内部环形圈不能小于 1 密耳。外圆环不能小于 2 密耳。
DFM 检查信号应针对导体宽度、间距要求和孔对准等参数进行信号检查。 3.1 导体宽度：导体迹线的宽度变得至关重要，因为它直接影响 PCB 的功能。此外，增加通过 PCB 走线的信号流会产生大量热量。监控走线宽度还有助于最大限度地减少通常发生在电路板上的热量积聚。足够的导体宽度有助于确保电流的安全传输，而不会过热和损坏电路板。
准确的导体宽度确保电流在 PCB 上的安全传输。
走线宽度计算：许多制造商选择可用的默认走线宽度值，这可能不适合高频应用。此外，根据应用的不同，走线宽度会有所不同，从而影响走线的载流能力。此表中提到了温升为 10°C 时 2 盎司铜的最大载流能力。 最大电流容量（安培） | 外层的最小走线宽度 (mil) | 内层的最小走线宽度 (mil) | 2 | 19.95 | 20.03 | 4 | 66.59 | 66.86 | 6 | 134.78 | 135.34 | 8 | 222.28 | 223.21 | 10 | 327.68 | 329.05 |
IPC-2221给出了计算允许电流的走线宽度的公式： 宽度[mils] = A[mils^2]/(厚度T[oz]*1.378[mils/oz]) 截面积 A 由以下公式计算： A[mils^2] = (I[Amps]/(k*(ΔT[°C])^ 0.44))^(1/0.725) 其中 I 是电流，k 是常数，ΔT 是温升，A 是走线的横截面积。 其中k的值按照IPC-2221， 内层时 k = 0.024 ，外层时k = 0.048. 在设计阶段，您应该将走线宽度视为最重要的参数之一。决定足够的走线宽度以确保电路板的性能至关重要。这也有助于确保电流的安全传输，而不会过热和损坏电路板。 导体宽度的挑战：由于多种因素，铜迹线的最大载流能力通常与理论值不同。其中一些因素包括组件、焊盘和通孔的数量。此外，超大瞬态浪涌可能导致在初始供电期间或对迹线进行修改时烧毁焊盘之间的迹线。为了避免这种复杂的问题，我们更愿意增加走线宽度。 导体宽度的设计技巧：最好通过计算 PCB 走线载流能力来确定精确的走线宽度。最小间距是为了限制多余的损失。通常，外层走线的尺寸不应低于 4 密耳，因为这些走线需要进行电镀。 3.2 线距：走线之间的间距有助于保持两条走线之间的距离，从而避免电导体之间的闪络或漏电。电压、应用和装配类型等因素也会影响间距要求。
走线之间精确的线间距可以避免电导体之间的走线。 线间距间隙和爬电要求： 间隙定义为两个导体之间通过空气（介质）的最小距离。PCB 走线之间的间隙较小会导致高空间隙，从而导致过电压。此外，这种过电压会导致 PCB 上相邻导电迹线之间产生电弧，并由于高压尖峰而导致表面击穿。间隙的测量取决于 PCB 材料、施加的电压和温度变化等因素。有关更多详细信息，请阅读PCB 线间距对爬电距离和间隙的重要性. 爬电定义为 PCB 上两个导体之间沿绝缘材料表面的最短距离。诸如电路板材料和环境条件等因素会影响爬电距离要求。采取了多种措施来避免这些错误，例如移动轨道和增加设计中的表面距离。设计人员可以通过在走线之间添加一个槽或放置垂直绝缘屏障来避免间距错误。
间隙测量取决于 PCB 材料、施加的电压和温度。 行间距的设计技巧：采用双面组装，并采用绝缘材料，可实现间距缩小。绝缘材料充当高压节点的片状屏障。它们还包括过度暴露的高压引线。 - 由于大部分电路板元件是SMD，需要间隙的电路可以放置在电路板的顶部和底部。
- 尽量保持高压电路在PCB的顶部，低压电路在PCB的底部。
- V 型槽、平行边槽口或在设计中放置插槽等技巧可以有效解决爬电问题。
3.3 孔位偏移：孔对准是钻孔与目标的位移。通过计算从目标钻出的孔来评估孔对准的准确性。孔的未对准会导致违反最小环形圈要求，应不惜一切代价避免这种情况。
特定于孔对准，因为它会影响最小环形圈要求。
3.4 缺铜：设计人员根据原理图生成 IPC 网表后，应有目的地使用该列表以避免丢失互连。这些缺失的互连可能导致设计人员必须自行检查的铜缺失。 3.5. 未连接或悬空的线：由于 PCB 设计的高度复杂性，可能会出现未连接的线路。定位未连接的线路总是很困难。未连接的线路可能会导致 PCB 制造过程中出现的发丝短路缺陷。设计人员可以通过在铜连接和焊盘之间留出更大的间隙来纠正此类错误。
DFM 检查阻焊层间隙
理想情况下，阻焊层的作用是覆盖所有走线，即隔离可焊区和不可焊区。但实际上，存在决定阻焊层与表面元件的接近程度的公差。因此，密集封装设计中的间隙不能随意增加。通常，整体间隙应为导体间距宽度的一半。在某些情况下，不建议或什至不可能应用阻焊层。例如，地方散热片当元件太靠近钻孔时，焊盘之间的间距非常小。这些未应用阻焊层的区域通常由阻焊层间隙限制来定义。它避免了焊桥的形成。
在指定的公差限制下隔离可焊和不可焊区域。
阻焊层间隙的设计技巧：
- 建议阻焊层中过孔的间隙大于孔径，尤其是小过孔。如果不需要，最好去除通孔的阻焊间隙。
- 阻焊层间隙应始终大于焊盘，但阻焊层定义的焊盘除外。
- 通过将掩模开口侵入铜焊盘或提供桶形浮雕可以避免焊料桥接（阻焊层间隙 = 钻孔尺寸 + 3mils）. 掩膜堵塞（又名掩膜填充或非导电填充通孔）也是一种解决方案。
- 大多数 PCB 设计软件都允许您为整个电路板或单个元件设置阻焊层和表面元件之间的距离。此参数通常称为阻焊层扩展，可能为正、零或负。因此，假设阻焊层扩展为零，并且一切都完美对齐，那么电路板就可以正常工作。但在实践中，事情永远不会完全一致。当您的阻焊层扩展非常窄时，这些微小的错位会导致它部分或完全重叠贴片机焊盘和通孔焊盘。阻焊层的偏移导致焊盘上的掩模，从而减少了组件的占位面积。实际上，最好根据您的设计需要指定可制造的阻焊层扩展的最小容差。
- 正确的回流曲线也很重要，DFM 是其中的关键。
DFM 检查丝印
丝印有助于识别 PCB 组件及其方向、各种测试点、标记等。每个 PCB 制造商都有责任采用丝印指南作为其 DFM 检查清单的一部分。 设计师丝印注意事项- 丝印屏蔽间距：用于丝网印刷的油墨不应印刷在焊盘上或 PCB 表面。如果墨水涂在焊盘上，它可能会熔化到焊点中。
- 丝印到铜间距：铜间距定义为任意两个相邻铜特征或走线之间的最小气隙。丝印不应套印，因为它会在焊接、组装和检查测试过程中导致一些问题。
- 丝印到孔间距和路由间距：设计人员必须将丝印轮廓放置在定义的边界内，以避免与最小孔间距和轮廓间距重叠。在实施丝印轮廓时，设计人员需要确保丝印不应覆盖整个组件主体。
- 线宽和文字高度：没有公认的标准来决定线宽和文本高度。Sierra Circuits 可以打印至少 4 密耳的线条。我们还建议使用 25 密耳的最小文本高度以获得良好的可读性。强烈建议 PCB 设计人员和制造商不要在没有阻焊层的铜层顶部放置丝印文字。
简化 PCB 设计的 DFM 工具
选择正确的设计工具至关重要。在良好的 DFM 实践中，包括预期的结果，我们还需要在 PCB 制造过程开始之前考虑可能影响电路板功能、成本和质量的问题。这些设计工具结合了设计策略和制造过程，以在设计中实现精确的可制造性水平。最好的 DFM 工具应该能够提供有关设计选择将如何影响设计结果/可制造性的详细信息。如果您没有接受过正式培训或没有经常使用它，请务必与您的制造商讨论。 - 跟踪不准确的输出（坚持Gerber文件）。
- 检查公差。
- 对不同的 PCB 设计使用不同的 CAD 包（您不能在一个批次中制造不同的 PCB）。
- 重视实践，而不是从理论上学习它们（一个小细节能产生什么影响？实时做所有事情都可以理解）。
- 您应该知道有用的设计工具总是会提供反馈，以便可以进行更改。
DFM 问题无法完全避免，但可以在早期设计阶段检测到。DFM 分析是昂贵的，但现在，我们有几种 DFM 工具可以以较低的成本提供相同的深入分析。这些工具可以在 PCB 布局过程中轻松使用和部署。良好的 DFM 工艺可确保设计不仅针对电气性能进行了优化，而且还可以在不增加成本、风险和时间因素的情况下轻松进行大规模生产。 为了生产高质量的 PCB，设计人员应该了解最新的 DFM 规则，以避免在初始制造阶段出现问题。可制造性设计是一个关键过程，因为由于当前和先进工艺和材料的密度和性能要求增加，电路板的复杂性带来了挑战。
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