最新毕业论文-可制造性设计

济南铁道职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：电子产品可制造性设计

系别：电气工程系

专业：电子工艺与管理

班级：电子工艺与管理1031班

学生姓名：贾静

指导教师：江军

完成日期：2012.12.25

济南铁道职业技术学院毕业设计（论文）任务书

目录

目录 (2)

摘要 (3)

前言 0

1.电子产品可制造性设计的含义 (1)

1.1可制造性的含义 (1)

1.2.电子产品可制造性设计的重要性 (1)

2.电子产品的发展形势 (2)

2.1电子产品目前面对的行业需求 (2)

2.2电子产品可制造性设计的核心 (3)

2.3电子产品可制造性设计的影响因素 (3)

2.4电子产品可制造性设计的主要内容 (4)

3.电子产品可制造性设计常见案例积累 (10)

3.1电子产品可制造性设计的焊盘设计 (10)

3.2电子产品可制造性设计分析 (11)

3.3电子产品可制造性设计的研究意义 (12)

降低成本、提高产品竞争力 (12)

优化生产过程，提高生产效率 (13)

利于技术转移，加强公司协作 (13)

新产品开发及测试的基础 (13)

适合电子组装工艺新技术 (13)

4.电子产品可制造性设计的常见问题及解决方案 (13)

结论 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

摘要

改革开放以来，我国电子产品产业实现了持续快速发展，特别是进入21世纪以来，产业规模、产业结构、技术水平得到大幅提升。但电子信息产业深层次问题仍很突出。必须采取有效措施加强技术创新，促进电子产品产业持续稳定发展，为经济平稳较快发展做出贡献。

电子产品可制造性设计的目的是提倡在前期设计中考虑包括电子产品的可制造性设计以及其他的相关问题。产品开发过程和系统的设计时不但要考虑产品的功能和性能要求，而且要同时考虑与产品整个生命周期各阶段相关的工程因素，对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，生产测试手段。可制造性就是要考虑制造的可能性、高效性和经济性，可制造性的目标是在保证产品质量的前提下缩短产品开发周期、降低产品成本、提高加工效率。可制造性作为DFX技术最核心的内容一直是DFX技术推行中最为重要的方面，也是影响DFX 成效的主要因素。

关键词：电子产品可制造性设计、常见案例、解决方法

前言

本文介绍了电子产品可制造性设计的含义，分析了在电子产品设计中应用可制造性技术的背景，对在电子产品开发过程中采用可制造性技术对产品设计进程、成本、质量、加工效率、产品上市的积极作用进行了讨论，总结了电子产品可制造性设计的主要内容和主要关注点，最后给出了可制造性设计案例，印证了在电子产品开发中进行可制造性设计的重要性。

可制造性设计可制造性就是并行工程中的主要应用工具之一，并行工程是对产品及其相关过程进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。可制造性正是基于并行设计的思想，通过在产品的概念设计和详细设计阶段，就考虑到制造生产过程中的工艺要求、测试组装的合理性，同时还要考虑到售后服务的要求，来保证在产品制造时满足成本、性能和质量的要求。可制造性不再把设计看成为一个孤立的任务，它包括成本管理、系统的配合、PCB裸板的测试、元器件的组装工艺、产品质量检验和生产线的制造能力等。利用现代化设计工具EDA和可制造性软件分析工具具有良好可制造性电子产品。

1.电子产品可制造性设计的含义

1.1可制造性的含义

可制造性设计（Design for Manufacturing，可制造性），它主要是研究产品本身的物理特征与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于产品设计中，以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，使之更规范，以便降低成本，缩短生产时间，提高产品可制造性和工作效率。

在今天的电子业，有几种力量正在推动着可制造性设计（可制造性）的进程，其中最常见的三种为：

?新技术带来的零件密度的增加

?缩短设计周期时间的需求

?外包及海外制造模式的实行

1.2.电子产品可制造性设计的重要性

可制造性不是单纯的一项技术，从某种意义上，它更象一种思想，包含在产品实现的各个环节中。引入可制造性设计，首先要认识到它的必要性，特别是生产和设计部门这两方面的领导更要确信可制造性的必要。只有这样，才能使设计人员考虑的不只是功能实现这一首要目标，还要兼顾生产制造方面的问题。这就是讲，不管你设计的产品功能再完美、再先进，但不能顺利制造生产或要花费巨额制造成本来生产，这样就会造成产品成本上升、销售困难，失去市场。

统一设计部门和生产部门之前的信息，建立有效的沟通机制。这样设计人员就能在设计的同时考虑生产过程，使自己的设计利于生产制造。

选择有丰富生产经验的人员参与设计，对设计成果进行可制造方面的测试和评估，辅助设计人员工作。最后，安排合理的时间给设计人员，以及可制造性工程师到生产第一线了解生产工艺流程及生产设备，了解生产中的问题。以便更好、更系统地改善自己的设计。

可制造性结果意味着设计已经得到最大程度的优化，从而确保产品可以按最

高效的方式制作、组装及测试消除可能导致额外时间及成本的多余工艺。一个全面优化的设计甚至会考虑到产品的制造良率。电子产品开发实施可制造性可以带来的好处包括：保证选择的元器件能够满足本公司或外协厂家组装工艺的要求，保证设计出的PCB满足PCB供应商的制造能力、成品率和效率的要求，保证设计出的组装工艺路线高效、可靠、低成本，降低产品试制中出现的可制造性问题数，PCBA的组装直通率达到公司的期望水平，保证元器件的布局和PCB的布线满足可制造性设计规则要求等。通过这些设计规范要求的实施使得电子产品开发满足产品进度要求，同时制造成本低、制造效率高、上市时间短、改板次数少，从而提高客户队产品的满意度。

不好的设计会导致更长的制造时间及更高的成本。针对无时不在的降低成本及缩短产品上市时间的压力，实施可制造性的最终目标是要达成具成本效益的制造。这将通过保持高良率（低废品）及最少的设计改版而实现。同时，我们还需要认识到可制造性的应用使得工艺能力得到了全面的发挥，如通过新技术的应用将设计从两块PCB集中到一块PCB上，从而既节省了时间，又节约了成本。

可制造性的使用不仅仅是回答这个设计可以制造，而更是回答这个设计是否能被高效率地制造并且获利。由此可见电子产品可制造性设计的重要性尤为明显。最重要的是，可制造性必须被看作为贯穿于整个新产品导入（NPI）流程链的一种作业逻辑思考。它不是一种事后产生的想法或是设计完成后的额外补充。

2.电子产品的发展形势

2.1电子产品目前面对的行业需求

加快提高产品研发和工业设计能力，积极发展笔记本电脑、高端服务器、大容量存储设备、工业控制计算机等重点产品，构建以设计为核心、以制造为基础，关键部件配套能力较强的计算机产业体系。大力开拓个人计算机消费市场，积极拓展行业应用市场

充分发挥整机需求的导向作用，围绕国内整机配套调整元器件产品结构，提高片式元器件、新型电力电子器件、高频频率器件、半导体照明、混合集成电路、新型锂离子电池、薄膜太阳能电池和新型印刷电路板等产品的研发生产能力，初

步形成完整配套、相互支撑的电子元器件产业体系。加快发展无污染、环保型基础元器件和关键材料，提高产品性能和可靠性，提高电子元器件和基础材料的回收利用水平，降低物流和管理成本，进一步提高产品竞争力，保持市场份额。

要求设计更小更轻，同时又要拥有更多功能的不断增加的需求为我们带来了新的印刷电路板制作技术，如顺序迭构，嵌入式被动及主动零件类的设计，以及零件封装技术的创新如CSP和POP。所有这一切都使PCB设计、制作及组装变得更加复杂化。

缩短产品上市时间是一项紧迫的需求。由于PCB设计的反复可能导致设计周期平均增加几个星期，从而拖延了产品的上市时间，因此将可制造性问题（导致设计反复的重要原因之一）在PCB设计时间尽早消除有绝对的必要性。一般人认为，可制造性只是简单地在PCB 画图CAD 系统上执行一些基本的错误检查，来确定在PCB 制作时线路不会短路，或确保在PCB组装时零件不会相互干涉。

2.2电子产品可制造性设计的核心

电子产品的可制造性设计核心在于印制电路板PCBA的可制造性，印制电路板的可制造性即是指板级电路模块面向制造的设计技术，此技术旨在开展高密度、高精度板级电路模块的组装设计、制造系统资源能力与状态的约束性分析，最终形成支持开发人员对电路模块的可制造性设计标准及指导性规范。

可制造性设计的核心是在不影响产品功能的前提下，从产品的初步规划到产品的投入生产的整个设计过程进行参与，使之标准化、简单化，让设计利于生产及使用。减少整个产品的制造成本（特别是元器件和加工工艺方面）。减化工艺流程，选择高通过率的工艺，标准元器件，选择减少模具及工具的复杂性及其成本。

2.3电子产品可制造性设计的影响因素

制造（或生产）需要被划分为几个主要部份，各个部份具有显著且独立的内容，分别称为PCB制作、组装及测试。PCB 制作包含与印刷电路板裸板生产的所有相关步骤（包含确保良品的测试和验证）。组装是把所需的零件置放到裸

板上的一个过程，它也可能包括系统组装（例如将PCB组装到一个系统内而成为一个完整的产品）。测试包含ICT测试（确保正确的零件置放，包括正确的零件方向、零件值和正确的运行）以及功能测试（验证整块板的运行功能--它是否能实现所有的设计功能？）。测试内容也包含目检及维修/返修方面的问题。

以上每个部份都有其特别的需求，必须考虑每个方面才能确保好的可制造性结果。只用可制造性检查PCB是否可以制作出来，但接下来却不能自动组装显然是不行的特别是当你需要生产成千上万的板子时。

如果仅仅是确保设计不在制造时出错，则漏掉了一个在制造时对时间及成本产生重大影响的主要因素。除了按照规格或规则（物件大小，间距，间隔等）检查设计数据内容以外，也需要看看将设计制造出来所需要的工艺类型及数量。例如，如果设计者在设计时只使用了一个插装组件，他却在制造链中立即自动引入了一个或更多个额外工艺（例如自动插件及波峰焊）- 这显然会对每块板的成本造成重大影响，通过使用同等功能的贴片组件代替则可以避免这样的问题发生。同样，在设计中选用一个不能自动插装的异形零件将可能需要一个额外的手工组装工站，而这种情形则可以通过小心选用零件得到避免。在PCB制作部分，从双面板到多层板，从贯孔到盲孔的设计，都会导致工艺的增加以及更多出错的潜在因素，然而这些本是可以通过可制造性分析得到避免的。

2.4电子产品可制造性设计的主要内容

电子产品可制造性设计涉及主要研究内容如下。

(1)基于公司产品特点的电子元器件的选择技术、新型封装元器件的焊盘图形设计技术；

不同电子产品采用的元器件封装类型有很大的差别，比如便携类电子产品，如手机、PDA、笔记本电脑、数码相机等，采用的元器件一定是微型化的表面贴装器件，因为这样封装的器件有助于产品的微型化和便携性，而对于电源类产品，由于受表贴器件功率太小的限制，一般使用较多的插装类大功率器件，因此不同产品在制定器件选择的原则时会有较大的不同。这些器件的不同选择准则在产品概

念设计阶段非常重要，它会影响到产品工艺路线的设计和制造效率。比如，对于便携式产品98%以上的器件都是SMD器件，如果设计人员没有可制造性概念，选择了2%的THT器件，这样就会给后续的工艺路线设计带来极大的不便，如何为2%的THT器件设计加工路线将会成为一大困扰，如果在器件选择阶段避免了这个问题，后续的工艺路线设计就非常简单和高效。

(2)PCB几何尺寸设计、自动化生产所需的传送边、定位孔、定位符号设计。

尽管印制电路板种类繁多，制造工艺不尽相同，但是体现在产品可制造性上主要反映在以下设计要素上：印制电路的外形尺寸和精度，受设备加工尺寸和精度要求限制，设计时应考虑最大和最小加工尺寸，尺寸精度和工艺边的设计。在考虑印制电路板电气性能的前提下，要考虑多层印制板最多层数的限制，中间介质层和板的总厚度要求，比如层数增加而总厚度又有限制，这时对PCB的可制造性就会带来挑战。

(3)PCB加工能力设计，如最小线宽、最小线间距、最小过孔孔径、最小厚径比设计

(4)组装工艺辅助材料的选用技术

组装工艺的辅助材料也是可制造性设计的重要内容，比如采用无铅焊接后，相应的助焊剂就需要更换为与无铅焊料相兼容的；又比如，对于散热器与IC器件之间的导热材料选择时必须考虑和分析器件的功率大小和散热需求。

(5)印制电路板工艺路线设计

工艺路线是整个电路板组装的加工流程，工艺路线决定了PCBA的加工效率成本和元器件的选择，常见的组装工艺路线有以下几种：