通孔插装产品的可制造性设计

　　对电子产品设计师尤其是线路板设计人员来说，产品的可制造性是一个必须要考虑的因素，如果线路板设计不符合可制造性要求，将大大降低产品的生产效率，严重的情况下甚至会导致所设计的产品根本无法制造出来。
　　如今的用户要求产品价格更低、质量更高同时交货期更短，有一种工具可同时满足这三个目标，这就是可制造性设计，也称为DFM。和在其它行业中一样，DFM在印制电路板装配中也是同样适用并且非常重要的。

　　什么是DFM？

　　在《加工与制造工程师手册》一书中作者William H.Cubberly和Raman Bakerjian对此作了如下解释：“DFM主要研究产品本身的物理设计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。DFM可以降低产品的开发周期和成本，使之能更顺利地投入生产。”

　　众所周知，设计阶段决定了一个产品80%的制造成本，同样，许多质量特性也是在设计时就固定下来，因此在设计过程中考虑制造因素是很重要的，而且这些都应该让设计人员知道。若想提高效率，各公司应有自己的一套DFM，并对其进行分类和维护，DFM文件应该是随环境条件变化而改变的动态性文件，它由一个核心委员会进行管理，委员会成员至少要包括设计、制造、市场和财务等部门的人员。

　　通孔插装技术如今仍然在使用，DFM在提高通孔插装制造的效率和可靠性方面可以起到很大作用，DFM方法能有助于通孔插装制造商降低缺陷并保持竞争力。本文介绍一些和通孔插装有关的DFM方法，这些原则从本质上来讲具有普遍性，但不一定在任何情况下都适用，不过对于与通孔插装技术打交道的PCB设计人员和工程师来说还是有一定的帮助。

　　读者也可以用这些原则作为DFM文件的框架，然后在其中加入自己具体的设备配置及冗余量要求。这些原则可以帮助工程师以一种更专业的态度做决定，使他们尽快成熟。

　　1、用大的板子可以节约材料，但由于翘曲和重量原因它在生产中输运会比较困难，它需要用特殊的夹具进行固定，因此应尽量避免使用大于23*30cm的板面。最好是将所有板子的尺寸控制在两三种之内，这样有助于在产品更换时缩短调整导轨、重新摆放条形码总计器位置等所引致的停机时间，而且板面尺寸种类少还可以减少波峰焊温度曲线的数量。

　　2、在一个板子里包含不同种拼板是一个不错的设计方法，但只有那些最终做到一个产品里并具有相同生产工艺要求的板才能这样设计。

　　3、在板子的周围应提供一些边框，尤其在板边缘有元件时，大多数自动装配设备要求板边至少要预留6mm的区域。

　　4、尽量在板子的顶面进行布线，线路板底面容易受到损坏。不要在靠近板子边缘的地方布线，因为生产过程中都是通过板边进行抓持，边上的线路会被波峰焊设备的卡爪或边框传送器损坏。

　　5、对于具有较高引脚数的器件如接线座或扁平电经缆，应使用椭圆形焊盘而不是圆形以防止波峰焊时出现锡桥。

　　6、尽可能使定位孔间距及其与元件之间的距离大一些，并根据插装设备对其尺寸进行标准化和优化处理；不要对定位孔做电镀，因为电镀孔的直径很难控制。

　　7、尽量使定位也作为PCB在最终产品中的安装孔使用，这样可减少制作时的钻孔工序。

　　8、可在板子废边上安排测试电路图样以便进行工艺控制，在制造过程中可使用该图样监测表面绝缘阻抗、清洁度及可焊性等等。

　　9、对于较大的板子，应在中心留出一条通路以便过波峰焊时在中心位置对线路板进行支撑，防止板子下垂和焊锡溅射，有助于板面焊接一致。

　　10、在排版设计时应考虑针床可测性问题，可以用平面焊盘以便在线测试时与引脚的连接更好，使所有电路节点均可测试。
元件的定位与安放

　　11、按照一个栅格图样位置以行和列的形式安排元件，所有轴向元件应相互平行，这样轴向插装机在插装时就不需要旋转PCB，因为不必要不的转动和移动会大幅降低插装机的速度。

　　12、相似是而非的元件在板面上应以相同的方式排放。例如使所有径向电容的负极朝向板件的右面，使所有双列直插装的缺口标记面向同一方向等等，这样右以加快插装的速度并更易于发现错误。实际上一个公司可以对其制造的所有线路板元件方向进行标准化处理，某些板子的布局可能不一定允许这样做，但这应该是一个努力的方向。

　　13、将双列直插装器件，连接器及其它高引脚数元件的排列方向与过渡峰焊的方向垂直，这样可以减少元件引脚之间的锡桥。

　　14、充分利用丝印在板面上作记号，例如画一个框用于贴条形码，印上一个箭头表示板子过渡波峰焊的方向，用虚线描出底面元件轮廓等等。

　　15、画出元件参考符以及极性指示，并在元件插入后仍然可见，这在检查和故障排队时很有帮助，并且也是一个很好的维护性工作。

　　16、元件离板边缘应至少有1.5mm的距离，这将使线路板更加易于进行传送和波峰焊接，且对外围元件的损坏更小。

　　17、元件高出板面距离需超过2mm时，其下面应加垫片。如果没有垫片，这些元件在传送时会被“压扁”，并且在使用中容易受到震动和冲击的影响。

　　18、避免在PCB两面均安放元件，因为这会大幅增加装配的人工和时间。如果元件必须放在底面，则应使其物理上尽量靠近以便一次完成防焊胶带的遮蔽与剥离操作。

　　19、尽量使元件均匀地分布在PCB上，以降低翘曲并有助于使其在过波峰焊时热量分布均匀。