PCB板的制造和裝配設(shè)計概述

最終產(chǎn)品成本的高達80％取決于其設(shè)計方式（其余部分通常由管理費和資本成本支付）。當然，在設(shè)計時降低產(chǎn)品成本對于生產(chǎn)成功且具有成本競爭力的最終產(chǎn)品至關(guān)重要。制造和裝配設(shè)計是檢查產(chǎn)品組件和裝配成本的正式方法，旨在降低成本，然后再開始實際生產(chǎn)。本文將首先對裝配概念的制造和設(shè)計進行一般性討論，然后將在隨后的條目中詳細討論，討論有關(guān)制造和裝配設(shè)計的PCB設(shè)計的細節(jié)。最后，最后一篇文章將結(jié)束本系列討論最常見的PCB設(shè)計問題。

在不斷描述之前，有必要討論“制造設(shè)計”這個術(shù)語是怎樣的在更一般的術(shù)語和更具體地討論PCB制造時使用。 用于組裝的制造和設(shè)計的設(shè)計在一般意義上可以指原型或概念設(shè)計的簡化和優(yōu)化，以準備其制造。當這些術(shù)語用于討論PCB時，它們通常意味著更直接地檢查潛在的制造問題。本系列的第一個條目將使用前一個定義，因為我們在廣義上討論概念，第二個和第三個將使用后一個定義，因為我們將重點轉(zhuǎn)移到PCB制造和裝配。

制造和裝配設(shè)計概述

一般來說，討論制造和裝配設(shè)計的目的是確定如何設(shè)計可以制造的產(chǎn)品并以最具成本效益的方式組裝。制造設(shè)計（DFM）涉及降低總體生產(chǎn)成本，更明顯的是，裝配設(shè)計（DFA）涉及減少材料投入，資本間接成本和減少勞動力。兩者都注重標準的應(yīng)用，以降低生產(chǎn)成本，同時也尋求縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。兩種方法的組合通常也稱為制造和組裝設(shè)計（DFMA）。后面的部分將討論兩種類型的分析，因為它們密切相關(guān)，并且這兩個術(shù)語經(jīng)?；Q使用。

一般規(guī)則制造和裝配的PCB設(shè)計符合

首次創(chuàng)建概念設(shè)計后，DFMA分析開始。概念設(shè)計可能涉及創(chuàng)建原型或開發(fā)新版本的產(chǎn)品。在創(chuàng)建概念設(shè)計之后，可以通過DFMA分析來檢查該設(shè)計的物料清單（BOM）。 DFMA堅持的規(guī)則如下所示：

?最大限度地減少設(shè)計中的零件數(shù)量

減少PCB設(shè)計中的元件數(shù)量是一項直接的目標，具有明顯的優(yōu)勢。它會降低設(shè)計成本和裝配的復(fù)雜性，雖然不是很明顯，但它有很大的好處。例如，當拾取和放置機器用于填充PCB組件時，它們僅限于它們可以在單次通過中支持的組件數(shù)量。注意拾取和放置機器在組裝電路板時使用的部件數(shù)量可導(dǎo)致不明顯的成本降低。例如，如果設(shè)計需要20K的電阻器，并且設(shè)計中已經(jīng)使用了10K的電阻器，那么使用兩個串聯(lián)的10K電阻器實際上可能更便宜，這樣可以減少拾取和放置機器的次數(shù)。同樣，尋找能夠?qū)⒛牟糠衷O(shè)計整合到單個IC中的標準集成電路可以加快裝配時間并將部分測試要求轉(zhuǎn)移到IC制造商。因此，注意PCB元件數(shù)量和類型可能是降低整體PCB生產(chǎn)成本的最重要步驟?？傊?，如果最終設(shè)計不需要零件，則消除它將降低BOM成本，降低采購成本，處理時間，測試時間和裝配人工輸入。

?開發(fā)模塊化設(shè)計

如果可以在多種不同產(chǎn)品中使用這些模塊，請考慮將PCB設(shè)計拆分為功能模塊。增加從制造商訂購的特定模塊的數(shù)量可以大大降低該模塊的每單位成本。另外值得注意的是，使用模塊可以通過簡化測試過程來降低測試已完成組件的成本和復(fù)雜性。較小的系統(tǒng)本身比較大的系統(tǒng)更容易測試和修復(fù)。顯然，您可以從模塊化設(shè)計應(yīng)用程序中獲得的成本效益必須與使用多個模塊相關(guān)的增加的互連成本進行權(quán)衡。模塊化設(shè)計功能的其他優(yōu)點包括易于設(shè)計更新，跨多個產(chǎn)品的子系統(tǒng)標準化以及產(chǎn)品子系統(tǒng)設(shè)計故障的簡單故障排除。

?努力使用標準組件

使用標準組件可以大大減少設(shè)計開發(fā)時間和成本。毫無疑問，指定復(fù)雜的自定義解決方案將大大增加任何產(chǎn)品的前期成本，并可能使設(shè)計不可行。使用更常見的組件還可以簡化產(chǎn)品的供應(yīng)鏈并減輕組件供應(yīng)問題。更喜歡標準組件的另一個好處在于，在用于PCB設(shè)計之前，他們的足跡更容易驗證。

?更多地依賴于多功能組件

只要電氣元件在設(shè)計中有多種用途，PCB設(shè)計人員就應(yīng)該利用它。例如，使用也可以在設(shè)計中用作散熱器的外殼可以顯著節(jié)省設(shè)計成本。兩用器件的另一個例子是使用支座作為通過PCB上連接的安裝孔從PCB到PCB外殼的接地連接。

?多種產(chǎn)品中使用的設(shè)計模塊

在一系列產(chǎn)品中使用標準零件可降低處理成本并實現(xiàn)大批量采購成本。這個概念也可以擴展到產(chǎn)品模塊。如果一個模塊可以用于多個產(chǎn)品，更高的產(chǎn)量可以降低所述模塊的成本，并最終降低成品成本。

?設(shè)計易于制造

選擇在制造過程中需要較少處理的PCB材料可以大大簡化產(chǎn)品制造。避免操作（例如必須使用合適的外殼材料涂漆外殼）可以消除整個制造步驟并降低產(chǎn)品成本。此外，確保設(shè)計組件不會產(chǎn)生過大的公差，可以消除組裝過程中耗時且昂貴的零件返工。

?如果可能的話，減少并避免使用緊固件

當要組裝PCB時，與所有產(chǎn)品一樣，它的成本更高使用緊固件安裝組件，而不是使用壓配合式安裝技術(shù)。要利用這一點，請嘗試減少裝配中緊固件的使用。一種方法是使用表面貼裝版本的電源IC，并將散熱集成到電路板的設(shè)計中。例如，從使用外部散熱器的TO-220版本的IC切換到使用PCB作為集成散熱器的D2PAK版本，可以在最終設(shè)計中節(jié)省大量資金。

?最小化裝配方向

如果可能，應(yīng)從裝配的同一側(cè)開始沿一個軸安裝所有零件。這通常被稱為“自上而下”組件，其中所有組件從頂部安裝到最終組件。使用這種單面裝配工藝可節(jié)省在裝配過程中轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品所需的時間。因此，與所有設(shè)計決策一樣，PCB設(shè)計工程師必須權(quán)衡是否更好地生產(chǎn)具有放置在電路板兩側(cè)的元件的較小PCB而不是設(shè)計更大的PCB，其中元件僅放置在電路板的一側(cè)（ PCBCart具有處理單面PCB組裝和雙面組裝的能力。

?最大化元件布局驗收

工程師應(yīng)設(shè)計PCB，以便減少元件安裝誤差。這可以通過使用具有更高尺寸公差（更高的引腳間距）或避免諸如墓碑石之類的問題的組件來實現(xiàn)。使用設(shè)計具有高水平放置公差的零件可以大大降低組件的故障率。另外，使用剛性且可預(yù)測尺寸的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)還可以提高正確放置組件的速率。此外，機器視覺類型反饋系統(tǒng)和其他形式的反饋使得放置自動化過程能夠大大提高產(chǎn)量。

?最大限度地減少PCB組裝期間的重新定位和處理

在裝配過程中重新定位PCB的任何時候都會增加在PCB上組裝元件所需的時間。很容易理解，只要PCB的兩側(cè)和元件安裝在PCB的正面和背面，就會發(fā)生重新定位。如果可能，請在電路板的單面使用所有表面貼裝元件。僅使用表面貼裝器件會將組裝過程的焊接部分限制在單個回流步驟，而包含通孔元件可能需要額外的波峰焊接步驟或手動焊接。

用于制造和組裝的PCB設(shè)計的優(yōu)勢

?更少的零件需要處理

?可以降低物料清單成本。

?處理成本可以在一定程度上減少。

?人工和能源投入可以

?可縮短整體制造時間，從而大大提高制造效率。

?復(fù)雜性越低，可靠性越高。

?產(chǎn)品可以更具競爭力。

?將獲得更高的利潤。