完整的DFM分析指南

我有一个好朋友，他关于为制造计划新的PCB设计有一个笑话：他经常会问“你今天联系你的制造商了吗？”来强调在设计过程中应该多次与你的制造合作伙伴接洽。这是设计师们经常忘记的事情，而且这可能会在全面生产前带来重大的头疼问题。事实上，你的电路板应该经过多轮的DFM（设计制造匹配）分析，以确保其可制造性，无论是在制造还是在组装方面。

那么，你应该什么时候开始对你的设计进行DFM分析呢？另一个重要的问题可能是：加快DFM分析过程的最佳方式是什么？任何电路板都有很多需要检查的地方，而且对设计进行全面的可制造性检查可能非常耗时，尤其是在复杂的布局中。这里是DFM分析的预期内容以及如何快速完成这一过程。

PCB的DFM分析包括什么？

从广义上讲，DFM（设计制造性）分析适用于任何需要大规模生产的产品。制造产品需要设计成适合用于大批量生产的过程，因此需要检查设计，以确保设计中没有任何因素会导致低产量、缺陷或寿命短。如今，您的PCB制造商和PCB组装商可能位于地球的两端，确保他们都能访问单一、受控的项目信息存储库以进行DFM分析至关重要。

对于PCB而言，DFM分析涉及检查设计是否符合制造商的制造和组装流程。任何有经验的设计师都应该知道，可能影响质量的设计选择列表很长。我知道我仍然没有记住设计中可能潜藏的每一个可能的可制造性问题，所以我经常依赖我的制造商在我准备进行制造批次时检查我的电路板。

经常检查您的设计

这提出了一个重要的问题：什么时候应该对你的设计进行一些DFM检查呢？如果你正在做一些较简单的电路板，依赖你的制造商在生产前进行最终的DFM检查可能就足够了；重复进行深入的DFM检查只会占用过多时间，而你的制造商可以迅速完成这项工作。对于更高级的设计，如高层数混合信号板，具有紧密间隙和多种信号标准，多次DFM分析运行是必要的，以便尽早发现潜在的质量问题。

在制造前防止不必要的设计更改的最佳方式是在几个不同的时间点进行DFM分析：

• 选择组件时：这主要涉及到被动组件的尺寸，特别是0201和01005。如果你必须使用这些小组件，只需确保你的制造商可以处理这些。
• 在进行平面规划时：此时，我们仍在确定电路板的一些基本方面，如可能的层数、走线宽度范围、通孔尺寸，是否需要转向HDI，使用哪种PCB层压板，以及哪种IPC可制造性等级适用于设计。
• 在放置元件之后： 放置元件后，考虑组装过程，特别是关于双面SMD板的焊接。还要思考任何接地元件将如何焊接到它们的参考平面，以及它们是否需要热释放。
• 在规划堆叠时： 你会惊讶于有多少堆叠需要在设计可以进入制造之前被修改。这一点就像是询问你的制造商一个经过验证的堆叠表一样简单。
• 在生成Gerber文件之后： 有些缺陷在你的Gerber文件中更容易看到，因此最好扫描你的Gerbers，寻找诸如钻孔重叠和通孔纵横比之类的问题。
• 与MCAD团队合作时： 在某些情况下，可焊接连接器或其他机械元素的放置可能会造成过于紧密的间隙。

有几点值得详细说明，因为它们可能不经常在其他文章中讨论。

元件间隙

有些适用于连接器的要点也适用于其他任何组件，但有一个关于间隙的要点值得检查。确保你已经为组装过程中的膨胀留出了足够的空间，特别是对于带有塑料外壳或底座的连接器。如果两个组件太靠近，在焊接过程中它们膨胀，它们都可能在组装过程中从板上抬起。

查看脚印

显然，你应该努力确保你的脚印得到验证。这可以手动完成，或者只使用直接来自制造商的经过验证的组件（如果它们可用的话）。然而，一旦脚印进入布局，你就需要检查焊膏开口、与通孔的间隙、与其他组件的间隙、通孔的纵横比等等。如果你使用的软件没有正确的规则检查功能，你可能会让热垫漂浮，或者你可能将钻孔位置放得太靠近焊锡丝。你可以直接查看PCB布局，但生成初步的Gerber文件并比较你的层（见下文）也是完全可以的。

堆叠检查

这听起来可能很简单，但如果你直接向你的制造商询问带有你所需的层数和层次排列的堆叠方式，你将轻松通过这一关。他们已经完成了所需的DFM（设计制造匹配）分析，以确保特定的层堆叠能够通过他们的加工流程。他们会给你提供你所需使用的迹线宽度、迹线间距（对于差分对）和层厚度，以及你所需的层压材料。在某些情况下，你可能会惊讶地发现你所需的层压材料不可用，而你需要使用一个接近的等效材料。

对于4层堆叠，你可能会收到标准的8mil/40mil/8mil S/P/P/S堆叠，总厚度为62 mil。更复杂的堆叠可能需要一个定制的表格，特别是当你有一个需要阻抗控制布线的板时。如果你提前获得堆叠信息，你就不会冒着使用错误的迹线和间距进行控制阻抗的风险，一切都将已经得到验证。

在制造前进行DFM分析

一旦你完成了电路板并且已经发送给制造商进行制造，你的制造商应该使用你最终的Gerber文件来进行他们自己的DFM（设计制造匹配）分析。注意，我这里使用“应该”是因为并不是所有的制造商都会这么做；对于一些制造商，你上传你的Gerber文件后，他们会毫无疑问地按照你的制造文件中显示的样子来生产电路板。对于一些制造商，你需要明确要求这种服务级别，因为不同的服务级别可能只作为附加服务提供。

一旦你从制造商那里得到了DFM分析，你会在以下两个领域看到很多结果：针对工艺能力的间隙检查，以及针对特定行业要求的检查。

根据工艺能力检查特征尺寸

当你将设计文件提交给制造商并且他们进行DFM分析时，你可能会看到很多关于间隙检查的结果。制造商应该已经检查了上述列出的区域，但他们还需要将你的特征尺寸和间隙与他们的工艺能力进行比较。即使你在报价时已经使用初步的Gerber文件进行了这个过程，最好还是再运行一遍，因为你可能遗漏了一些东西。

以下是我偏好的一家ITAR制造商提供的一个DFM分析报告示例。在这个表格中，我们可以看到间距、环形焊盘尺寸以及过孔与铜之间的间隙。从最底行可以看出，我的走线到铜的间隙设置过低，而且一些元件的焊盘环形尺寸较小。

在这个例子中，我们在一个特定的封装上发现了多个错误，恰好是一个TO-92封装。在这种情况下，内置库中的孔径过大，这迫使边缘的环形焊盘过小，以保持间隙。调整孔径大小后，我们能够为Class 2环形焊盘留出空间，同时仍保留足够的间隙以防止短路。

对于一个拥有数千个网络的大型复杂设计，您的制造商如何检查PCB布局中的每一个可能的特性？有一些应用程序可以帮助自动化这个过程，并将编译一个报告，列出任何工艺违规。一些制造商有他们自己内部使用的应用程序，而其他制造商则会提供一个可下载的程序，让您在制造前检查设计。

IPC类别合规性审查

设计要求的另一个需要更多经验的领域是符合IPC等级的审核。在报价过程中指出一个重要点是，如果有的话，你正在寻求哪一级的IPC资格。这涉及到检查泪滴形、环形焊盘尺寸、钻孔和焊盘直径与铜重、镀孔和孔的能力，以及介电层厚度要求，仅举几个主要的可靠性要求。物理布局将与制造商的能力进行比较，以确保最终设计能够满足IPC标准中定义的资格和性能要求，必须在制造之前进行更改。

如何快速将设计数据发送给你的制造商

将文件快速传递给制造商的最快方式是什么，你如何确保他们完全理解你的设计意图？你需要找到最好的云协作工具。如今，随着一切都在数字化进行，PCB设计师需要工具来帮助他们在复杂项目上进行协作，并与他们的制造伙伴分享。有了Altium 365平台，就可以轻松快速地与制造商、其他团队成员和客户分享从完整项目发布到单个设计文件的一切。

Altium 365还有助于通过一整套文档功能简化DFM分析，包括：

• 组件和库托管与管理工具
• 基于Git的集成版本控制系统
• 与内部数据库工具或外部版本控制应用的集成
• 用户访问和管理功能

在Altium 365中，有一个非常便捷的方式可以将您的电路板发送给制造商，那就是使用“发送给制造商”功能。一旦项目在您的Altium 365工作区发布，您可以进入您的项目发布页面，并点击屏幕顶部的“发送给制造商”按钮，如下所示。然后您的制造商可以在Altium Designer中打开项目，或者他们可以下载发布文件，并通过DFM分析应用程序处理您的制造文件。

一旦您的设计交给了您的制造商，他们可以在设计的特定点上发表评论，这将有助于确保在阅读DFM分析报告时不会产生混淆。这些评论随后可以通过浏览器在线在Altium 365中查看，或者在您在Altium Designer中打开项目时，在PCB布局中查看。没有其他基于云的服务能像Altium 365一样帮助您进行多轮DFM分析。

通过多轮DFM分析快速推进设计，并在整个过程中跟踪项目变更的最佳方式是使用Altium 365™平台。您将拥有所有必需的工具，以在一个安全的云平台中共享、存储和管理您的所有PCB设计数据。Altium 365是唯一专为PCB设计和制造而设的云协作平台，而且Altium 365中的所有功能都与世界级的设计工具Altium Designer®集成。

我们只是初步展示了在Altium 365上使用Altium Designer所能做到的事情。您可以查看产品页面以获取更深入的功能描述，或者观看其中一个按需网络研讨会。