長久以來，設計和生產制造的銜接性一直是電子制造行業面臨的主要問題，表現為：一方面，電子產品研發工程師，特別是硬件開發人員普遍存在對制造工藝技術不熟悉，可制造性概念比較模糊，導致設計出的產品不具備可生產性，需要多次反復改板，影響了產品的上市日期，甚至影響產品的質量和可靠性；另一方面，工藝過程中75％的缺陷來自于設計，然而工藝工程師對這些設計缺陷難以辨別，試圖采取很多的工藝措施來解決這類問題，結果浪費了大量時間，問題也不能從根本上解決。

而DFM技術在輔助產品開發以高效率、高質量、低成本上著稱，其卓越表現越來越受電子企業的青睞。

認識DFM

什么是DFM？

百度百科給出的DFM定義為：DFM，英文Design for manufacture首字母的縮寫，譯為面向制造的設計，是指產品設計需要滿足產品制造的要求，具有良好的可制造性、使得產品以最低的成本、最短的時間、最高的質量制造出來。

設計與制造是產品生命周期中最重要的兩個環節，而并行工程要求在產品開始設計時就考慮產品的可制造性和可裝配性等因素，DFM是并行工程的核心技術，其目的是在設計階段就充分考慮下有制造環節的可行性問題。

DFM有多重要？一個沒有運用DFM技術的單純產品設計完成，然后召集各路工程師商討制造可行性，結果結構工程師認為產品外形限制，密封無法實現，散熱無法實現；電子工程師認為外殼上音頻輸出孔的位置要修改，否則找不到可匹配的元器件；塑料工程師認為產品外殼設計成這樣，模具結構和動作太復雜，沒法生存；機加工工程師認為該產品的特征是傾斜的，刀具無法進去加工；質量工程師認為這個零件無法確定基準面，測量尺寸無從下手；成本工程師認為設計預估不足，預算大幅超支……沒有經歷過DFM的新產品設計方案，恐怕都會經歷上述各個部門的質疑。

DFM在電子制造行業的發展

DFM技術發展到今天，其內涵也得到了很大的擴展，很多電子制造公司將DFM分化為DFF（Design for Fabrication電路板裸板設計）、DFA（Design for Assembly裝配性設計）、DFT（Design for Testability測試性設計）、DFR（Design for Reliability可靠性設計）。

其中，DFF用于PCB板生產前的分析，目的是檢查PCB的設計是否符合裸板生產的要求，如內部走線的合理性、各條走線的相互關系、走線布置的合理性；DFA用于元器件的焊接和裝配分析，目的是檢查設計是否滿足貼片標準、焊接及組裝的工藝要求；DFT主要用于單板的測試點的設計，這些測試點是以后的電氣高度和功能測試的需要，目的在于達到所有產品的電氣性能完好、免去事后引線的麻煩；DFR主要用于對系統和結構進行可靠性分析和預測，即在現有元器件水平上，從設備或系統的總體設計、元器件選用、降額設計、熱設計、穩定性設計、電磁兼容設計、耐環境設計、工藝設計以及維修性設計等方面采取措施，在重量、體積、性能、費用、研發時間等因素的綜合權衡下，實現設備或系統既定的可靠性指標。

由此可見，在電子制造行業，DFM不再是一個孤立的設計任務，而是貫穿于成本管理、整個系統的配合、PCB裸板測試、元器件的組裝工藝、產品質量檢驗和生產線的制造能力等各個環節的綜合考量。

面向制造的DFM解決方案

Mentor Valor NPI

電子行業的新產品在導入的時候，常常面臨制造過程中的高報廢率、低產率，滿足不了交貨期要求，產品可靠性問題，數據準備時間太長，為解決問題點而維持了大量的人力，客戶要求提供DFM問題反饋服務等諸多問題與挑戰。由于傳統DFM設計流程的局限性，始終無法很好地解決這些問題，而Mentor Graphics基于自身超過15年的電子產品研發設計經驗，提出基面向制造的DFM解決方案——Mentor Valor NPI，該解決方案在產品生命周期的早期確定并實施工程變更，可顯著節省新產品投入市場所需要的成本和時間。

▲圖1 電子制造業NPI面臨的問題與挑戰

在新產品導入的過程中，會涉及DFM驗證和DFM反饋的環節，DFM驗證是為了驗證設計數據是否適合制造過程及約束條件，為簡化實際生產的工藝流程做準備。而Valor NPI解決方案可識別設計文件中可能影響量產、成本及可靠性的DFM問題點，驗證CAD數據和制造BOM的匹配性，分析驗證所有替代料的可替代性，提供快速的自動化平板設計及優化功能，并且能執行拼板級的DFM分析。此外，Valor NPI解決方案擁有強大的數據綜合處理能力，可服務于整個生產流程，目前已經有超過1000套的安裝量，服務于業界各種用戶，適用于各種CAD設計流程。

Valor NPI在制造流程中的應用

▲圖2 NPI過程中的DFM

Valor NPI在制造流程中的應用眾多，如在PCB Layou設計過程中執行DFM分析、優化反饋，確保設計符合制造商的生產能力；在產品模型接口階段，集中屬性管理使得NPI流程更高效，可快速啟動DFM綜合分析；在DFM分析階段，支持裝配分析、裸板分析、柔板/硬板結合版分析、微孔分析、拼板分析、基本分析等各種檢查規則。

亮點一：裝配DFM分析

在裝配DFM分析階段，Mentor Valor NPI解決方案有非常顯著的優勢，包括400多種裝配DFM檢查規則；早期識別出影響量產、成本及可靠性的DFM問題點；與客戶反饋可能引起產品報廢或增加額外成本的問題點；通過Valor元件庫識別設計文件中的可焊接性缺陷。

▲圖3 裝配DFM分析

亮點二：拼板設計

在拼板設計階段，Mentor Valor NPI解決方案能輕松、快捷、優化創建裝配拼板及裸板拼板；可綜合考慮拼板尺寸、軌道寬度、預留寬度、開槽寬度、單板數量及元件干涉；可自動對任意形狀的PCB單板進行最優拼板，包括自動填銅、加定位孔、光學點、壞板標記、定位標記、文字、條碼、郵票孔、V形槽、開槽；此外，還能精確計算板材利用率，以降低成本。

▲圖4 拼板設計

亮點三：拼板級DFM分析

在拼板級DFM分析階段，Mentor Valor NPI解決方案擁有超過35條的拼板級DFM檢查規則，能及時識別引起報廢或額外增加成本的問題點，同時能進行任意形狀單板的裝配拼板。

▲圖5 拼板級DFM分析

Mentor Valor NPI的價值

在電子產品開發過程中運用DFM的優勢不言而喻，如保證選擇的元器件能夠滿足本公司或外協廠家組裝工藝的要求；保證設計出的PCB滿足PCB供應商的制造能力、成品率和效率的要求；保證設計出的組裝工藝路線高效、可靠、低成本，降低產品試制中出現的DFM問題數，PCBA的組裝直通率達到公司的期望水平；保證元器件的布局和PCB的布線滿足DFM設計規則要求等。

實際上，與行業的其他廠商的同類產品相比，Valor DFM用戶在解決DFM問題方面具有明顯的競爭優勢，表現為減少產品化時間；避免出現大的制造問題；提高產量、增強產品可靠性；加快產品上市等。

▲圖6 Valor與其他同類產品比較

（綠色代表Valor，藍色代表其他廠商）

筆者認為，DFM作為設計與制造協同的橋梁，其應用和實施將越來越成熟，同時，越來越多的企業也將受益于DFM。如果設計工程師在產品設計開始階段就運用DFM技術，針對設計結果的可制造性分析制造過程，不僅可將下游環節約束施加于設計過程，還可以將產品可制造性檢測中得到的加工難點向下游進行信息預發布，以使相關環節提前開展準備，避免牽一發而動全身。