电子产品的可靠性工艺设计概述
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可靠性教材2：电子产品的可靠 性工艺设计
目录
• 电子产品的工艺设计概述 • 电子产品的工艺过程 • PCB布局、布线设计 • 影响SMT焊接质量的主要问题点 • 电子工艺技术平台建立
第一章 电子产品工艺设计概述
1.1 可制造性设计（DFM）概念 · 可靠性高的产品设计 · 可靠性高的元器件与零配件 · 优良的工艺设计与工艺技术
品质与可制造性来自设计
优良的成品品质
良好的原理结构设计 —与工艺能力良好的配
合
优良的元器件品质
优良的工艺管制 —重复性、稳定性
良好的品质管理理念、全面的品质 管理知识、有效的品质管理系统和
制度
电子产品质量与可靠性工程来自于
• 通过优良的物料选型与高质量与可靠性的物料采购来保证构成产品的物料 的基本质量与可靠性
第2章 电子产品工艺过程
SMT的工艺生产线 锡膏印刷工艺
常用SMT组装工艺中的第一个，也是最难 控制的一个工艺程序
常用的பைடு நூலகம்装方式
双面SMT+THT
PCB板生产 高速贴片 锡膏印刷 炉前目检 插件检测 焊接检验
来料检验 回流焊接 AOI检测 回流焊接 装夹具 手动焊接
自动上板 炉后目检 高速贴片 AOI检测 波峰焊接 ICT测试
不同的产品有不同的考虑重点
优良制造性的标准
产品的可制造性 ·高的生产效率 ·产品的高稳定性 ·生产线可接受的缺陷率 产品的高可靠性 ·适应不同环境的变化 ·产品维持一定的使用周期
THT与SMT工艺
THT技术
·需在PCB上打孔 ·通过波峰焊接工艺
SMT技术
·采用回流焊接工艺 ·元件直接焊接在PCB表面 ·不须在PCB上打孔
• 优良合理的工艺设计，批量性，重复性，稳定性，可操作性设计
电子产品发展趋势
• 功能—越来越小 • 价格—越来越低 • 外形—越来越小
元件与尺寸越来越小！ 组装密度越来越高！ 制造对设计的依赖越来越强！
技术整合的必要性
产品的品质问题是多方面因素复合作
用的结果
立碑的成因：
·韩盘设计 -----焊盘长和宽 ·SMD尺寸-----SMD尺寸 ·散热面积-----PCB散热不均匀 ·锡膏的使用-----锡膏印刷不良 ·锡膏的品质-----锡膏的品质 ·可焊性-----焊接面氧化 ·贴片精度-----贴片偏位 ·回流焊的温度设置-----回流曲线
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，并把制造系统用于产品设 计中以便将整个制造系统融合在一起进行总体优 化。
FDM设计的重要性
35
30
25
20
15
优良的DFM
缺陷性DFM
10
5
0 OK的DFM
装配费用 测试费用 维修费用
NG的DFM
• 设计缺陷流到后工序，其解决费用会成百倍的增加，再好的工艺流程和设备
·温度曲线处于良好的受控状态
回流焊接温度曲线分为：预热区、恒 温区、升温区、焊接区、冷却区 预热区：时间100～240S，温度145度 恒温区：时间60～120S，温度175度 焊接区：时间60～90S，温度235～245度 最大升温斜率小于2.5度/秒 最大降温斜率小于2.5度/秒
所谓技术整合，即综合运用相关知识，通过选择、提炼产品设计与制造技术， 进而将这些设计与技术整合成为合理的产品制造方案与有效的制造流程的系统 化过程与方法。技术整合是过程、是方法。技术整合使技术创新，走向大规模
制造。
产品设计要素
• DFV—价格设计(design for Value) • DFR—可靠性设计(Design for Reliability) • DFM—可制造性设计(Design for Manufacturability) • DFA—可装配性设计(Design for Assembly) • DFT—可测试性设计(Design for Testability) • DFS—可维护性设计(Design for Servicability)
锡膏印刷 自动翻版 泛用贴片 自动或手动插件 取夹具 功能测试
锡膏涂布方法
印刷工艺
注射工艺
印刷工艺是主流，点胶不适合批量生产
锡膏印刷工艺
刮刀
锡膏
钢网
SMT点胶工艺
点胶工艺的用途
· 波峰焊的SMD器件 ·双面回流焊的大重量
点胶工艺对PCB的要求
·若PCB设计时不在点胶位置设置假 焊盘或走线，对standoff较大的元 件，可能造成掉件
产品一旦选用了某物料，其质量、成本、可采购性基本上都已确定，后期物料 选型影响重大。确定物料的规格，识别不同厂家的物料优劣，认证物料厂家， 监控物料厂家的质量波动 • 通过正确合理的设计方法保证物料应用可靠性与产品综合性能可靠性 合理优良的产品原理、结构、各种性能指标设计及可制造性设计 可靠性设计指标： ①用有效的散热方法使稳升降到最低。 ②尽可能少使用高敏感性元件。 ③使用可靠度高或有质量保证的元件。 ④指定采用屏蔽性好或内嵌的测试方法。 ⑤用最少的元件设计出最简单的电路。 ⑥在元件级采用余技术。
SMT贴片工艺
基板送入
坏板维修
基板定位 拾取元件
元件供料
元件定位 贴片机基本结构：
贴片 ·基板处理系统、传送基板、基板定
位 ·贴片头、真空拾/放元件
送板 ·供料系统
·元件对中系统
SMT回流焊接工艺
回流焊接技术要点：
·找出最佳的温度曲线 — 一个好的回流曲线应该是对所要焊
接的PCB板上的各种表面贴装元件都 能够达到良好的焊接，且焊点不仅具 有良好的外观品质而且有良好的内在 品质的温度曲线。
也弥补不了设计缺陷，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。
• DFM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。它 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。 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。
目录
• 电子产品的工艺设计概述 • 电子产品的工艺过程 • PCB布局、布线设计 • 影响SMT焊接质量的主要问题点 • 电子工艺技术平台建立
第一章 电子产品工艺设计概述
1.1 可制造性设计（DFM）概念 · 可靠性高的产品设计 · 可靠性高的元器件与零配件 · 优良的工艺设计与工艺技术
品质与可制造性来自设计
优良的成品品质
良好的原理结构设计 —与工艺能力良好的配
合
优良的元器件品质
优良的工艺管制 —重复性、稳定性
良好的品质管理理念、全面的品质 管理知识、有效的品质管理系统和
制度
电子产品质量与可靠性工程来自于
• 通过优良的物料选型与高质量与可靠性的物料采购来保证构成产品的物料 的基本质量与可靠性
第2章 电子产品工艺过程
SMT的工艺生产线 锡膏印刷工艺
常用SMT组装工艺中的第一个，也是最难 控制的一个工艺程序
常用的பைடு நூலகம்装方式
双面SMT+THT
PCB板生产 高速贴片 锡膏印刷 炉前目检 插件检测 焊接检验
来料检验 回流焊接 AOI检测 回流焊接 装夹具 手动焊接
自动上板 炉后目检 高速贴片 AOI检测 波峰焊接 ICT测试
不同的产品有不同的考虑重点
优良制造性的标准
产品的可制造性 ·高的生产效率 ·产品的高稳定性 ·生产线可接受的缺陷率 产品的高可靠性 ·适应不同环境的变化 ·产品维持一定的使用周期
THT与SMT工艺
THT技术
·需在PCB上打孔 ·通过波峰焊接工艺
SMT技术
·采用回流焊接工艺 ·元件直接焊接在PCB表面 ·不须在PCB上打孔
• 优良合理的工艺设计，批量性，重复性，稳定性，可操作性设计
电子产品发展趋势
• 功能—越来越小 • 价格—越来越低 • 外形—越来越小
元件与尺寸越来越小！ 组装密度越来越高！ 制造对设计的依赖越来越强！
技术整合的必要性
产品的品质问题是多方面因素复合作
用的结果
立碑的成因：
·韩盘设计 -----焊盘长和宽 ·SMD尺寸-----SMD尺寸 ·散热面积-----PCB散热不均匀 ·锡膏的使用-----锡膏印刷不良 ·锡膏的品质-----锡膏的品质 ·可焊性-----焊接面氧化 ·贴片精度-----贴片偏位 ·回流焊的温度设置-----回流曲线
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，并把制造系统用于产品设 计中以便将整个制造系统融合在一起进行总体优 化。
FDM设计的重要性
35
30
25
20
15
优良的DFM
缺陷性DFM
10
5
0 OK的DFM
装配费用 测试费用 维修费用
NG的DFM
• 设计缺陷流到后工序，其解决费用会成百倍的增加，再好的工艺流程和设备
·温度曲线处于良好的受控状态
回流焊接温度曲线分为：预热区、恒 温区、升温区、焊接区、冷却区 预热区：时间100～240S，温度145度 恒温区：时间60～120S，温度175度 焊接区：时间60～90S，温度235～245度 最大升温斜率小于2.5度/秒 最大降温斜率小于2.5度/秒
所谓技术整合，即综合运用相关知识，通过选择、提炼产品设计与制造技术， 进而将这些设计与技术整合成为合理的产品制造方案与有效的制造流程的系统 化过程与方法。技术整合是过程、是方法。技术整合使技术创新，走向大规模
制造。
产品设计要素
• DFV—价格设计(design for Value) • DFR—可靠性设计(Design for Reliability) • DFM—可制造性设计(Design for Manufacturability) • DFA—可装配性设计(Design for Assembly) • DFT—可测试性设计(Design for Testability) • DFS—可维护性设计(Design for Servicability)
锡膏印刷 自动翻版 泛用贴片 自动或手动插件 取夹具 功能测试
锡膏涂布方法
印刷工艺
注射工艺
印刷工艺是主流，点胶不适合批量生产
锡膏印刷工艺
刮刀
锡膏
钢网
SMT点胶工艺
点胶工艺的用途
· 波峰焊的SMD器件 ·双面回流焊的大重量
点胶工艺对PCB的要求
·若PCB设计时不在点胶位置设置假 焊盘或走线，对standoff较大的元 件，可能造成掉件
产品一旦选用了某物料，其质量、成本、可采购性基本上都已确定，后期物料 选型影响重大。确定物料的规格，识别不同厂家的物料优劣，认证物料厂家， 监控物料厂家的质量波动 • 通过正确合理的设计方法保证物料应用可靠性与产品综合性能可靠性 合理优良的产品原理、结构、各种性能指标设计及可制造性设计 可靠性设计指标： ①用有效的散热方法使稳升降到最低。 ②尽可能少使用高敏感性元件。 ③使用可靠度高或有质量保证的元件。 ④指定采用屏蔽性好或内嵌的测试方法。 ⑤用最少的元件设计出最简单的电路。 ⑥在元件级采用余技术。
SMT贴片工艺
基板送入
坏板维修
基板定位 拾取元件
元件供料
元件定位 贴片机基本结构：
贴片 ·基板处理系统、传送基板、基板定
位 ·贴片头、真空拾/放元件
送板 ·供料系统
·元件对中系统
SMT回流焊接工艺
回流焊接技术要点：
·找出最佳的温度曲线 — 一个好的回流曲线应该是对所要焊
接的PCB板上的各种表面贴装元件都 能够达到良好的焊接，且焊点不仅具 有良好的外观品质而且有良好的内在 品质的温度曲线。
也弥补不了设计缺陷，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。
• DFM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。它 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。 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。