PCB板的制造和装配设计概述

最终产品成本的高达80％取决于其设计方式（其余部分通常由管理费和资本成本支付）。当然，在设计时降低产品成本对于生产成功且具有成本竞争力的最终产品至关重要。制造和装配设计是检查产品组件和装配成本的正式方法，旨在降低成本，然后再开始实际生产。本文将首先对装配概念的制造和设计进行一般性讨论，然后将在随后的条目中详细讨论，讨论有关制造和装配设计的PCB设计的细节。最后，最后一篇文章将结束本系列讨论最常见的PCB设计问题。

在不断描述之前，有必要讨论“制造设计”这个术语是怎样的在更一般的术语和更具体地讨论PCB制造时使用。 用于组装的制造和设计的设计在一般意义上可以指原型或概念设计的简化和优化，以准备其制造。当这些术语用于讨论PCB时，它们通常意味着更直接地检查潜在的制造问题。本系列的第一个条目将使用前一个定义，因为我们在广义上讨论概念，第二个和第三个将使用后一个定义，因为我们将重点转移到PCB制造和装配。

制造和装配设计概述

一般来说，讨论制造和装配设计的目的是确定如何设计可以制造的产品并以最具成本效益的方式组装。制造设计（DFM）涉及降低总体生产成本，更明显的是，装配设计（DFA）涉及减少材料投入，资本间接成本和减少劳动力。两者都注重标准的应用，以降低生产成本，同时也寻求缩短产品开发周期。两种方法的组合通常也称为制造和组装设计（DFMA）。后面的部分将讨论两种类型的分析，因为它们密切相关，并且这两个术语经常互换使用。

一般规则制造和装配的PCB设计符合

首次创建概念设计后，DFMA分析开始。概念设计可能涉及创建原型或开发新版本的产品。在创建概念设计之后，可以通过DFMA分析来检查该设计的物料清单（BOM）。 DFMA坚持的规则如下所示：

•最大限度地减少设计中的零件数量

减少PCB设计中的元件数量是一项直接的目标，具有明显的优势。它会降低设计成本和装配的复杂性，虽然不是很明显，但它有很大的好处。例如，当拾取和放置机器用于填充PCB组件时，它们仅限于它们可以在单次通过中支持的组件数量。注意拾取和放置机器在组装电路板时使用的部件数量可导致不明显的成本降低。例如，如果设计需要20K的电阻器，并且设计中已经使用了10K的电阻器，那么使用两个串联的10K电阻器实际上可能更便宜，这样可以减少拾取和放置机器的次数。同样，寻找能够将您的部分设计整合到单个IC中的标准集成电路可以加快装配时间并将部分测试要求转移到IC制造商。因此，注意PCB元件数量和类型可能是降低整体PCB生产成本的最重要步骤。总之，如果最终设计不需要零件，则消除它将降低BOM成本，降低采购成本，处理时间，测试时间和装配人工输入。

•开发模块化设计

如果可以在多种不同产品中使用这些模块，请考虑将PCB设计拆分为功能模块。增加从制造商订购的特定模块的数量可以大大降低该模块的每单位成本。另外值得注意的是，使用模块可以通过简化测试过程来降低测试已完成组件的成本和复杂性。较小的系统本身比较大的系统更容易测试和修复。显然，您可以从模块化设计应用程序中获得的成本效益必须与使用多个模块相关的增加的互连成本进行权衡。模块化设计功能的其他优点包括易于设计更新，跨多个产品的子系统标准化以及产品子系统设计故障的简单故障排除。

•努力使用标准组件

使用标准组件可以大大减少设计开发时间和成本。毫无疑问，指定复杂的自定义解决方案将大大增加任何产品的前期成本，并可能使设计不可行。使用更常见的组件还可以简化产品的供应链并减轻组件供应问题。更喜欢标准组件的另一个好处在于，在用于PCB设计之前，他们的足迹更容易验证。

•更多地依赖于多功能组件

只要电气元件在设计中有多种用途，PCB设计人员就应该利用它。例如，使用也可以在设计中用作散热器的外壳可以显着节省设计成本。两用器件的另一个例子是使用支座作为通过PCB上连接的安装孔从PCB到PCB外壳的接地连接。

•多种产品中使用的设计模块

在一系列产品中使用标准零件可降低处理成本并实现大批量采购成本。这个概念也可以扩展到产品模块。如果一个模块可以用于多个产品，更高的产量可以降低所述模块的成本，并最终降低成品成本。

•设计易于制造

选择在制造过程中需要较少处理的PCB材料可以大大简化产品制造。避免操作（例如必须使用合适的外壳材料涂漆外壳）可以消除整个制造步骤并降低产品成本。此外，确保设计组件不会产生过大的公差，可以消除组装过程中耗时且昂贵的零件返工。

•如果可能的话，减少并避免使用紧固件

当要组装PCB时，与所有产品一样，它的成本更高使用紧固件安装组件，而不是使用压配合式安装技术。要利用这一点，请尝试减少装配中紧固件的使用。一种方法是使用表面贴装版本的电源IC，并将散热集成到电路板的设计中。例如，从使用外部散热器的TO-220版本的IC切换到使用PCB作为集成散热器的D2PAK版本，可以在最终设计中节省大量资金。

•最小化装配方向

如果可能，应从装配的同一侧开始沿一个轴安装所有零件。这通常被称为“自上而下”组件，其中所有组件从顶部安装到最终组件。使用这种单面装配工艺可节省在装配过程中转动和旋转产品所需的时间。因此，与所有设计决策一样，PCB设计工程师必须权衡是否更好地生产具有放置在电路板两侧的元件的较小PCB而不是设计更大的PCB，其中元件仅放置在电路板的一侧（ PCBCart具有处理单面PCB组装和双面组装的能力。

•最大化元件布局验收

工程师应设计PCB，以便减少元件安装误差。这可以通过使用具有更高尺寸公差（更高的引脚间距）或避免诸如墓碑石之类的问题的组件来实现。使用设计具有高水平放置公差的零件可以大大降低组件的故障率。另外，使用刚性且可预测尺寸的基础结构还可以提高正确放置组件的速率。此外，机器视觉类型反馈系统和其他形式的反馈使得放置自动化过程能够大大提高产量。

•最大限度地减少PCB组装期间的重新定位和处理

在装配过程中重新定位PCB的任何时候都会增加在PCB上组装元件所需的时间。很容易理解，只要PCB的两侧和元件安装在PCB的正面和背面，就会发生重新定位。如果可能，请在电路板的单面使用所有表面贴装元件。仅使用表面贴装器件会将组装过程的焊接部分限制在单个回流步骤，而包含通孔元件可能需要额外的波峰焊接步骤或手动焊接。

用于制造和组装的PCB设计的优势

•更少的零件需要处理

•可以降低物料清单成本。

•处理成本可以在一定程度上减少。

•人工和能源投入可以

•可缩短整体制造时间，从而大大提高制造效率。

•复杂性越低，可靠性越高。

•产品可以更具竞争力。

•将获得更高的利润。