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考虑PCB组装成本和设计约束

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作者Cadence PCB解决方案

关键的外卖

  • 不同的设计约束会影响PCB组装的成本

  • DfX工艺如何影响PCB组装

  • 关于降低装配成本的建议

正在修理的巨型飞机正在进行诊断

想象力和环境激发创新和发明。虽然这个简单的说法是正确的，但创新和发明可能并不总是有现实的结果。

霍华德·休斯(Howard Hughes)发明的巨型H-4“大力神”(Hercules)飞机就是想象力和环境的一个例子。作为一名天才的工程师，休斯对快速将坦克和部队运送到战场的需求充满了想象力。没有人考虑过建造一艘40万磅重的木制飞艇，或者使用8个强大的28缸3000马力发动机将飞机提升到空中。

与pcb一样，H-4的设计涉及在制造过程中移动一个概念。H-4“大力神”的故事为我们提供了关于机械尺寸与成本的教训，以及迫切的需求是否能克服成本问题。虽然规模不同，但H-4的制造包括组件放置、导体电缆布线、测试、文件编制和成本考虑。由于成本的考虑，这个庞然大物只有一个原型曾经生产出来。

影响装配成本的约束类型

我们的工作PCB设计团队不过，我们也会考虑董事会的限制。机械尺寸是主要的限制因素。虽然我们需要足够的电路板面积的电路和足够的间距之间的元件，机械尺寸限制还将功能引入约束方程。客户的偏好——无论是在消费、工业还是军事层面——以及较小部件的可用性也将机械尺寸限制推向了新的极限。

PCB生产工艺在机械尺寸和组件选择方面有局限性。这些限制也有影响制造商因为需要确定via的大小。虽然制造商可能希望使用大型过孔，但有些组件可能需要小间距，高密度组件需要使用小过孔。制造商通常喜欢改变尺寸，以保持钻孔过程的完整性。

尽管在生产时间和成本效率方面有许多限制，但设计师仍然可以参与并考虑优化这一过程。指南等为制造而设计，为装配而设计，为制造而设计，或总体上，为卓越而设计，所有这些都有助于工程团队工作流程的健康发展。

为生产力设计:DFM, DFF, DFA和DFX流程

当你继续规划你的董事会时，额外的限制变得显而易见。即使我们能够说服公众，一个大披萨饼大小的可穿戴设备是可以接受的，但尺寸、安装方法和关于布局、组件放置和方向的间隙影响决策等限制因素将我们带回到机械尺寸限制。任何与这些决策有关的问题通常会在卓越设计(DFx)过程中出现。

制造商与设计团队合作，制定DFx流程，包括在设计概念阶段生产高质量产品的方法、指导方针和标准。除了提高质量和生产力，DFx流程还具有减少工程变更订单数量和与部件供应商建立早期合作的目的。

在DFx过程中，与制造设计(DFF)和组装设计(DFA)标准相关的其他过程确保PCB的概念符合物理布局规则，满足制造商的能力，并确保设计满足成本要求．例如，DFA检查如何分层盘旋飞行并且轨迹宽度与设计规则相匹配。为制造而设计鼓励制造商、制造商和设计团队之间的合作，以设计电路板。

所有这些因素都会影响pcb的形状因素以及关于最小和最大尺寸的决定。虽然高功率设计和控制应用可能需要更大的电路板，但其他应用则需要尽可能小的尺寸。DFF和DFA考虑为PCB设计提供最佳表面面积的尺寸。这些设计过程也研究因素，如板廓公差用于小型pcb。

如何降低PCB组装成本?

消除风险可以降低项目成本。在DFx过程中早期参与协作工作可以识别可能的风险，并有助于开发降低风险的场景。就机械尺寸而言，风险涉及几个因素，包括物理完整性、生产步骤数和公差。

夹着微芯片的镊子和烙铁

在组装和制造过程中，任何数量的因素都可能发生变化，这就是为什么信任你的合作伙伴是至关重要的。

在使用单个面板时，制造商对单个PCB有绝对的最大尺寸要求。超过这些最大尺寸要求会增加加工成本和交货时间，并影响上市时间。扩大PCB的表面积也需要额外的支撑以确保物理完整性。对于制造商来说，使用大板也会增加PCB组装项目所需的步骤数。例如，制造商可能会决定一个项目需要更高的成本波峰焊而不是标准回流焊．

由于公差、工具和处理问题，使用极小的电路板可能会导致成本更高。例如，设计团队必须更多地关注隔离层和隔离线。忽视这些风险可能导致生产出有缺陷的PCB。较小的电路板在处理和制造过程中需要额外的小心，以达到允许的公差。制造商可能还需要设计和建造定制夹具，以方便电路板的制造和组装。额外的成本可以通过使用支架来减少PCB在制造和组装过程中的压力。

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