可制造性設計

在設計任何與電子技術相關的新產品時，通常都會遇到一些重大的工程挑戰(zhàn)。一個電路的原型設計通常也需要在盡量短時間內快速完成。

典型的設計挑戰(zhàn)包括：

• 空間限制
• 功率預算和限制
• 所能夠提供的系列功能

在設計完成后，將其轉移到制造過程中會增加更多的復雜性。元器件的生命周期、交貨時間和假冒零件的風險等都給采購團隊帶來了一系列需要解決的問題。

可制造性設計 (DFM) 的概念用于解決整個設計過程中所有潛在的工程和采購挑戰(zhàn)，最重要的是，這些都需要在生產開始之前完成。

本文將重點介紹 DFM 流程應該包括的一些步驟，并提供一些有用的信息和工具來幫助實施。

消除生產和供應鏈挑戰(zhàn)

啟動一個新的設計項目可能會令人興奮。項目的市場營銷規(guī)格能夠提供概念或操作方面的基本要求，但將據(jù)此生成的相關產品規(guī)范變?yōu)楝F(xiàn)實則是工程團隊的責任。他們首先需要審查產品特性和要求，然后開始設計和開發(fā)過程。

從一開始，就會提出許多影響設計的問題，例如：

• 產品的最大尺寸是多少？
• 產品是用戶可以佩戴的東西嗎？例如戴在手腕上產品
• 是否安裝在生產線上？
• 是否需要暴露在不利的環(huán)境條件下？
• 是否需要顯示器？
• 如果由電池供電，一次充電需要維持多長時間？

這些以及更多的工程因素都需要知曉和解決。通常，工程部門分為不同的功能學科，如機械、電子硬件、軟件開發(fā)，以及越來越多的用戶體驗。

除了工程之外，供應鏈、生產和市場營銷等其他重要業(yè)務職能部門也需要密切合作，才能將新產品成功推向市場。此外，工程團隊做出的許多設計決策會產生進一步的影響。例如，設計一款配備一流性能電池的新型可穿戴設備可能對用戶體驗非常有利，但可能會導致留給電路設計的空間太小，這突出表明在各種情況下都需要在所做選擇之間取得平衡。

可制造性設計

可制造性設計策略的目標是要能夠提供一種易于制造的產品，并在流程的早期能夠識別和緩解任何潛在障礙和不可預見的挑戰(zhàn)。DFM 方法成功的關鍵是將產品設計和流程規(guī)劃整合到一個活動中。

重要的是，DFM 策略的范疇涵蓋了所做的每一個設計決策及其影響：

• 材料采購
• 元器件采購
• 生產過程規(guī)劃

通過使用 DFM 策略，公司將建立明確記錄的設計和制造指南，以幫助減少制造新產品的成本和挑戰(zhàn)。

為了取得成功，工程、采購和生產團隊之間的溝通至關重要。通過清晰的溝通，一些潛在隱患能夠在變?yōu)橹卮髥栴}之前得到發(fā)現(xiàn)和解決。例如，從技術角度看，某些特定的半導體器件看起來可能非常理想，但事實證明，其采購卻很困難。再例如，某個無線元器件可能是超薄型，但事實證明卻難以用表面貼裝機器進行可靠的拾取和放置。團隊之間交流是無價之寶。

采購人員的實際 DFM 考慮因素
對于供應鏈專業(yè)人士來說，在開始 DFM 流程時，有很多事情需要與工程和生產團隊考慮和討論，例如：

元器件選擇：工程團隊可能已經提供了要采購的元器件列表，但仍然可以提出一些相關問題，包括：

• 元器件的使用范圍有多廣？您是否已經為其他產品而采購了該組件？如果是這樣，到目前為止您的體驗如何？

• 半導體和IC 通常有不同的封裝類型。是否已經采購了不同封裝中的相同器件？是否可以修改新設計以使用已經購買過的器件封裝？

• 電容器和電阻器等被動元件通常是根據(jù)容差提供，如果采用低成本元件就足夠時，是否必須采用高容差、高成本的元件？此外，電容器具有不同的構建材料，如鉭和陶瓷。工程師指定這些元件是否僅僅因為在進行原型設計時已經有這種元件可用，并沒有考慮購買其他選項？

元器件供貨能力：一條生產線因為缺少元器件而停止運行，可能會導致代價高昂的停機，或更糟的是，導致新產品推出的延遲，進而影響營業(yè)收入，這可能使競爭對手取得優(yōu)勢。

• 需要時常查看物料清單(BOM) ，并與采購和供應鏈合作伙伴一起檢查元器件的交貨期，延誤是否正如預期？供應鏈中斷的潛在風險是什么？

• 務必需要與工程團隊查驗，是否可能有合適的替代元器件，是否更容易獲得。審查在上述部件選擇部分著重強調的參數(shù)。

• 與元器件供應商檢查有關第二貨源的問題，并建立定期檢查制度，以確定未來的短缺、配額順序，以及其它可能擾亂供應鏈的因素。

構建與購買的考慮：這雖然通常是工程團隊的討論話題，但其影響卻非常廣泛和深刻。例如，許多經常使用的電路或功能現(xiàn)在可以作為模塊或片上系統(tǒng)提供，而無需從頭開始設計電路，工程師可以選擇一個現(xiàn)成的模塊，諸如DC/DC轉換器。

雖然分立設計方法能夠使工程師精確地達到所需的參數(shù)指標，但這種方法也有缺點，分立設計需要通過額外的工程和測試，這些都會添加到BOM。而一個模塊則是一個單一的BOM項目，并不會導致一次性工程費用（NRE）。模塊也可能已被制造商進行了空間優(yōu)化，能夠節(jié)省寶貴的PCB面積。在DC/DC轉換器情況下，熱管理也已經在其中設計成型。

符合安全和型式認可（type approval）標準是采用模塊，而不是分立設計方法的另一個好處。例如，DC/DC轉換器模塊已經被認證為符合隔離EMI/EMC標準，同樣，無線模塊也被型式批準為符合國際無線規(guī)范和協(xié)議標準。對于標準認證所需要的時間可以占據(jù)NRE中相當大的部分，所以使用模塊化產品可以幫助加快開發(fā)和測試過程，并簡化BOM。

采購風險：元器件供應中斷并不是需要考慮的唯一風險。

• 假冒元器件可以通過許多途徑進入供應鏈。信譽良好的供應商都會堅持元器件的可追溯性，需要與您的零部件供應商確認，他們提供的每一個元器件都具有可追溯性。

• 重新包裝的元器件也偶爾出現(xiàn)，這構成對設計的巨大風險。重新包裝的元器件可能包含另一個完全不相關的器件，甚至可能會重新印刷有您認為要購買的品牌和型號。從外面看，沒有明顯的跡象顯示所有這些是不正確的，只有經過適當?shù)臏y試和使用 X 光機檢測，才能確定元器件是否重新包裝。

• 符合特定的標準需要提供每個相關元器件或模塊的一套完整文檔，包括證書。這一要求是必需的，特別是對于與安全相關的元器件，諸如醫(yī)療相關的應用。

全球化問題：這個話題有很多因素需要考慮，包括從貿易爭端到環(huán)境災難等方面。

• 地區(qū)性或國家之間貿易爭端往往比較引人注目，但由于當?shù)貏诠栴}導致的設施關閉也同樣具有破壞性。需要定期查看供應商的新聞和網站，檢查是否有任何預警跡象。

• 原材料短缺也可能給元器件供應商帶來風險。例如，許多電子元件生產依賴于稀土礦物的供貨。您的 BOM 上是否確定了所有可能受影響的元器件？

• 可持續(xù)性正在成為不斷增大影響消費者購買行為的因素。您所選擇的元器件供應商和制造商所處的環(huán)境、社會和治理 (ESG) 保證怎么樣？

• 盡管難以預見和計劃，但過去地震、洪水和火災等環(huán)境災害已中斷了許多電子元器件供應鏈。需要檢查您的供應商之前是否遇到過這些問題。
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上述因素只是實施 DFM 戰(zhàn)略的一些基本方面。最重要的是，與內部和外部相關各方保持定期溝通至關重要。無論是在設計階段還是在生產過程中，潛在問題越及早發(fā)現(xiàn)，就有越多的時間來解決。

協(xié)助您實施 DFM 的工具
作為一家領先的元器件分銷商，貿澤電子擁有多個有助于簡化 DFM 任務的在線工具。其中包括貿澤電子的 BOM 工具 Forte，它能夠提供一種免費且方便的方法來管理產品生命周期的完整物料清單。Forte 可為用戶提供許多有助于將風險降至最低的寶貴且省時的功能，例如：

• 可以從幾乎任何格式的電子表格實現(xiàn)靈活的 BOM 導入流程

• 元器件匹配置信度可確保正確選擇零部件

• 設計風險指示有助于避免庫存和過時問題

• 無需離開工具即可輕松添加、修改和刪除零部件

• 在無需更改 BOM 的情況下檢查多個批量下的價格浮動

• 導出、共享和打印 BOM

貿澤電子還為每種元器件提供全面的設計信息，包括 PCB占位面積、符號和 3D CAD 模型。這些重要的產品文件包含電路和機械設計所需的全部信息，從而能夠簡化產品選擇和設計過程。所有文件均可免費下載。如果特定元器件不具備這些信息，用戶可以請求創(chuàng)建這些，從而可以節(jié)省數(shù)天的工程時間。

鑒于本文篇幅所限，這里并未討論諸如最小化處理、易于組裝和簡化制造等話題。然而，我們已經突出強調了可制造性設計的一些關鍵方面，希望這些有助于在您的業(yè)務中成功實施 DFM，從而帶來更大的商業(yè)利益。

作者：貿澤電子Mark Patrick