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预测工程发展史

十一月 17, 2017 | Happy Holden, I-Connect007
预测工程发展史

我曾经向HP集团副总裁抱怨公司的爱德华兹.戴明培训和全面质量管理6西格码培训只是集中在了PCB制造方面时,那还是发生在1983年。我们已经去除了最终的检验,而通过操作工手工完成最终的电测试来保证质量。这项电气测试由我们从戴明培训中学到的方法来控制。

我们的客户已经没有了关于准时交付和拒收的问题,但现在我们的问题是必须把所有的工程力量都放在工艺的前端,检查送来的CAD设计是否具备可制造性,因为PCB设计组没有“质量设计”概念。对于他们来说,他们的客户是电子设计人员和工作计划表。为了满足这个工作计划表的要求,即使他们知道设计仍有问题,他们还是把设计扔给了制造团队。

“因为你知道有问题,我打算把你提升为PCB设计服务经理。”副总裁同意我的看法,所以他这么调侃。“在集成电路中,我们设计实际的芯片,然后根据技术指标和电路制造芯片,然后电气工程师交给我们,我从来都不明白为什么PCB制造团队不能也有类似的已完成好的PCB布局。”

我没有得到想要的答案,但至少他给了我预算,我有了调整设计人员工资的灵活性,我需要招聘组建PCB布局团队,让他们成为PCB制造的组成部分。所以,DFM成为我们设计策略的中心焦点。

可制造性/可组装性设计(DFM/A)就是从HP开始的。HP拿到了Hitachi 和GE的许可证,可以使用Dewhurst 和Boothroyd 可制造性/可组装性设计方法。在经过了大量基准审核HP过去的产品设计,并参观了很多其他大制造公司如迪尔、福特、日立、卡特彼勒、西部电子公司后,才有了Dewhurst和Boothroyd 可制造性/可组装性设计方法。标杆化管理法很清晰地指明,只雇佣最聪明的工程师并给他们配备最好的EDA工具,并不能保证生产出质量上佳的产品。电路可能会是上好的,但是实际产品往住是设计过度,也过于复杂,因此增加了很多不必要的成本和复杂性。

D&B DFM/A方法可与物理设计并行进行,以指明复杂性,并提出如何简化。它也可用于与竞争者的产品对比。D&B DFM/A方法的焦点是“第一次就做对”。这不是设计规则检查法,但它比“最佳案例”更有用,尽管这些只是有用的工具。因此,我得出了DFM或DFX的定义。

CAM软件包括DRC,是在设计完成后发生的步骤。我们找到了EDA供应商Zuken,他们有专门针对信号完整性的“设计顾问”软件,当他们购买Racal-Redac后,得到了这个软件。该软件的一切操作都可在屏幕上显示,它可通过采用数据库中的变量布局走线,并进行实时模拟,然后提供关于信号完整性的反馈。

度量标准是DFX的重要组成部分,D&B创建了一些很有用的度量标准。但是我们必须开发适用于

PCB的度量标准(复杂度指数、密度、连接/平方英寸、布线容量)、PC设计(布局效率、可布线性指数、布线要求、初次通过率),及SMT组装(平均引线/平方英寸)。

我们重点关注制造和组装中的制造性能,并把相关数据反馈回设计和布线中。然后这些数据将会驱动预测工具,向设计人员提出最佳方法的建议及下一步该怎么做。与产品寿命相比,设计时间很短。这些数据必须保留在产品数据管理(PDM)的企业软件中,不要保存在EDA工具中。像D&B方法一样,关键属性是由实际制造性能支持的“预测度量标准及模型”。

因而预测试工程或具有竞争优势的设计(DFCA)成为DFM或DFX的较好定义,因为每个人都在使用术语DFM指代设计规则检查,它是发生在即成事实之后,并不是在之前就进行预测。

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为了支持PCB及组件的预测平台,我们开发了8个流程:

1. DFM手册:一份设计文件,可提供:1)电气性能、物料及连接密度(DEN)、初次合格率(FPY)及PCB复杂度指数(CI)、与相对成本指数(RCI)比较,任何设计的成本;2)不同材料、层数、最终涂层、制造、密度及电气测试和性能(控制阻抗)的成本(RCI)。

2. 面向成本设计——报告卡:使用PCB制造及组装特征报告卡表明RCI,看成本是否有上升或是否有下降。

3. 第一个DFM设计软件工具,1987版:为设计规划建立了莲花数据表

  1. 输入:

i.板特征: 尺寸、层数、布线及孔

  1. 输出:

i.DDI、RCI、FPY 和电气性能

4. 第二个DFM设计软件工具,1990版:为多年以来的生产建立了更复杂的55Excel数据表,不仅指定了线路板和组件的度量标准,而且指定了系统技术指标及更多的性能模型。这就成为了虚拟原型,称之为系统性能分析(SPA)。

a) 输入:

i. 系统输入、IC技术、引线固定技术、封装技术、MCM、PCB技术、系统互连技术、成本模型。

b) 输出:

i. 电气性能、电源和电源密度、串扰和电源噪声及成本。

5. MCC的多芯片设计顾问,1991版:HP构建了自己的MCC软件和模型,这个预测试建模软件后来被拆分出去,成立了SavanSys公司

6. 布线要求与布线容量的权衡

7. HP-LABS Board Construction Advisor—IPDA,1995版:线路板规划工具

8. HP-LABS self-learning Expert System (Explorer), 1996:可实现PCB设计目标的自动搜索解决方案

我相信现今PCB设计师很好地了解了预测工程的重要性。PE不仅仅是适用于制造商。没有预测工程,

你做不到真正的可制造性设计。

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