DFX工具是提高设计质量的抓手

行业的变化和挑战

各企业产品中电子模块设计差异越来越小，企业竞争日益激烈，通过设计经验和制造经验（know-how）这些细分差异壁垒来提高竞争力开始凸显出重要性。比如同类产品谁的设计成本低5个百分点，谁的产品良品率高2个百分点，谁的可靠性高故障率低2个百分点等，这些会成为企业发展的关键。

在快速升级迭代的行业需求背景下，传统的靠试错来创新设计已经越来越局限。以汽车行业为例，传统汽车一款车型的换代周期在3~5年，而到了新能源汽车时代，就像是按下了快进键，一年一改款已是基本操作，甚至部分车型的改款周期小于12个月，产品迭代时间不断被压缩。

行业在快速发展，细分需求在变化，但本质核心没有变。如何创新设计、保障设计质量（一个小小的质量事故可能给企业带来的是巨大的损失）、缩短设计周期（减少改版次数）、降低成本（减少试产次数，提高制造良品率，减低报废率和返修率）依然是不变的话题。

单一的EDA设计画图软件无法满足DFX需求。在使用EDA软件进行PCB设计过程中，会使用DRC（design rule check）进行检查，通常是器件摆放place bound重叠、禁布区、线宽线距、开短路等。EDA中的DRC检查只是基本的设计约束，它的特点是轻巧实时，因此DRC不能用于完成复杂专业的DFM或DFX审查，DRC不具备管理设计经验和工艺经验，一个事实就是研发人员满足了DRC不代表设计出来的产品满足各维度的DFX要求。

采用checklist来打分审核已经不能满足企业发展和形成竞争力。行业部分企业还在使用checklist人工复核的方式，借助看图软件设计人员工艺人员人工查看图纸，在审查表格中对各审查项用“是”或“否”来进行审查评判，很多是凭经验过一下，对参与评审的人员要求高，有时能找出一些明显问题，但更多时候最后是硬着头皮拍脑袋签字，这样的做法现状会导致潜在问题要在试产或量产才能发现，严重的会给后续的产品质量埋下一些隐患。

推行DFX/DFM的意义

DFM可制造性设计，DFX则不局限在M的可制造性，X包含更多面向产品生命周期提出的更多维度的设计诉求。以我们熟知的DFM为例，DFM不是单纯的一项技术，从某种意义上，它更一种产品设计思想，包含在产品设计中；作为一种产品设计的指导理论，DFM是一种指导量产型产品设计的有力的方法论。设计者只有在真正意义上掌握并应用了DFM，设计者才能实现从单纯绘图人员到产品设计工程师的角色跃迁。

同一个问题，在早期设计中解决和在后期制造过程解决，效果一样吗？对这个问题我们每个人的答案都是一样的，即能越早发现越早解决，则投入越小收益越大，尤其是在产品设计阶段就把问题发现和解决掉。“谁投下了最大的阴影”是前辈们留下的经典问题，产品设计虽然占总成本的比例很小，但对产品质量的影响最大。

设计人员不懂制造，搞制造的又不懂设计，这是现实情况，在这种情况下如何设计出好产品，如何一次做对？

设计和制造是产品生命周期中最重要的两个环节，同时设计和制造也是相互独立的两个环节，我们可以想象一下，如果设计和制造成了两座孤岛那会发生什么事情。要避免设计和制造成为孤岛，就需要一座桥梁来打通它们，DFM就是这座桥梁。

DFM让设计师可以运用交叉学科的设计手法来设计产品，DFM可以整合跨部门专家资源在设计阶段可以提前介入。我们有一个实施过的客户说“他们在推行DFM前，很多项目都要经过几次改版才能进入量产，印象最深的一个项目改版了9次才进入量产，而引入DFM后基本都是一版通过”，大量实践证明DFM思想让从设计到制造一次对成为可能。

把以往发生的设计问题、工艺问题、质量问题进行总结，形成可以被用于审查核对的要求。这样的总结随着时间的推移，可以有成百上千的审查要求积累，靠人已经无法满足审查要求，而这正是计算机的优势，把要求转换成条件逻辑判断和专门的算法，也就是DFM审查规则，由计算机对设计数据自动执行审查，它可以不遗漏的完成全面审查分析。DFX是在DFM基础上发展起来的，包含了DFM以及更多维度的综合审查能力。

DFX/DFM软件通过输入PCB设计图和其它相关的辅助数据，使用分析规则自动对设计数据进行分析，产生分析结果，从结果中可以找出需要整改的地方。

DFX/DFM软件在报告不良设计的同时，会提供对应的风险提示和修改建议，让不熟悉该领域的人员也能理解潜在影响和应对方法。

DFX软件的典型应用场景包括且不限于如下：

• 焊盘图形库审查

• 多厂家物料差异带来的兼容性审查

• 元器件选型审查（避免选到禁限用的元器件，安装困难的元器件等）

• 关键信号设计规范审查（SI范畴）

• 电源设计规范审查（PI范畴）

• PCB可制造性审查

• PCB投板资料开短路审查

• BOM元器件尺寸规格校验审查

• PCBA元器件装配和焊接工艺过程审查

• 安规设计规范审查（安规范畴）

• PCBA和结构、多PCBA组装验证审查（DFA范畴）

• ......

DFX/DFM是设计经验和工艺经验的总结应用，意味着企业也可以持续总结进一步完善审查项目。

DFX/DFM协助企业建立数字化资产

设计经验和工艺经验数字化资产

电子硬件设计中关键信号、电源的设计，通过仿真技术一直是有效的验证手段。我们的产品设计专家说“通过仿真验证设计积累设计经验，其目的是为了少仿真或不仿真”。可以将仿真整改的设计经验在设计阶段就使用专业DFX软件来进行审查和规避，比如在PCB绘图设计过程就规避了以往已知的不良或不规范设计，减少仿真后的反复整改次数。

DFX/DFM软件的特点是把行业的设计经验工艺经验整合为可执行的自动化审查规则，随着DFX/DFM软件的发展，它已经积累包含了丰富的审查规则，用户基本只需要根据自身产品特点调整检查指标就可以投入应用，这些审查规则可以解决企业产品设计中的绝大部分问题。

企业还可以把自己积累掌握的设计经验和工艺经验转换添加进去形成补充，这部分可以通过二次开发实现，企业自己有开发能力的可以自己开发，也可以委托软件厂商进行开发，由于这类开发不是单纯的IT开发工作，是比较专业的，相比企业自己投入人力和时间来开发维护，找软件厂商来进行专业开发整体成本会更低，技术效果会更好。

元器件模型数字化资产

“数字化样机”是“数字孪生”的一个细分，电子模块的核心组件形态是PCBA组件，要想建立电子模块的数字化样机，需要有完整的元器件模型，需要一套快速构建出PCBA模型的方法，那么对电子元器件模型的需求和管理就来了。DFM软件经过几十年的发展，国内望友DFM软件厂商早已经具备生成3D PCBA的能力，通过DFM软件可以快速构建出现电子模块的数字化样机。

DFX/DFM协助企业整合专家资源，建立桥梁，实现跨部门协同设计

在行业大家说DFM是一道“桥梁”，“桥梁”的作用就是打通研发和制造，消除信息孤岛和信息差，让多个部门的专家资源参与到产品设计过程。

我们的用户航天某单位的工艺专家说“航天禁限用工艺由主导的工艺专家收集整理编制，设计人员对它的了解就会相对滞后”，那么通过DFM软件工具，一旦工艺专家将禁限用元器件和工艺更新到系统，设计人员设计中出现这样的元器件和设计就会被DFM软件分析发现，这样工艺人员和设计人员通过DFM工具就能消除信息差，实现协同设计。

小结

*【本文源自望友科技技术总监刘久轩在《一步步新技术》杂志公开发表文章《DFX工具是提高设计质量的抓手》】