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DFX 被行业称为卓越设计（DFx-Design for Excellence），是design for X的缩写，通常将DFX定义为面向产品生命周期各环节或产品竞争力要素的设计，其中X可以代表产品生命周期或其中某一环节，如测试验证、生产制造、供应发货、安装部署、运行维护、回收报废、退服等，也可以代表产品竞争力或决定产品竞争力的因素，如可靠性、安全性、电磁兼容、成本等。华为能够在过去几年的封锁中突破一万三千多种元器件和三千多种硬件电路板替代，Mate60系列手机实现遥遥领先，包括元器件、电子材料、电路板，以及各种技术组合，这背后体现的是极致系统工程能力。传统的电子硬件设计是"段到段”串行开发的"接力赛”。例如，要开发一款手机，需要先完成功能设计，然后进行功能调试，再考虑可制造性DFM、可测试性DFT、可装配性DFA、可靠性DFR等领域性能优化，往往串行开发过程时间较长，会迭代多轮。通过在硬件开发前期引入并实施DFx系统工程设计思想，让产品开发成为"端到端”各领域同时上场的"足球赛”。本书结合作者在华为20余年的硬件工程开发经验系统整理了产品环境适应性、硬件元器件选型、电子结构设计、热设计、可靠性设计、刚性PCB设计、柔性FPC设计等实践经验，总结出DFX设计指南 916项条款。本书最后结合最新DFX工具参考电子硬件典型案例实战演练，对埃隆.马斯克的基于第一性原理的系统工程设计，及硬件工程设计"三高”（高密、高速、高可靠）极限做了介绍。

目    录
第1篇　DFX是什么	1
1.1　科学、技术与工程的定义	1
1.2　DFX系统工程演进	1
1.3　DFX的意义	3
1.4　DFX与设计流程再造	3
第2篇　产品环境适应性系统工程	6
2.1　总则	6
2.1.1　湿度影响及要求	6
2.1.2　温度的影响及要求	6
2.1.3　沙尘的影响及要求	7
2.1.4　静电的影响及要求	7
2.1.5　海拔高度的影响要求	7
2.2　运输	8
2.2.1　结构设计要求	8
2.2.2　运输环境温度要求	10
2.2.3　防静电要求	10
2.3　存储	10
2.3.1　存储的结构设计	10
2.3.2　存储环境	10
2.3.3　温度影响	10
2.3.4　有害气体（物质）的影响	10
2.3.5　设备运行环境	11
2.3.6　运行环境中振动、冲击的影响	11
2.3.7　温度、湿度的影响	11
2.3.8　长期高温的影响	11
2.3.9　长期低温的影响	12
2.3.10　温度循环的影响	12
2.3.11　湿度的影响	13
2.4　腐蚀的影响及要求	13
2.4.1　PCB腐蚀及防止措施	13
2.4.2　器件的腐蚀及防止措施	14
2.4.3　摩擦侵蚀及防止措施	15
2.4.4　防止腐蚀设计的其他要求	16
第3篇　电子硬件DFX总体设计指南	17
3.1　可靠性设计	17
3.2　故障管理设计	19
3.3　可维护性设计	19
3.4　EMC设计要点	20
3.5　安规设计要点	21
3.6　环境适应性设计	22
3.7　防护设计	22
3.8　可测试性设计	23
3.9　热设计及温度监控	23
3.10　工程总体设计	24
3.11　器件工程需求分析	25
3.12　电路信号完整性分析	27
3.13　结构设计要求	28
第4篇　电子硬件可靠性设计指南	29
4.1　温湿度适应性设计	29
4.1.1　结构设计要求	29
4.1.2　器件及材料应用要求	29
4.1.3　PCBA工艺设计	31
4.2　低气压适应性设计	33
4.3　三防适应性设计	33
4.3.1　结构设计要求	33
4.3.2　材料及器件应用要求	35
4.3.3　PCBA工艺设计	36
4.4　防机械振动、冲击设计	37
4.4.1　结构设计要求	37
4.4.2　器件应用要求	37
4.4.3　PCBA工艺设计	39
4.5　防碰撞设计	40
4.5.1　结构设计要求	40
4.5.2　PCBA工艺设计	41
4.6　ESD防护设计	42
4.6.1　结构设计要求	43
4.6.2　器件应用要求	43
4.6.3　PCB工艺设计要求	43
第5篇　电子结构设计指南	45
5.1　结构件可靠性设计要求	45
5.1.1　机械固定	45
5.1.2　冲击与振动	45
5.1.3　污染与腐蚀	46
5.2　PCB组件工艺结构设计	46
5.2.1　拉手条	46
5.2.2　扣板	48
5.2.3　加强板与加强筋	49
5.3　背板工艺结构设计	50
5.3.1　布局	50
5.3.2　导向	51
5.3.3　防误插	52
5.3.4　中间背板	52
5.4　插框工艺结构设计	53
5.5　盒体工艺结构设计	54
5.5.1　盒式产品	54
5.5.2　组合与模块	54
5.6　钣金结构件设计	55
5.6.1　冲裁	55
5.6.2　折弯	56
5.6.3　成形	59
第6篇　电子硬件热设计指南	62
6.1　整机热设计指南	62
6.1.1　热设计基本知识	62
6.1.2　整机热设计基本原则	62
6.1.3　材料热膨胀匹配考虑点	63
6.1.4　器件的热设计考虑	63
6.1.5　PCB设计阶段的热设计原则	64
6.1.6　散热器设计要求	64
6.2　板级热设计基本原则	66
6.3　PCB热设计优选方式	66
6.4　PCB热设计输入条件	68
6.5　PCB热设计与系统散热方式	68
6.6　器件选型及其应用	69
6.7　PCB基材	71
6.8　PCB设计	71
6.8.1　器件布局	71
6.8.2　PCB布线及散热过孔设计	72
6.9　散热器组装及导热介质选用要求	73
6.9.1　散热器组装	73
6.9.2　SMT组装工艺	74
6.9.3　导热介质选用要求	74
6.9.4　返修要求	75
第7篇　电子元器件选型要求	76
7.1　器件选择总原则	76
7.2　器件通用要求	77
7.2.1　器件引脚材料	77
7.2.2　器件引脚或端子表面涂层	77
7.2.3　器件封装材料	78
7.2.4　器件的耐温性与承受温度应力	79
7.2.5　静电敏感器件与潮湿敏感器件	79
7.3　分类器件的特殊要求	79
7.3.1　电阻	80
7.3.2　电容	81
7.3.3　半导体器件	81
7.3.4　光电类器件	82
7.3.5　射频类器件	82
7.3.6　其他器件	82
7.4　器件选型要求	83
7.4.1　可焊性要求	83
7.4.2　电子元器件潮湿敏感要求	84
7.4.3　电子元器件静电敏感要求	84
7.4.4　存储条件和存储期限	85
7.4.5　器件耐受机械应力与应变测试要求	85
7.4.6　器件耐受高温的要求	86
7.4.7　非优选插座器件要求	86
7.4.8　器件封装、外观等要求	86
7.4.9　器件在表贴工艺中的应用要求	87
7.4.10　锡膏印刷工艺对器件的要求	88
7.4.11　回流焊接工艺对器件的要求	92
7.4.12　THT工艺器件工艺要求	94
7.4.13　插件前对THT器件的要求	95
7.4.14　插装对THT器件的要求	95
7.4.15　常规波峰焊接对THT器件的要求	96
7.4.16　压接对器件的要求	97
7.4.17　涂覆对器件选型要求	105
7.4.18　返工、修理对器件选型要求	106
第8篇　器件PCB封装库设计指南	108
8.1　总体要求	108
8.1.1　面阵列封装器件焊盘设计	108
8.1.2　有引脚封装器件焊盘设计	108
8.1.3　无引脚封装器件焊盘设计	108
8.1.4　通孔器件焊盘设计	108
8.2　封装焊盘设计通则	109
8.2.1　封装设计基本要求	109
8.2.2　出线和过孔	110
8.2.3　焊盘公差计算要求	111
8.2.4　PCB封装库设计的密度等级	111
第9篇　刚性PCB设计指南	114
9.1　基于可靠性的PCB材选择	114
9.1.1　潮湿	114
9.1.2　热膨胀系数CTE	114
9.1.3　玻璃化转化温度	114
9.2　PCB设计	115
9.2.1　PCB布局设计要求	115
9.2.2　PCB走线设计	120
9.2.3　线宽、线距及走线安全性要求	121
9.2.4　出线方式	122
9.2.5　PCB孔设计	123
9.2.6　PCB半孔板设计	124
9.2.7　PCB的阻焊设计	129
9.3　PCB热设计	129
9.4　PCB结构设计	130
9.5　PCB的表面处理	131
9.5.1　热风整平	131
9.5.2　化学镍金	131
9.5.3　有机可焊性保护层	131
9.5.4　选择性电镀金	131
9.6　PCB制作要求	132
9.6.1　PCB过孔	132
9.6.2　PCB阻焊	132
9.6.3　PCB表面处理	133
9.6.4　PCB枝晶、CAF及其他可靠性难点	133
第10篇　FPC设计指南	134
10.1　FPC尺寸设计总则	134
10.1.1　FPC尺寸范围	134
10.1.2　FPC外形要求	134
10.1.3　FPC弯曲半径要求	134
10.1.4　FPC板材利用率	135
10.2　FPC叠层设计指南	136
10.2.1　材料对设计的要求	136
10.2.2　叠法设计要求	136
10.3　孔设计	137
10.4　走线设计	138
10.5　焊盘设计	138
10.6　阻焊设计	139
第11篇　PCBA组装过程	141
11.1　组装焊接	141
11.1.1　器件对组装焊接的热要求	141
11.1.2　PCB对组装焊接的热要求	142
11.1.3　组件对组装焊接的热要求	142
11.1.4　特殊器件的焊接要求	143
11.1.5　波峰焊接	143
11.1.6　返修	143
11.2　来料	145
11.3　印锡	145
11.4　涂覆	146
11.5　操作	146
11.6　成型	147
11.7　清洗	148
11.8　质量控制	149
第12篇　电子材料选用	150
12.1　焊料的使用原则	150
12.2　助焊剂的使用原则	150
12.3　清洗剂的使用原则	150
12.4　涂覆工艺的使用原则	151
第13篇　电子产品可靠性试验与筛选	153
13.1　可靠性试验	153
13.1.1　过孔可靠性试验	153
13.1.2　焊点可靠性试验	153
13.2　筛选试验	154
13.2.1　老化	154
13.2.2　ESS	155
13.2.3　高加速寿命试验（HALT）和高加速应力筛选（HASS）	155
13.3　环境应力筛选方案设计	156
13.3.1　设计原则	156
13.3.2　设计依据	156
13.3.3　试验剖面的确定	160
13.3.4　无故障筛选	163
第14篇　DFX工具实战演练	164
14.1　系统登录	164
14.2　DFX Station安装	165
14.2.1　适用范围	165
14.2.2　配置要求	165
14.2.3　系统登录	166
14.2.4　DFX Station安装	166
14.3　任务目标	171
14.4　数据要求	171
14.5　提交DFX任务	172
14.5.1　进入页面	172
14.5.2　上传数据	172
14.6　填写PCB信息	174
14.7　选择规则集和检查对象	174
14.8　提交任务	175
14.9　导出报告	175
14.10　查看工程	176
14.11　DFX规则集说明	178
14.12　DFX规则类说明	180
14.13　DFX工具典型案例	182
14.14　DFX工程设计助力电子行业高质量发展	185
第15篇　案例：挑战硬件工程三高极限	188
15.1　新员工成长实践	188
15.2　高密用户板：DFX工程打造高质量低成本“印钞机”	190
15.3　高复杂线卡：挑战PCB“三高”硬件工程极限	190
15.4　数字化PCB：探索工业大数据AI，走向智能	191
附录A　术语和定义	192
附录B　机械冲击的实验条件	194
附录C　机械振动的实验条件	195
附录D　空气污染等级	196
附录E　可以承受回流工艺的常用材料	198
附录F　电子装联设备对器件尺寸的限制要求	199
附录G　不同潮湿敏感等级器件拆封后烘烤要求	200
附录H　压接设备的基本性能参数	202
附录I　??高碳钢、低碳钢对应的常用材料牌号列表	203

前    言
自2000年初，我便加入了华为，我当时在深圳石岩湖温泉度假村对新员工进行了入职培训，培训的主要内容是IPD（集成产品开发），这次培训在我心中播下了一颗研发并行设计的种子。进入研发部门工作后公司开始试点推广IPD，我被分配到数通产品线，与硬件开发人员一起开展产品的DFX工程设计。同时，部门聘请行业的资深顾问开展DFM、DFR等方面的培训。可以说，我是在国内最早接触IPD理念，并在电子产品上实施DFX工程设计的第一批专业人士，到了2020年初，我转型成为华为的顾问，此时有时间沉下心来将以往的工程设计经验总结并提炼成书。
DFX是Design for X的缩写，是一种面向产品生命周期的设计方法论，其中X代表产品生命周期中的任何一个环节，如制造、装配、测试、服务、可靠性、采购等。DFX?的目标是确保在产品设计阶段就考虑产品整个生命周期的需求和限制，以提高产品的可制造性、可装配性、可测试性、可服务性等，最终实现产品的高质量、低成本、快速上市等目标。在华为推行DFX前，很多项目都要经过多次改版才能进入量产，某个产品硬件的高复杂电路板改版了13次才进入量产，而推行DFX后各产品在2006年就实现了产品线硬件开发一版成功。DFX?的核心在于跨部门协作，要求研发、设计、生产、采购、服务等多个部门在产品开发过程中并行工作，共同考虑和解决产品在不同生命周期阶段可能遇到的问题。DFX有助于减少设计后期的修改，缩短产品开发周期，降低成本，并提高产品的市场竞争力。DFX是构建质量和成本优势的重要实践。苹果、华为、海尔、特斯拉等公司均采用DFX提高产品品质，降低成本，提高效率。
在华为工作的20多年中，我担任过数通产品开发工程师、硬件系统工程师、网络产品工程TMG主任，主持过高复杂板级工程的重大技术项目，并拥有多项发明专利。2015年，我担任公司级数字化变革项目特性组组长，并构建了通信电子工业互联网样板线。我是IPC（国际电子工业联接协会）专家组成员，主导开发完成了CFX（互联工厂数据交换）标准，积累了丰富的产品硬件工程开发经验和研发管理体系落地经验。
通信产品DFX工程设计的推进离不开运营商的直接推动。例如，运营商应在标书中明确提出可用度达到99.999%的要求，提出服务寿命、重要模块冗余、双归属、异地容灾、设备重启时间、软件升级时间等要求，按照早期、中期、长期返还率，以及特殊运行环境等需求，提出能耗监测、HVDC高压直流供电、未用端口关断、风扇调速、碳足迹报告、产品使用能效、产品可循环设计等要求，并提出预防性维护等可服务性要求。运营商应对流程中的DFX活动、交付产品、产品质量标准提出明确要求。
本书基于我在华为20余年的DFX工程设计实践，基于实战案例，图文并茂地进行讲解，注重读者综合能力的培养，理论与实践相结合，由浅入深，从易到难，按照IPD流程化思路系统分析电子硬件DFX各专业领域，包括产品环境适应性系统工程、硬件器件选型、电子结构设计、热设计、可靠性设计、刚性PCB设计、柔性FPC设计、电子产品可靠性实验与筛选、DFX工具实战演练等。
本书适合电子硬件技术人员参考，也可作为电子信息工程、机械电子一体化、电气工程、自动化、电子装联、电子材料等专业的教学参考用书。若条件允许，可以开设DFX工具实操课程，以缩小书本知识和工程应用实践的差距，我曾在西安电子科技大学开设了此类工程实践课程，获得了机电工程学院师生的一致好评。为推动电子产品硬件工程技术的进步，在电子制造产业联盟的组织下，自2021年起上海望友信息科技有限公司连续四年举办了“望友杯”全国电子制造行业PCBA设计大赛。本书详细讲述了DFX工具实战演练，此工具以望友DFX设计执行系统为产品原型。望友秉承“让设计＆制造好产品成为常态”的企业愿景，深挖行业痛点，为企业、院校、科研院所及相关机构提供包含自身产品架构和技术内涵在内的全面支持，始终专注于为工业软件发展与革新贡献力量。
由于电子科技发展日新月异，作者水平有限，书中难免存在纰漏，敬请读者批评指正。为了解决读者在阅读过程中的疑问，欢迎各位读者通过电子邮件（2488318084@qq.com）、微信（hcg_001）等方式实时与我互动交流。

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