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质量成本与较高失败成本
录入时间:2019/7/9 11:52:29

Eric Camden的专栏,FORESITE公司

 

根据我在实验室中看到的难以计数的现场故障,我可以谈谈关于质量的问题和如何把测试作为你的产品的卖点。

试想一下,如果你打算从众多的合同制造商(CM)中选购一个新产品,而且如果在两家不同的合同制造商中,所有其他东西都一样,包括价格和交付时间,但其中的一家可以提供更全面的持续质量监控系统,你有什么理由不选择他呢?我知道你通常是愿意为拥有全面质量监控系统的合同制造商支付某种额外费用,这种系统可以提供包括集成电路测试(ICT)或基准测试在内的多种测试。大部份合同制造商会在产品出厂时向你提供产品能够正常工作的某种保证,但是,如果你总认为产品除基本测试之外,还需要做更多的测试来证明它的可靠性,那么,你的现场故障很可能会比较少。

我们在许多合同制造商那里看到一些在PPAP上以一组比较广泛的前期检测形式的测试,这些测试会演变成更有意义的持续监控策略,这些监控策略和原先显示产品在恶劣环境下运行情况的最初的各种测试组合有关。如果你的产品最终出现在汽车中或其他的受到控制的环境里,那就更好了。通常情况下,我们看到的现场故障都是来自一家合同制造商,因此,只要检查一个组件,而不用做其他事情。如果没有特殊的清洁度要求,一般的做法是执行历史上公认的测试,而这些测试根本不符合当前的技术要求。

研究清洁度和它对可靠性的影响的老办法是基于上世纪70年代的组装规程和组装材料,这些方法在那个年代可能很有效,也可能完全无效。由于元件的尺寸在过去40年里不断缩小,而元件的可接受标准并没有按照应有的方式进行调整。出现这种情况的一个原因是从事组装的人的认为“我们一直都是这么做的,改变就意味着有风险,这也是我们按照原来的方法接着这么做的原因。”试想一下,这种心态会带来什么结果?这和小儿麻痹症和肺结核相似,过去有很多人死于小儿麻痹症和肺结核,但是,随着医学的进步和人们接受疫苗接种,这些疾病已经成为历史。

现在,我在这里不是说不洁净的PCBA和结核病一样危险,不过,我的主要观点是,科学的进步使我们能够在采取质量策略方面做出更明智的选择。我看过太多的在组件印刷时没有提出任何清洁度标准或者只有IPC的默认值,而这个默认值是非常模糊的,因为有200多种测试方法,其中只有少数几种测试方法与清洁度有关。“你会得到你想要的东西”这句话浮现在我的脑海中。在印刷工艺中,要求并清晰地记录清洁度需求并定期验证,可以减少和清洁有关的问题,这是非常重要的。

因此,保持与清洁度有关的质量问题好的策略是什么?在实验室里,我们喜欢客户规划中的新产品,用这些产品来测试裸制造、元件,以及使用离子色谱分析的第一轮生产运行。这是首选的方法,也是最简单的方法,可以在产品全面投产之前看出这些样品组中的各个样品的干净程度。IC分析为你提供呈现在每个样品上的离子残留物类型的清晰的照片,而且这些离子中的每一种离子都可以追溯到组装工艺的一个特定环节。

有了这些信息,在必要时,你可以回过头去找供应商,检查他们的工艺,看看工艺中的哪些环节可以优化,减少离子残留物的含量。工艺优化完成后,再进行第二轮测试,看看效果如何,然后再根据第二轮测试的结果进一步优化。由于电镀工艺使用高活性的化学物质,因此元件制造和裸电路板的很多风险是相同的。必须把那些化学物质完全除去,或者把它们有效地中和到足够低的水平,当把元件和裸电路板送到合同制造商的时候,它们不会成为将来某个时刻组件出现故障的根本原因。

因为好的去离子水不便宜,所以许多从事PC制造的小作坊在电镀后没有使用质量最好的去离子水冲洗。高质量的洗涤或冲洗水的表面张力比较低。较低的表面张力能让去离子水渗透到通孔中,并更好地清除工艺残留物。在过去的研究中,我们发现自来水不能渗透到小于8毫升的通孔,而现在经常可以在PCBA中看到这种通孔。我们发现有一家供应商直接使用附近河流的水进行清洗。这是真事。组装中的印刷没有任何清洁度规格的要求,而在电镀完成后也没有正确的清洗指南,让客户最高兴的事情莫过于没有人对此提出质疑,每块电路板又可以因此多节省几个美分。当把这些裸电路板投入实际生产时,会出现大量的故障,而且他们又无法把因此产生的更换的成本推给供应商,因为他们对自己需要的东西的规格没有提出任何要求。

这家公司显然是组装行业中的异类,但是这表明,如果没有适当的规则,任何事情都可能发生。从事PC制造的小作坊的策略应该是愿意为高质量的水系统多付一点钱,这样就可以保持用电阻率至少是10兆欧姆的去离子水进行更有效的清洗和漂洗工艺。如果他们有这样的系统,而且街边小作坊使用的是1兆欧的微弱光源,你基本上就能保证使用比较好的水系统的作坊提供的裸电路板的质量更好。

因为裸电路板是你的最终产品的基础,所以如果你一开始就用质量比较好的裸电路板,最终就会得到质量更高的最终产品。正如前面提到的,元件制造商在去除电镀化学成分方面面临一些相同的问题,因此,把水系统用在这里的建议对元件制造商同样适用。能够用于裸电路板清洁度测试的方法也就这么多,但是为每一个客户建立一套适当的质量系统肯定能让你在竞争上获得优势。

在涉及合同制造商和实际组装工艺时,你可以把更多的测试放进你的整体质量系统中,以获得竞争优势。你可以从使用前面提到的执行测试的供应商开始,这说明你正在使用高质量的零件和电路板。当你使用免清洗助焊剂进行生产时,这一点非常重要,因为没有一个能够帮你弥补供应商之罪的最终清洗工艺。IC分析仍然是确定最终组件上存在的离子残留物确切类型与数量的黄金标准,但是,这种方法也很昂贵,而且在大多数情况下在企业内部进行IC分析也不现实。少数的一些较大型的合同制造商确实有自己的IC分析,而且当IC分析用于工艺鉴定和监控而不是只用在故障分析时,才能真正把他们放到他们自有体系中。

作为组装车间的清洁度策略的一部分,了解组件的整体离子清洁度是很重要的,但是,考察组件上特定位置的清洁度是更重要的事情。原因是在故障发生时整个组件不会失效,但是与某个工艺或某个零件有关的单点出现故障。了解到这一点,你就能够区分各个组装工艺,更好地确定是哪个工艺的问题,并且能够比任何整板分析更快地处理故障。当你在确认组装工艺是否合格并监控组装工艺时,能够区分回流操作和手工焊接操作的波形至关重要。考察每一次焊接操作,把它作为整体质量体系的一部分,你就可以更好地控制清洁度。

在你测试PPAP样品时,我们总是建议在进行IC测试的同时进行某种环境暴露测试,以帮助温度和湿度提高的条件下的性能。做这项额外测试的目的是在于说明,无论你的产品在组装后的残留物水平是什么样的,都不会造成与漏电有关的问题,而且你的产品将具有与之相关的IC等级。在进入全面的生产工艺监控时,IC测试要比168-500小时的环境暴露测试快得多。监控特定位置的清洁度可以通过几种方法实现。在2012年的高性能清洗与涂敷讨论会(High-Performance Cleaningand Coating Conference)上,Collins Aerospace公司的Doug Pauls和我共同发表了一份意见书,详细说明关于进行IC分析的约十几种局部提取的方法。

我曾经说过,这类测试并不便宜,但是当你在把经过证实的好的、干净的工艺的成本和大规模召回的成本放在一起比较时,就会发现,这两者完全不在一个等级。当你在与其他的供应商或合同制造商竞争时,适时拥有更好的质量系统所获得的收益远要超过系统本身的成本。

 

作者简介:Eric CamdenForesite公司的首席研究员。


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