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你更希望在自己的产品里出现的缺陷是短路还是开路?
录入时间:2020/1/7 11:54:23

SMT Solver专栏作者:Ray PrasadRAY PRASAD顾问集团公司

在上一期专栏文章中,我讨论了针对关于缺陷等级的现实目标。我曾提到,而且要再次强调的是,在回流之后马上达到产品零缺陷是不现实的,但我要求交付给用户的产品是零缺陷的。这就是为什么我们会在检查、测试和维修上花这么多时间和金钱的原因,哪怕这些工作本身不会增加产品的价值,但他们是必不可少的环节,因为您不希望用户发现这些缺陷。

关于在本专栏里提出的问题,你更喜欢在自己的产品里出现的缺陷是短路还是开路?我希望两者都不要出现。但如果必须做出选择,可以的话,我会选择更可取的缺陷。但是哪种缺陷是更可取的呢?无法躲过检查和测试的缺陷,在产品交付到用户手中之前就会被发现。在回答这个问题之前,让我简要地回顾一下关于缺陷的行业标准和在产品中起到关键作用的主要缺陷类型。

行业标准与主要的缺陷类型

在电子行业中主要的标准有三种:IPC、EIA和J-STD。每一种标准都有各自不同的关注点、推论和目标受众。多年来,我们深入地参与各种标准的制定工作,主持了其中许多标准的制定工作,甚至还主持了其中的许多其他工作,让我们把这一主题留到后续的专栏文章中讨论。现在,我关注的是两个涉及缺陷的可接受性标准。

IPC-610是密集的IPC标准,用彩色照片和非常少量的文字详细说明所有类型缺陷的验收标准,得到广泛的采纳与应用。这个标准主要针对在SMT生产线上工作的检查员和操作员,通俗易懂和遵循起来也很容易。

针对电子产品组装件的缺陷验收标准的主要标准是J-STD-001。IPC-610提供在J-STD-001中建立的验收要求的可视化表达。这一标准(J-STD-001)只有非常少的几张照片,以及质量和工艺工程师才看得懂的满篇文本和表格。

如果你仔细阅读这些标准,就会发现有数百种不同类型的缺陷。这些标准有为期一周的课程和认证计划。不过,如果你在认真思考之后,就会发现其实只有两种类型的缺陷会对电子产品组件产生影响:一种是在相邻引脚之间出现短路或者桥接,一种是两个相邻引脚之间出现开路。因为这些测试无法检测出其他类型的缺陷,所以包括电路内测试(ICT)和功能性测试在内的所有测试方法都只能用来寻找短路和开路缺陷,而且他们不会影响电路板的功能。不言而喻,我们可以简化IPC-610和J-STD-001,而不用担心会有什么问题。

表1、QFP缺陷水平与间距的关系。

你关注的是哪些缺陷?

正如我在前面提到的,ICT和功能性测试只能找出开路和短路缺陷;他们无法找出其他类型的缺陷,因为他们根本就找不到。如果你看到的缺陷不属于开路或短路,你就可放心地把他们归到“其他”类中。“其他”类的例子是焊料不足、立碑效应、吊桥效应和部件移动等。

桥接是最客观的缺陷类型。如果你把桥接指示出来,没有人会提出异议。与此同时,特别是隐蔽的开路,由于他们很有可能在针床测试(bed of nail testing)或ICT的测试过程因为所施加的压力的缘故形成间歇性连接,所以他们甚至可以很轻松地躲过ICT和功能性测试。

还有一种开路缺陷被称为焊料不足的焊点。很多人不同意我把焊料不足的焊点归入开路焊点,但我们都认为焊料不足的焊点今天不是完全开路的焊点,但明天或者几个月以后他们很可能变成开路焊点。因此,我们不妨把它称为开路焊点。与桥接不同的是,焊料不足的焊点可能是你能发现的最主观的缺陷。对于焊料不足的焊点,两个训练有素的检查员的观点有可能是完全相反的。为了安全起见,你不妨把它视为开路焊点。

行业的调查结果:哪种缺陷更常见?

在我上一期专栏中引用了StigOresjo[1]的论文和表1,其指出缺陷水平取决于欧翼式设备的间距

从表1中可以显明看出降低间距会造成更高的缺陷水平,因为降低间距会提高搬运、印刷、贴装和焊接这类制造工艺的复杂度。

Oresjo在同一篇论文也分析了所有元件的缺陷类型:

l 开路:46%

l 短路:22%

l 焊料不足:17%

正如我之前所说的,在不久的将来,焊料不足的焊点会演变成开路焊点。因此,如果我们把开路和焊料不足的情况合起来看,几乎有三分之二(63%)的缺陷都属于开路,22%属于短路,剩下的其他缺陷占11%。这是在Orsejo的论文中所有类型元件的平均值。

这篇论文中关于欧翼式设备的结果甚至更明显:

•        开路:65%

•        焊料不足:11%

•        短路:16%

•        其他:8%

如果你把开路和焊料不足的情况合起看,这个数字达到惊人的76%,而短路只占到总数的16%。

我的调查发现:哪种缺陷更常见?

下一部分将详细介绍我在从事咨询工作期间我自己在两家大公司的发现,一家是美国的医疗公司,另一家是在为全球性汽车公司供货的日本的大型电子企业(图1和图2)。

图1、在一家医疗产品公司出现的短路、开路和其他缺陷的情况

图2、在一家汽车企业出现的短路、开路和其他缺陷情况。

建议

你的一项任务是针对一些批量较高的产品查看自己的数据。把他们归入三类缺陷:短路、开路和其他。把焊料不足、元件立碑、吊桥效应、部件移动等归入开路缺陷。把那些你无法归入短路或开路的缺陷都归入“其他”的分类。

我敢说你自己的发现跟我从Orsejo的论文中引用的内容没有什么本质上的区别。这么多年来,我看过许多公司的数据,因此我对此非常肯定。如果我说错了,那么下次在像SMTAI或IPC APEX EXPO这样的行业活动上碰面时,我请你喝一杯(当然不是酒)。

我的建议是做到短路是开路的六至八倍的水平,但要明确的是,我不是说会出现更多的短路或开路缺陷;我说的是短路与开路的缺陷之比。你的目标是想方设法逐步降低总的缺陷数,而在总的缺陷数中短路要多于开路。为什么要这么做?是因为短路永远躲不过你的检查和测试,但是,不管检查和测试计划有多严格,开路是有可能发现不了。开路最终要么是在客户处被发现,甚至更糟糕的是问题发现得太迟,到用户手上才被发现,后果就比较严重,失去了弥补问题的机会。

我的建议中的最佳部分是非常容易实现的。要想做到短路比开路多,你所要做的事情就是正确地设计焊盘布局和模板。我会在后续的专栏中继续讨论这些主题。

References

参考文献

1. Oresjo, S. “Year 1999 Defect Level and Fault Spectrum Study,” SMTAI Proceedings, 2000.

作者简介Ray Prasad是Ray Prasad咨询顾问集团公司的主席,也是教科书《表面安装技术:原则与实践》的作者。Prasad入选IPC名人堂,这是电子行业的最高荣誉,Prasad在SMT所有领域拥有数十年的经验,曾在波音公司和英特尔公司担任领导岗位,负责推行SMT;在全球范围内帮助OEM和EMS客户建立强大的、内部的、自主可持续的SMT架构;此外,还提供现场深度SMT课程授课。他的联系方式:smtsolver@rayprasasd.com。Prasad于2019年7月22日至24日开设SMT课程班。更多相关详细信息,请访问网址:www.rayprasad.com。如欲阅读过往期刊内容或联系Prasad,请点击这里。


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