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选择“正确的”缺陷
  2020-05-19      23

SMT专家栏目

作者:Ray PrasadRAY PRASAD顾问集团公司

 

本期专栏的主旨不是技术的而是管理,目标受众是SMT组装行业的管理者和希望成为未来的管理者的工程师。

 

为什么管理非常重要?对于各种SMT产品,大多数公司都试图通过反复试验来获得更高的成品率,为此花费大量的时间和资金,经历各种挫折和失败。尽管我们制造SMT产品的历史接近30年,但是,只有不到10%的公司的首次通过率(FPY)超过90%。换句话说,90%的公司在制造SMT产品时要进行过多的返工。返工会增加产品的成本,降低焊点的可靠性,因为每回流一次焊点都会增加焊点的金属间化合物厚度。那么,出现这种高缺陷率的原因是什么?

 

回流工艺的速度非常快,机器必须执行这些工艺。

必须充分了解设备的特性;这里的了解是指了解影响设备性能的所有参数,供应商也许会说这很容易,但事实并非如此。

大部分大公司都指派工程师对设备进行优化,而大部分小公司则是边做边学,但是你不能边学边做,因为收益或产品计划(或两者兼而有之)可能会受到负面影响。

 

随着微间距和超微间距、高脚管数的BGA——0402020101005电阻器与电容器的出现和免清洗助焊剂的广泛使用,成品率问题变得越来越严重,特别是在无铅工艺中,你在同一块电路板中除了需要加入少数通孔元件外,还要用到大的BGABTC元件的时候

 

同样值得注意的是,不管在电子制造的各个不同部门中我们的职务是什么,例如采购、设计、制造、质量、检验、测试或维修,我们所做的事情的核心目标都是确保不要把有缺陷的产品发送出去。这意味着采购经理不仅要对成本负责,还要对来料的质量,例如元件、PCB和其他材料的质量负责。而DFM管理人员要对所有的缺陷负责任。

 

1.     选择正确的缺陷

 

要明确的是:每个人都希望自己的最终产品没有缺陷,但如果你要真能做到这一点,我只能说你运气好。我们当然可以生产出零缺陷的产品,但是如果你没有在制造过程中实现零缺陷,你怎样做才能达到零缺陷的目标呢?显然,大多数人的答案是检查和测试,然后是维修有缺陷的单元,但这是达不到零缺陷的目标的;除非是选择了正确的缺陷类型,否则你不可能只通过检查和测试来避免有缺陷没有检查出来,无论这些检查和测试机制是多么复杂或全面。

 

要选择正确的缺陷类型?是的。尽管在行业标准中有几百种缺陷类别,例如IPC 610J-STD-001,但只有两种缺陷类型的测试方法,包括功能性测试和在线测试(ICT)。能发现的缺陷只有短路和开路这两种。所幸的是,不管遇到这两种缺陷中的哪一种,我们有很多方法可以进行控制。顺便要说的是,这两种缺陷都不是我们想要的,不管遇到哪一种缺陷,组件都无法正常工作,但短路要比开路好一些。

 

在各家公司的产品中,你认为影响成品率的主要缺陷是哪一种?几乎是所有的公司,包括你的公司,在开路会比短路更多一些。你要做的事情是研究过去六个月到一年的缺陷数据,把缺陷分为三类:开路,短路和其他缺陷。任何不能归入“开路”或“短路”类型的缺陷都应归到“其他”类型缺陷。

 

 “开路”类型缺陷会比其他两类缺陷要多,因为这种类型的缺陷甚至可以逃过ICT测试的检查,这是因为在进行ICT测试时,施加真空压力可能会使部分有开路的焊点表现为好的焊点;开路通常最终是由客户发现或者在现场应用中出现。这就是为什么开路会比短路更糟糕的原因。

 

如果你改变设计和组装工艺,更加关注焊膏涂布和更好的模板设计,你的大部分1560s缺陷就从开路恢复到短路,并且在产品发货前发现问题。你的客户永远不会知道你的问题,并且可以用简单的办法来解决困难的问题,不过实现上很少会么做。无论如何,,你可以学着改变这种情况。你没有做到零缺陷,但是你明智地选择缺陷。

 

2.开发公司内部专有的DFM与工艺

 

没有人在早上一起床就会说:“我今天会在工作时搞砸三件事”。我们都遵循工艺和流程,但问题是没有几家公司会把工艺和流程写下来,例如内部的DFM和组装工艺文档。即使是那些投入了大量的资源来制作这些文档的公司也没有及时更新文档,因为技术在变化,这些文档在一年内就会过时。因此,不仅开发自己独特的DFM和制造工艺文档非常重要,你还必须把它们作为可控的文档进行维护,保持不断更新,至少每季度更新一次。那么,这些文档应当包含什么内容呢?

 

可制造性设计

 

DFM即使不是决定制造成品率的最重要部分,也是关键的驱动力。不过,真正了解制造工艺的PCB设计师非常少。DFM文档必须是公司专有的。使用行业标准,例如IPC-7531,就是很好的起点,(IPC-7531是原来的IPC-SM-782,从上个世纪80年代中期我最初主持制定IPC-SM-782时开始,这一名称使用了近十年)。但是你必须根据你的应用对它进行自定义。针对SMT产品,应当包含在DFM中的一些主要项目包括:

建立设计规则和设计指南,强调它们之间的差异的重要性

元件选择标准,包括零件组合列表,以减少冗余零件并淘汰过时的零件

拼板注意事项

基准要求

焊盘布局设计

阻焊膜的考虑

通孔位置

测试的设计

设计中的独特性

 

随着高管脚数的BGA的广泛使用,无法进行目视检查,需要认真考虑ICT测试的充分测试覆盖。请时刻牢记,没有一种检查方法是完美的。避免漏检的缺陷到达现场的唯一方法是依靠多重的测试与检查方法,并确保你的产品中的主要数缺陷是短路,而不是开路。一旦由训练有素的团队开发出来的DFM文档最终确定并发布,一般不会出现违反DFM的可能性。

 

建立一套DFM文档并不是件容易的事情,但它将从源头上纠正各种问题,并防止问题再次发生。在基本上所有的制造工作都外包或者送到海外制造的环境中,这是至关重要的。

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制造工艺

 

如何识别关键制造工艺的各种问题?首先,描述每一个工艺,包括印刷、贴片、焊接、检查、测试和维修。你必须记录影响成品率的设备与非设备相关变量的详细信息。例如,不同的电路板的热质量不同,因此,无论使用何种类型的烤箱,为每一种产品开发一条独特的温度曲线是一项很有意义的业务实践。

 

现在,大多数公司都通过ISO认证,认为自己的工艺都通过文档记录在案,但实际上并没有做到这一点。你可以去看自己的ISO文档。最可能的情况是,没有关于设计和工艺的详细记录。相反的是,它是一个通用的样板文件,永远不会过时,并且确保你可以轻松地通过审计和二次审计。但是,它们毫无用处,因为它们没有实际工艺所需要的关键设计与工艺的细节。不过,这不是ISO的错;ISO没有阻止你包含细节,但正是因为前面提到的原因,几乎没有公司会这样做。

 

除了要有正确的设计,还要有高质量的来料、良好的制造能力和训练有素的人员,这是实现高成品率的关键。没有真正认识到你需要有好的配方、正确的配料和训练有素的操作人员来提高成品率,就会让这个问题看上去就和天气一样,我们无法控制。

 

作者简介:Ray PrasadRay Prasad顾问集团公司的主席,他还是教科书《表面贴装技术:原理与实践》的作者。Prasad还入选代表电子行业最高荣誉的IPC名人堂,他从事SMT数十年,涉及SMT的所有领域,包括在波音公司和英特尔公司担任推行SMT的领导角色;帮助遍及全球的OEMEMS客户建立强大的可持续发展的内部自主SMT架构;此外,他还开设现场深度SMT课程教学班。他的电子邮件:smtsolver@rayprasasd.com,最新一期SMT课程班将今年四月开课。


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