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行业标准的生态体系
  2020-05-26      22

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作者:I-Connect007编辑团队

 

标准是团体和政府程序,只要你愿意,就可以把方法和技术变成标准,得到整个行业的一致认可而且可以重复实现。在标准定义过程中有许多的参与者,包括从独立的志愿者到企业再到行业组织,他们都以某种形式参与标准程序的制定工作。

I-Connect007和一些行业组织的代表接触,与他们就如何参与标准的制定过程进行深入的探讨。在这个过程中,这些对话澄清了哪个小组在做什么,他们该如何进行合作,澄清并消除一些行业的传言。

让我们一起来采访一些专家,这些专家是IPC的Dave Bergman、iNEMI的Marc Benowitz和NextFlex的高管Scott Miller和Wilfried Bair。

IPC继续推动全球标准计划

Dave Bergman是IPC的标准与技术副总裁,他介绍了IPC全球开发标准活动在各行各业新标准成长方面的最新动向,例如用于电子纺织品和电子线束的印刷电子产品,以及IPC全球互连工厂数据交换和自动化标准的持续成长情况。Nolan Johnson是I-Connect007的编辑。

Nolan JohnsonDave,您在IPC中的角色什么?

Dave Bergman我在IPC供职39年。我现在负责IPC的全球标准活动、IPC的高端展览会(IPC APEX EXPO)事务,以及IPC在印度的办公室。我还会参与IPC解决方案副总裁Sanjay Huprikar负责的一些合作团队欧州事务的活动。

Johnson请您先介绍一下IPC和标准的整体情况,请问IPC的使命是什么?

BergmanIPC从1959年开始涉足标准化方面的工作,正是从那个时候开始我们不断发展壮大。我们的核心业务主要集中在四个领域,包括电子制造业和一些通用电子产品。刚开始,我们从PCB的设计开始,然后转移到材料和制造,包括PCB材料的验收,以及组装领域,例如涉及的材料、设备、组装产品的工艺,以及与电路板和组件相关的返工和维修。

就在今年的一月份,我们和电子线束制造商协会(WHMA)达成更紧密的联盟关系,同时,我还担任WHMA的执行总监。这充分反映两个协会之间在电子线束领域的长期合作关系。我们在电子线束方面有工艺标准和一些设计文档。我们希望扩大IPC在这一领域的影响,以支持我们在汽车电子方面正在进行的一些工作。

我们针对外围工作和元件领域开发了许多标准,特别是用它们来支持电子组装制造。此外,我们已开始涉及一些企业的社会责任,特别是我们在中国的标准化工作。我们拥有一系列能够支持不同公司的数据标准,如果他们需要报告相互矛盾的材料或材料安全的关注点,例如《关于限制电子电器设备中使用某些有害成分的指令(RoHS)》和《关于化学品的注册、评估、授权和限制的规定(REACH)》。

Johnson既然IPC在标准制定方面有这么长的历史,这么多年来,有很多事情都发生了很大的变化。现在正在进行的标准制定工作中,IPC认为哪些工作在此时最具战略地位?

Bergman我们拥有各种标准的核心,电子行业希望我们的核心能够得到很好的支持。我认为我们的核心活动是长期提供最受欢迎的标准。我们的IPC-A-600提供印刷电路板的可接受性规范,IPC-6012是PCB的规范。对于电子组件,我们有组装工艺的规范IPC-A-610,关于焊接的J-STD-001,关于电子线束工艺的IPC/WHMA-A-620和关于PCB和PCBA返工和维修的IPC-7711/21。我们将继续支持各种培训计划和认证计划,这些规范都被与这些规范有关的行业大量使用。

如果你关注我们正在做的事情,这些事情并没有更接近前沿的技术,而是从战略上支持电子行业,把他们做的事情归纳到几个类别中。对于工业4.0,我们把大量的工作放在支持企业在智能制造模式中的组装上。在这方面我们有IPC-2591,连接工厂的数据交换(CFX),这个规范在2019年春季发布。

IPC-2591/CFX旨在成为一组通用的信息,允许实现生产线的软件或设备即插即用。我们认为IPC-2591 V1.0将使电子行业的实用性达到85%,一旦有公司开始实施IPC-2591 V1.0,我们就可以从这里开始添加这个标准。我们预计IPC-2591 V1.1将在今年的第四个季度发布。电子行业目前正处于实施IPC-2591 V1.0的阶段;设备制造商承诺按照他们的路线图来实施,而我们正在积极升级不同版本的标准。

我们还在与一个称为“Hermes标准倡议”的行业联盟合作,这是由许多开发数字机器与机器之间接口标准的公司组成的团体。他们的目标是取代一些被称为IPC-9851 SMEMA标准的硬线标准。我们把“Hermes标准倡议”命名为IPC HERMES-9852,有人把它称为“数字SMEMA”。Hermes主要是生产线控制;它不能帮助你实现工业4.0智能工厂,但是它具有一些独特的功能,我们作为行业协会来支持这些工作是非常重要的。

在PCB方面,我们有IPC-2581。本质上,它是一个数据文件,可以完全识别装配体。如果你正在发送这样的文件,你和你的供应商之间应该不会有大量的来回通信。我们已经演示一些复杂的组装,展示你可以用一个IPC-2581格式数据文件来制造复杂的多层电路板。

站在技术的角度来看,电子纺织品(e-textiles)是我们研究了几年的热门课题。IPC将在今年第四季度发布第一个电子纺织品标准——IPC-8921。IPC-8921涵盖了编织和针织的电子纺织品材料。我们正在为电子纺织品制定连接指南——印刷的电子产品的电子纺织品和可穿戴应用(例如医疗、运动、健康监测、个人保护设备)的电子纺织品的设计标准。这是IPC的一个活跃领域,我们正在与电子纺织业接洽,以继续取得进展。

在汽车领域,我们做了大量不同的工作来支持细分市场。我们已进行很多工作来支持我们的一些太空和航空航天标准。我们一直在积极支持汽车行业,在车载PCB领域,在刚开始需要的是可靠性高、成本低的产品。于是,我们从IPC-6012的一个附录开始做起。接着我们又起草了一份文件,希望这个文件能够在今年年底前正式发布,用于印刷电路板中的Press-fit引脚应用中的Press-fit引脚。我们在这个领域有一个很活跃的小组。

在组装和焊接方面,我们期望到IPC APEX EXPO 2020时,能够发布一份附录文件,这份文件将为汽车行业定制两个我们最受欢迎的标准:IPC- A -610和J-STD-001。已经有一些影响力很大的汽车公司参与我们的计划,例如Bosch和Continental,我希望看到在明年发布。由于我们在电子线束领域与WHMA的合作关系,我们正在研究支持电动汽车和电动运载工具的电子线束标准。我们已经启动初始工作,目的是为高压应用的电子线束制定标准,所以这是另一项新的活动。

最后要说的活动是针对数据传输、材料声明、REACH和冲突材料,我们在IPC-175X系列中的一系列标准解决了在电子制造领域里的公司对数据传输的要求。有一群活跃的公司在帮助我们更容易地收集和报告供应链需求方面的信息。所有人都很积极。顺便要说的是,这些工作大部分是在欧洲领导下的全球性工作,主席和领导者主要来自欧洲。

Johnson这个清单真长。我要问的是,在IPC,标准的定义过程目前有多活跃,而在看到您的这个清单后,我觉得制定标准活动的活跃度令人难以致信。

Bergman是的,我们有一个十分活跃的小组。为了找到一条适合汽车行业的路径,这么多年来,我们一直都在直面挑战;这不是因为缺少尝试。目前,我们在芝加哥地区的总部的常设机构有11个技术部员工。我们还有200多个委员会和工作组。目前我们有41个标准项目正在进行中,还有44个翻译项目也在推进中。所有这些项目都得到我们在芝加哥标准团队的支持。

在欧洲,我们有一名成员负责支持欧洲人领导的一部分工作,他的常驻地在爱沙尼亚。 这对我们非常有效。由于我们有很多欧洲人领导的委员会,我们将增加那里的工作人员。在中国,我们有三名员工在不同的城市。目前他们有近30个活跃项目和350名志愿者。如果我们把分布在全世界的IPC委员会的志愿者加起来,积极参与者大约有2800名。

而且在中国,我们始终保持增长的势头。企业更积极地参与全球标准的制定,而我也付出大量的时间去鼓励当地的公司积极参与。我们有六个标准是由在中国的IPC会员公司提出、批准和积极领导的。他们参与电子行业的所有领域,从他们已经公布的企业社会责任到目前正在积极考虑的高铁标准。我们在中国的会员正在积极制定一些非常有吸引力而且令人激动的标准。

IPC的目标是成为全球性的标准组织。对我来说,在哪里制定标准一点都不重要,重要的是在标准完成时,我们达成全球性的共识。考虑到我们的委员会的发展历程,我们的大部分标准是由美国提出来的,但随着我们在其他领域的发展和继续鼓励和培养其他领域的标准发展,这种情况正在改变。

Johnson试想一下,把电子线束标准和像电子纺织品这样的技术结合起来是多么有意思的事情。一些这类产品开始相互接触,发展成为更大的、基于系统的环境。

Bergman完全正确我参加了最近一次的WHMA会议,遇到一个参展商。我问他的公司是做什么的,他说:“我们做的是细线,正在为这些细线寻找应用。”我问他是否会深入了解我们在电子纺织品方面的工作,于是,我们安排他参加了几个和电子纺织品有关的委员会的活动。这些委员会的技术活动和标准活动是相互补充的。

Johnson在这个时候CFX不仅是我们行业的强大标准,而且它的开发和发布速度要比人们通常认为的标准开发快得多。它为企业之间的合作提供了非常好的动力,而不是在原本激烈竞争中的封闭环境。你认为标准会有更多的变化吗?

Bergman虽然速度快,但花的时间比预期的要长,这是因为我们在早期的一些错误。这个进程本来可以更快一些,但我们遇到了一个死结,因此,不得不改变方向。我们还花了很多时间去讨论正确的方案,并对方案的未来进行验证。

CFX不是工业4.0,但它是工业4.0的基础。一旦你发现自己所有的机器可以说同一种语言,那么就会出现奇迹。你的AOI焊膏检查机可以向焊膏印刷机传递什么信息?然后,焊膏印刷机根据它得到的AOI反馈可以做出什么改变?如果你试图连接来自不同供应商的机器,就必须让机器能够传递信息。道理很简单,这就是市场的发展方向。

起初,我从来没有想到过设备制造商会对合作有这么高的兴趣,但这正是客户想要的。客户已非常明确地表示,他们想要一条生产线,可以用来自不同供应商的机器组成,他们希望机器是即插即用的。所以,这就是传递出来信息。

我们在拉斯维加斯开会时,我走进一间拥挤的会议室,会议室里每个人都身着正装。我看到IPC的董事长和全球80%的设备制造商的高级管理人员。我的反应是,“哇,他们是认真的。”

这个小组讨论了一系列的格式,并且至少花一年的时间来讨论格式。当你的机器都可以相互通信时,下一个问题将是“安全性如何?我不希望我的线路被入侵,或者我的信息在互联网上被共享”。因此,我们选择了一种目前最安全的协议:与银行业使用的格式一样。尽管如此,仍然存在很多争论,因为我们需要做出一系列选择来支持电子制造。最终我们选择了一种最安全的协议。

我们希望选择能够实现机器与机器通讯的方法,又不会被某个厂商完全绑定,从而实现灵活性。我们从一家行业软件厂商那里获得一笔可观的捐款,这家厂商创建了一套软件开发工具包(SDK),降低了公司将信息从他们的机器传给CFX的难度。这个SDK很可能是缩短CFX上市所需的时间的最重要努力之一。IPC CFX SDK可以从Github免费下载。

我们做这件事的目的是研究SMT的制造工艺;这是我们在实现CFX时思考的问题。但是,当其他的行业看到我们的方法时,他们的评论是,“我可以用CFX来使金属成形。你可以找到一种构建信息的方法来构建汽车,只要CFX提供正确的时间与信息集”。我期待能够看到在形成CFX的基础上如何使智能工厂成为现实。我可以告诉你,有几个正在积极实施CFX的例子。

Johnson这就是为什么它看起来像一个模型。我从你那里听到的是,汽车行业也有类似的苗头?

Bergman在汽车方面,不同的技术部门和三、四个委员会进行多方面的努力。CFX是一个单独的委员会,由子委员会和任务小组构成。但是,我们在汽车领域有PCB小组、Press-fit引脚小组、组装小组和电子线束小组,覆盖IPC的所有制造领域。这些小组有一些共同的领导者,而不是由一个单独的委员会去推动它。当然,力量就在那里,只要能看到成功就会带来更多的成功。人们有兴趣支持电动运输汽车。还有人对推动更多的数据传输感兴趣,特别是在货车运输行业和农业行业。他们必须随时掌握货车的位置,因此对数据的要求越来越高

Johnson: 很明显,CFX是个基础设施项目:作为通信管道,使工厂提高它们的能力、一致性、吞吐量和产量。与此同时,汽车行业对我们行业的挑战也是一个应用项目。需要将我们的传输数据量提高几个数量级,从而实现电动车和自动驾驶汽车需要的各种可靠性我从你这里得到的直接感受是,汽车行业也有同样的兴趣和动力——让我们秉承“把事情做好”的态度。

Bergman在我们现有的一些标准中,有来自航空航天行业的积极参与。汽车行业正在寻找同等的可靠性,但成本会比较低。他们希望减少测试,同时仍然能够保持质量要求和期望。在组装方面,汽车希望允许使用那些可能无法被航空工业接受的元件。在IPC组装附录中的一些工艺验证要求可以解决这一问题。

Johnson你认为标准的环境改变了吗?

Bergman总会有起落。一般说来,标准充分反映了行业的问题;因为你看到失败,所以你就要及时回头。在这个行业遇到麻烦时,我们就会变得很紧张,例如,在PCB中看到与热效应有关的孔洞,电路板也因此被退回。我们在PCB制造过程中进行循环测试,推动内部平面分离、筒体开裂和树脂收缩的要求,这些要求至今仍然存在。这些行动源于上个世纪八十年代的一些IPC循环测试。我们还进行小直径电镀通孔(PTH)可靠性和高宽比的循环测试,来支持PCB的活动。

我们还尝试去支持其他的市场。我们曾为光电子行业制定一个指导性标准,然后,这个行业崩盘并消失了。这并不是说光电子学不再重要了,只是它已不是过去的样子。我们也做了一些关于纤维的事情,我们认为这个行业很有意思。随着电动汽车和电子纺织品的出现,这种增长更多体现的是一种积极的人员倡议,目的是把听众聚集起来,就成功了。CFX将成为体现行业吸引力的例子。在通常情况下,你把一群人召集起来,就像是给齿轮加一些油一样以保证所有东西都能够顺利运转,但这要视情况而定。我不认为这个过程已经改变了。

在IPC,我们正在和全球的行业接触,这样,标准就不会被认为是美国推动的。我很高兴成为一家美国协会,但我们是一个全球性的标准开发组织。我不希望听到有人说,“IPC标准都是美国标准”,因为它们是全球性标准。变得更加全球化需要持续不断的努力,每一个不是由美国发起的新标准都有助于这一事业。

人们参与标准制定的时间更少了,在美国,我们也存在劳动力老龄化的问题,这也反映在我们的委员会中。因此,我们试图抓住这一点,保持他们的资源和经验,与此同时,通过新兴工程师计划投资下一代工程师并吸引未来的领导者的参与。

此外,我们还实施了一系列计划来改进整个标准工作。目标是减少制定新的IPC标准需要的总体时间。我们研究一系列减少浪费时间和精力的计划或技术。我不希望建立IPC标准的过程是有些人无法参与的过程。我想保持开放性和正确的流程,但是我还想建立一个流程,能够让人们觉得自己花费的时间得到尊重而且是有价值的。

我们让A小组对各种意见进行分类,向委员会提出建议,使工作变得更容易。因此,我让一个6-10人的专门小组投入更多的时间,这可以节省其他180个人的时间。总的来说,虽然IPC依靠的是只有几个人的小组,但是IPC对行业时间的影响相当小。在保证人们不会被排除在流程之外的同时,由更少的人在更短的时间内不断努力使最终结果和影响最大化。IPC/WHMA-A-620小组,即IPC和WHMA电子线束之间的合作的例子就非常有代表性,展示了如何有效地利用A小组,在更短的时间内帮助实现标准更新,使每个人都能听到自己的声音。

iNEMI在建立标准方面起辅助作用

iNEMI的CEO Marc Benowitz对iNEMI参与标准工作划定一条清晰的界线:iNEMI不是标准组织。不过,他们和许多电子标准组织密切合作,提供意见和建议以帮助他们建立标准。

Nolan JohnsoniNEMI是如何看待标准工作的,您认为从策略上讲什么最重要?

Marc Benowitz为了避免任何不必要的误解,需要明确的是iNEMI不是标准组织。我们不发表标准,尽管我们的项目和活动以多种方式与标准有联系。我们和标准组织有良好的合作关系,经常参与开发标准的前端工作。

Johnson我对iNEMI作为支持角色所起的作用很好奇。

Benowitz这也许是我们在标准中最常采取的做法。iNEMI的做法是通过我们的会员和行业普遍情况,来识别出来一些关键的差距和要求,这些就是协同工作的候选清单。我们部分是通过我们的路线图来做选择,路线图展望未来十年电子制造竞争中需要关注的许多技术,从电路板组装到电子产品封装,可持续性等。然后,由路线图来确定差距,这通常就会产生iNEMI项目。此外,会员们确定我们将进行哪些项目,其中的一些项目最终会形成标准元件。

回到几年前实施RoHS就是很好例子。人们对锡须问题存在很多顾虑。iNEMI有一个锡须任务小组开发各种锡须缓解技术,最终这些技术被集成到与锡须相关的标准中。

现在,有一个项目处在早期开发阶段,它获得大量围绕后端封装技术的行业支持。如果你关注电子产品制造的流程,就会看到晶圆预加工、封装、电路板组装、系统级组装等。前端是结构化的、有序的工艺。

而后端封装技术,存在许多更独特的情况。但是,我们需要所有的这些独特性吗?是否存在某种程度的共性可以使每个人都能受益?我们有大约八名参与者在开发最初的项目建议书,并计划在未来几周内在更大的范围里召集参与者专门关注后端封装的共性。目的是要把项目输出给相关的标准组织。

你可以知道我们从哪里入手。首先,我们会做初步的技术工作,以支持争议的东西,有些是可行的、经过论证的而且是有效的。它是确实可行的。然后,标准团队(IPCSEMI、JEDEC等)就会着手建立标准。

JohnsoniNEMI认为哪几类标准对电子行业在战略上有重要意义?

Benowitz我尝试从我们目前活动的视角用一些例子来回答这个问题。回想一下,iNEMI是以我们的会员形式存在的。问题是,“会员想把他们的资源和用在项目上的时间放在哪里”? 智能制造显然是其中之一。在展示智能制造的互相联通和好处方面,我们看到了很多值得注意的地方,比如闭环检查,使用现有标准进行工作并且有助于确定有哪些地方需要进一步改进。我在前面提到的后端封装共性的例子也是来自我们的智能制造工作。我们目前从事的或者正在发展的其他领域,与标准有联系的项目,包括光学互连的清洁度,连接器的可靠性,新封装技术认证,以及焊锡空洞。在电子制造业中,领域是如此的广泛,我不能说哪个领域会比另一个更重要或都要更加重视。

Andy Shaughnessy: 标准在你的路线图中起多大作用?很多人都在关心iNEMI的路线图,它反映了当时的标准的状况。

Benowitz: 在我的印象中,标准在开始时没有对路线图产生影响,但是,在一些领域中,路线图的输出可以确定对标准(或标准更新)的要求。正如你所说的,场景是由标准和其他要素、技术能力等共同定义的,这些都是路线图的输入。路线图的输出将是满足这些技术需求的差距,以及在这种情况下标准的前景。

Shaughnessy这似乎是一种双向的事情。你的路线图支出,例如,到2024年时,我们将看到两条线和两条直线的空间。这就促使IPC相关社区的人会问:“我们怎样才能做到这一点?” 然后,就开始反复进行交流。

Benowitz确实如此。这是个很好的例子。正如你说的,如果标准当前无法解决这个问题,那么我们就必须做点什么。我们也许有足够的信息来更新标准,或者,我们没有足够的信息,而我们又必须支持它,那么,这就会变成一个项目。

Shaughnessy和Nolan一样,我会把iNEMI和标准联系在一起。iNEMI不做标准,但你正在和那些做标准的人一起工作。

Benowitz是的。是有那方面的联系,但并不是每个人每天都会互相打电话说“帮帮忙,我需要这个”。行动来自成员,自然而然地发生,而不是战略性地发生,但这也许是我们要考虑的事情。我们不会定期去和标准组织举行会议说“你正在做什么”?像我们一样,标准组织也提供了一个框架。 这些标准本身是由行业代表制定的。

Shaughnessy: 有趣的是,这些标准是一种按时间做的快照。有人会说,“他们有点落伍了,因为我们能做的远不止这些”。不过,至少我们现在知道了,有了IPC标准,从理论上讲,你几乎可以按照标准在任何地方构建产品。有了iNEMI路线图,你可以看到未来的发展路径。

Benowitz说得好。就像我们的项目一样,我们正在做的项目代表的是一个时间点。接下来出现的是下一代的东西。标准表示的也是时间点,有一些显而异见的特点,但只要技术发生变化,这都将随着某种规律发展变化。

Johnson这个“生态系统”由参与其中的不同的机构组成,这个词存在过度使用的风险。

Benowitz这是个公允的表述。这些组织构成一个生态系统,这里有标准组织、协作和路线图的实体等。它对每个人都有好处。我们的关键信息是通过协作来推进技术,“协作”是关键词。我们要怎样合作才能加速缩小这些差距?业界可以通过合作最有效地应对大量的挑战和机遇。

NextFlex对标准趋势主题的看法

I-Connect007还与NextFlex讨论了标准问题,NextFlex是一个由公司、学术机构、非营利组织、州政府、地方政府和联邦政府组成的联盟,它的目标是促进美国FHE制造业的发展。尽管NextFlex没有机会坐下来接受完整的采访,但是我们与NextFlex的战略规划总监Scott Miller和工程副总裁Wilfried Bair讨论了标准问题。

在标准这个主题上,Miller说,“在柔性混合电子产品中,制造、测试和可靠性的标准越来越重要,由于作为早期的项目调度的一部分的一些测试的启动工作是在NextFlex完成的,社区一直在寻找像IPC这样的标准开发组织(SDO)来严格执行行业要求的标准开发。“他接着说,”在未来,设计和测试的标准对于促进FHE技术的广泛采用是绝对必要的。”

在讨论一些具体的标准时,Wilfried Bair说,“虽然我们可以把大多数用于标准的铜弯曲电路板的测试方法和标准用在柔性混合电路板上,目前,我们看到FHE的两个重要领域——可伸缩的或者紧贴皮肤、可穿戴的电子产品在可靠性标准方面存在差距。”他补充说,“我们鼓励标准开发组织关注这些新兴的可穿戴应用的标准。

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