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MTV提供焊膏测试方案
  2020-08-04      53

I-CONNECT007 Nolan Johnson的访谈录

小型化测试工具(MTV)是一种通用的基准测试电路板,可以测量大约25种不同锡膏的性能,分析不同锡膏在组装生产线上的表现。Chrys Shea详细介绍了她在开发和发布MTV上所做的工作。

Nolan JohnsonChrys,请谈谈你最近在SMTA领域的工作,特别是与MTV有关的工作。

Chrys SheaMTV是一种测试工具,至少在未来的两到三年时间里,将用它帮助检测新封装和新工艺的质量,但希望这个时间可以更长一点。如果我们必须在电路板上用一些尺寸比0201元件或0.3毫米BGA更小的元件,我们就能一直使用它,不过,这已足以说明它在一段时间内确实有用。

Johnson这种电路板和这种做法的总体目的是什么?

Shea它的最初的目的是帮助人们快速、简单地检测新锡膏的质量,因为新的锡膏总是有一种神秘感而且害怕它带来的变化;你目前使用的工艺化学是魔鬼,和你不知道的魔鬼打交道,就意味着有风险。但是,锡膏制造商每隔几年就会推出更好的配方。作为顾问,让我感到难以接受的是,当我到了一个需要我帮助的地方,才发现他们使用的还是第一代无铅锡膏,而现在市场上已经有更好的产品。这种通用测试电路板的作用是快速、简单而且用数据驱动的办法来检验新锡膏。

Johnson对于那些从来没见过你的人,他们了解你在组装行业的经历吗?作为一个顾问,你能做些什么?

Shea我是工艺工程师。我的职业生涯的前8年是在车间里度过的,不是做生产工作,就是在做新产品引进的工作。在接下来的12年里,我为供应商工作,帮助生产车间里的人,管理一些锡膏研究开发和测试实验室,然后我才开始做独立的咨询顾问。现在,我独立为用户或供应商提供咨询服务.

Johnson你的重点专业领域是什么?

Shea焊接。我大约在30年前开始从事波峰焊接。我喜欢制作焊点。现在我们做的SMT要比波峰焊多得多,但我特别喜欢钢网印刷,因为它融合我最喜欢的两个领域:自动化和材料科学。

Johnson在我看来,像这样的测试工具应该早就出现了。这是怎么开始的?是什么导致现在的这种情况?

Shea出现现在这种情况的原因是,它是一种使用了Henkel电子材料公司的内部测试工具,具有很多良好的特性,所以他们自己的一些客户要求使用这种工具。也就是在那个时候,Henkel公司把我带进了这个领域,我们用它做了第一轮测试,并且我们意识到必须给它增加一些智能方面的东西。因为在测试电路板上还有很多空的位置,所以我们可以增加更多的功能,而且我们必须降低成本,让更多人去使用。我们就做了这件事。

这是我最喜欢的项目,可以说也是我职业生涯的顶点。当我们重新设计这块测试电路板,增加智能化和更多的特性并嵌入DOE时,我过去30年的每一份工作所学到的很多东西都派上用场。对我来说这是一个了不起的项目。我们推出第一个修订版,上面有Henkel公司的标志,但这个行业并没有像我想像的那样接受它。我们认为,“我们必须让这种测试工具成为每一个人的测试工具”,与此同时,我也能理解为什么其他公司不愿意让Henkel公司的标识出现在他们的实验室里。我们和SMTA谈过,并把它重新命名为SMTA电路板,但是,它要通过Pactical Components公司来销售。SMTA从他们出售的每一块电路板和每一个套件中收取专利费,这笔钱将用于SMTA的教育基金。这是一种双赢的办法。

因为我见过很多不同的测试工具,所以我对此特别感兴趣。每个大型合同车间都有他们为自己量身定做的不同的测试工具,但很多小车间就没有,所以这些小车间使用可以通过Practical Components公司在线上买到的工具。没有什么工具是真正的现代化工具,它们之间也没有共同点。换句话说,我阅读Flex公司做的研究和Jabil公司做的研究,但由于他们没有使用相同的测试工具而且元件的尺寸不同,因此我无法直接比较两者的数据。随着我们找到越来越多用户愿意测试我们的电路板,我们将会获是更多好的公开数据,可以用这些数据来做对比。

在供应商方面,我希望看到每个人使用相同的测试方法在相同的测试工具上测试他们的锡膏,因为这样可以更容易也更直接解密供应商的数据。因为每家供应商都有一套自己的测试方法和指标,你可能还记得我们从什么时候开始用IPC标准来检查贴片速度的。就是现在,我们还没有可遵循的实际印刷质量标准。每个人都是按照诚信系统,测试和发布自己的数据。

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小型化的测试工具,测试电路板的顶面和底面。

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材料成本清单和样本尺寸计算器。

Johnson这使每一块通用的基准测试电路板都变得更重要。

Shea确实如此。我们做起来更轻松。一旦我们从严重的新冠大流行中恢复,我们有大量的工作要做。留给我们的时间不多了。

Johnson跟我说说这种测试电路板在现场是怎么使用的。

Shea在通常情况下,如果你用它来评估锡膏,你拿到这块测试电路板后,运行电路板顶面和底面,我们在那里嵌入了一些DOE。用户进行10次顶面印刷,在3块电路板上安装元件,然后将钢网放在一边,印刷底面。在顶面的钢网和锡膏处于空置状态时,用户印刷五块板的底面,然后剪切底面上的锡膏,用这些剪下来的锡膏进行几个小时的模拟常规模板寿命测试,在组装生产线上印刷另外5块板之前,观察这些锡膏的表现。用户对某些电路板进行重排,重新安装顶面的元件,然后再印刷10块电路板,以观察空置时间对可印刷性的影响。

你可以按照下面这个流程图来做。这里还有一个循序渐进的Excel电子表格,你可以按照这里的步骤,在30次印刷和只有5个小时的组装生产线时间内,你就能够测量大约25种不同的锡膏的属性,以及它们是如何影响你的生产线——这里指的不是一些实验室生产线,而是指使用典型的贴片力度和回流温度曲线的组装生产线的温度和湿度水平。这和我们在实验室看到的有很大区别。从实验室到生产线的差别在PCB组装中是非常大的。这也是为什么我们喜欢在线测试的原因,但我们必须让在线测试做得又快又经济。用于测试的时间在过去一般需要两周,现在只要大约5个小时就可以完成,只要你使用这种测试工具并严格按照指令一步一步地做就可以了。

Johnson我是不是可以假设,在我订购这种测试电路板时,一个包装里有30块测试电路板,里面甚至可能会有一些元件?

Shea我建了一个简单的电子表格,这样用户可以查看样本的尺寸和成本,决定什么样的东西最适合他们。然后他们直接从Practical公司订购。当我们第一次决定将这种测试电路板商业化时,我们就决定由Practical公司来负责所有的供应链并执行订单。Shea Engineering公司和Henkel公司现在已经出局了;现在只有Practical公司在经营这个业务。他们订购并建立测试电路板使用的元件的库存,每个元件都拥有Practical公司的零件编号,这样可以方便订购。此外,它还有详细的描述,如果你有一些库存的氧化了的0201,你宁愿使用这些元件,而不选择Practical公司新的可焊接的有光泽的0201,你可以这样做。而且,在很多场合下,我也建议这么做。

你可以决定你要从Practical公司订购多少块测试电路板,他们会指导你如何下订单,而且他们把测试电路板的所有支持文件通过电子邮件发给你,这些文件是材料清单和按步骤做的说明书。他们会在邮件给你的附件里附上四至五份说明书。

Johnson要跟谁联系来启动这个进程?

Shea: 请联系Practical Components公司。他们会发给你一个文件包。在这个文件包里是目前所有不同测试与描述的清单,在这个清单里包含了25种不同的测试,材料清单,样本尺寸计算器,模板的面积比和参考指示器,按步骤执行的锡膏测试过程,以及记分卡。我们还没有讨论过记分卡,在记分卡中你可以对锡膏的性能进行相对排序,观察每一种锡膏的回流性能、印刷性能、可测试性、供应商的价值等,然后再确定你用哪一种锡膏能够得到最好的结果。在对一些锡膏作分类时,你可能会说:“我打算用一些回流特性来换取更好的印刷效果,并且用一点空置时间的响应得到更好的空洞形成。”你可以在记分卡上看到所有这些内容。

Johnson: 关于锡膏能做什么的专业化程度似乎在不断提高——他们有哪些优势和他们有哪些弱点。现在这个行业不再是“一种锡膏能满足所有要求”的时代了。这个测试工具是否能让装配人员在他们可能计划使用的所有不同的锡膏或不同的工艺窗口上规划他们的生产线,或者获得好的想法?

Shea我一般会建议客户根据自己的需要尽可能多地联系锡膏供应商,但在他们进行最终测试之前,只能选择三家供应商。用户在填写记分卡时,在他们把任何数据填入记分卡之前,他们会赋予对他们的操作非常重要的某种独特性较大的权重。此外,锡膏的特性有20多个。他们很清楚哪些特性对他们来说是重要的。例如,如果他们是一个小批量组装车间,对锡膏闲置时间的响应对他们就非常重要。如果他们是一家7天24小时在运行的大批量组装车间,闲置时间的重要性就小得多。一旦他们根据被赋予非常高的权重的关键因素来确定自己的需求,他们就可以有效地将这些要求传达给锡膏供应商,后者就可以更好地理解如何在锡膏的各种特性间的取舍并且能够根据应用的要求交付最佳的候选锡膏。

我建议用户不管怎样都要选择最严格的测试,使用这种测试进行锡膏的最终选择。如果他们打算在一个小时后运行第一次印刷,或者他们运行的所有东西都经过引脚测试,那么可以很容易地做出最终选择。然后,他们选出前两名或前三名锡膏,与现用的锡膏进行对比。用户对记分卡中的运行结果进行排序,记分卡将排名和权重相乘计算出每个锡膏的得分。然后,用户可以看到各种锡膏与现用锡膏在每个特性和类别中的比较。他们做出有依据的、数据驱动的决策,随着他们迁移到新的焊接化学材料,由于他们在自己的组装生产线上已经看到25种不同属性,并且对预期的结果有很好认识,他们因此谨慎地规避了风险。

我们遇到的情况是,有些人选择锡膏是因为在焊点中形成的空洞很少,而且他们发现它太活跃,润湿性能也不是很好,或者它对闲置时间的响应很好,但对引脚测试不友好。在选择锡膏时总要权衡得失。这种测试方法意味着要包含锡膏所有不同的特性,因此,用户在进行测试前就预先知道怎么正确地做出取舍。

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锡膏的特性概要

Johnson如果我想要了解精确度类型和当前的设置失败的地方,对组装车间做一次评估可以得到一些答案。是我使用的锡膏或设备的问题,还是操作人员专业技能的问题?对于组装厂商,这些问题往往是他们在评估工艺时要排除的问题。

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怎样为你的操作定制测试

Shea确实如此。如果他们不喜欢一些锡膏的回流结果,也许他们应该回过头来看看他们的温度曲线。我经常看到这种现象,人们使用受损的钢网和刮刀。如果你在测试中引进这么多噪声,就无法得到非常清晰的结果,而我倾向于讨论工具,因为工具非常重要。要考虑很多不同的事情,但这么做绝对正确的。你会发现自己的工厂的优势和不足。

我的很多客户都在测试国内最流行的锡膏。我对这些锡膏做过很多测试,只要查看来自某些人的印刷机或SPI机器的数据,不管是哪一种特殊的锡膏,我都可以告诉你是否应该用这种方式来印刷。而且使用相同的测试电路板更容易做到这一点。

Johnson要运行这个基准测试,你是不是需要一些熟悉这种测试的人来帮助你解读数据?

Shea我会说不,因为我们的想法是要把它做得尽可能简单。这是我自己努力的结果,Henkel公司的Neil Poole博士,他拥有超过30年在各种不同客户的组装车间从事印刷的经验,Mark currie拥有25-30年的锡膏研发经验,并获得锡膏印刷博士学位,Doug dixon也拥有30 - 35年的经验,是组装行业中的老手。我们四个人用超过100年的经验来让这个测试做得尽可能简单,这就是逐步实现的地方,也是测试清单和描述列表的由来。这应该是完全自我管理的;一些机构已经按照这个列表的顺序运行测试,他们都做得非常好。你不需要专家。也就是说,只要你向我付一定的费用,我会很高兴地帮助你(大笑),不过,你可以独立完成所有的这些测试。

Johnson我们还可以用这种测试电路板来做什么?

Shea很多人需要展示出具有组装下一代更小封装尺寸的能力,对我们大多数人来说这种封装的尺寸是01005,在电路板上有800个元件或1600个焊盘。在电路板上还有0.4毫米和0.3毫米间距的器件,以及0.4毫米间距的BGA。许多组装厂商,特别是合同制造车间,在他们开始用这些新的封装类型进行组装生产之前,必须向他们的OEM厂商展示自己的能力。这种测试电路板可以供他们演示组装工艺。

另外,因为测试电路板连接到各个测试点或金手指,你还可以对这些新的封装类型执行可靠性认证。我们也多次使用测试电路板来测试不同的钢网设计。我们还和钢网印刷机制造商和锡膏制造商合作,用大量的测试电路板为008004或0201尺寸的元件开发印刷工艺。我们在一起努力工作的目的就是推出适合它们的解决方案。

我从一个OEM厂商得到的反馈是,“有了这个套件,我就敢带着一盒零件和驱动文件在早上8点到任何一个CEM那里,如果他们不运行到中午,他们不会罢休的”。我们把它作为SPI和AOI设备的基准。此外,我们还有IPC的贴片速率和其他的贴片速率。据我所知,至少有一家公司正在把这种电路板带到不同的贴片设备制造商那里,看看他们的贴片速率与公布的数据有多接近,以及怎么做对他们的运营最合适。

Johnson听上去这种电路板用作测试平台的机会相当多。

Shea是的,它会成为各种电路板的测试平台。希望在未来几年内它会成为更主流的通用测试工具。当我们必须在电路板上放进一个更小的元件时,我很乐意去运行这个艺术品。这就是它的价值。

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