管理为什么如此重要? 大多数公司希望通过反复试错来提高SMT产品的良率,但成本高、难度大。 即使行业已经近三十年来一直在大量生产SMT产品,但只有不到10%的公司的首次合格率(first-pass yield,简称FPY)超过90%,换句话说,90%的公司正在进行过多的返工,增加了产品成本,并且由于每次回流焊焊点时都会增加金属间化合物厚度 ,从而降低了焊点的可靠性。那么,高缺陷率的原因是什么呢?
· 制程运行速度非常快,机器必须快速完成
· 必须对设备特征进行彻底描述;这可以定义为了解影响设备性能的所有参数,供应商可能会说这很容易,但事实并非如此。
· 大多数大公司都指派了工程师进行优化,而大多数小公司则要在工作中摸索学习,但是在工作中学习不是一种好的选择,因为收入或产品进度表(或两者皆是)可能会受到不利影响。
随着细间距和超细间距高引脚数BGA的出现,0402、0201及01005电阻器和电容器的使用,还有免清洗助焊剂的广泛使用,尤其是当使用大型BGA和BTC,以及在无铅工艺中将通孔元器件插装在同一块板上时,良率问题变得越来越严重。
值得注意的是,无论我们在各个部门担任什么职务(例如采购、设计、制造、质量、检验、测试或返修),我们要做的重点都是确保不发出有缺陷的产品。这意味着采购经理不仅要负责成本,还要负责来料的质量,例如元器件、PCB和其他材料。DFM经理负责整体缺陷。
1. 选择正确的缺陷
我要澄清一点:我们都希望最终产品的缺 陷为零,但这个目标实现起来却不那么容易。我们当然能够发送零缺陷的产品,但是如果你在制造过程中未实现零缺陷怎么办?大多数人显而易见的答案是先检查,然后返修有缺陷的产品,再进行测试,但是这个办法不可行;除非你选择了正确的缺陷类型,否则无论这些检查和测试体系多么复杂或全面,都无法通过检查和测试来完全防止缺陷漏检。
即使在行业标准中分类了数百种缺陷,例如IPC-A-610和J-STD-001,包括功能测试和在线测试(ICT)的测试方法也只能检测标识出两种类型的缺陷,即短路(桥接)和开路。幸运的是,我们能够很好地控制其中的一类缺陷。顺便说一句,这两类缺陷都不好,出现任一类缺陷,组装都无法正常进行,但是短路要比开路好一些。
你认为每个公司主要有哪一类缺陷?在几乎所有公司的缺陷中,都是开路比短路多。你要做的就是查看过去六个月至一年的缺陷数据,并将缺陷分为三类:开路、短路和其他,任何不属于“开路”或“短路”的缺陷均应归入“其他”类别。
“开路”缺陷将高于其他两个类别,因为它们是甚至可以通过在线测试的缺陷类型,因为在ICT测试期间施加真空压力时,部分开路缺陷可能表现为良好的接点;开路通常最终会被客户或在现场发现,这就是为什么它不如短路缺陷那么可接受。
如果你改变设计和组装过程,将重点更多地放在焊膏沉积和更好的模板设计上,则大多数的缺陷会从开路转为短路状态,并可在发货前发现。你的客户永远不会知道产品在组装公司中发生的问题,这是一个解决难题的简单方法,但很少有公司采用。你可以尝试做出改变——如果没有达到零缺陷,可以明智地选择缺陷。
2. 开发公司内部特有的DFM和制程方法
没有人早上起床会说:“今天我要搞砸工作中的3件事。”我们都遵循制程和程序,但是问题是很少有公司编写制程和程序文件,例如包含公司内部的DFM和组装过程的文件。 即使是那些花费大量资源来制作这些文件的公司,也不会随着技术的变化而更新它们,并且这些文档在一年之内就废弃了。因此,开发公司特有的DFM和制造过程文件不仅很重要,而且还必须将它们作为受控文件进行维护,并要保持不断更新,至少每季度更新一次。 那么这些文件应包括哪些内容?
3. 面向制造设计
DFM即使不是最重要的部分,也是制造良率的关键驱动因素。但是,很少有PCB设计人员了解制造过程。DFM文件必须是针对具体公司制定的。采用行业标准,例如IPC-7531(我从20世纪80 年代中期开始担任开发该标准的技术委员会主席,任期近十年,以前该标准名称为IPC-SM-782)是一个不错的起点。但是需要根据公司具体应用对其进行定制化。
SMT产品的DFM设计中应包括的一些主要项目:
· 建立设计规则和准则,强调它们之间差异的重要性;
· 元器件选择标准,包括合并部件清单以减少冗余并去除废弃的部件;
随着无法通过肉眼检查的高引脚数BGA的广泛使用,应认真考虑在线测试需具备足够的测试覆盖率。切记,没有任何检查方法是完美的,防止缺陷遗漏进入现场的唯一方法是依靠重叠的测试和检查方法,确保大多数缺陷都是短路而不是开路。 一旦由训练有素的团队开发的DFM设计文件最终定稿并发布,通常不会出现违反DFM规则的可能性。
创建DFM文件并不容易,但是它将从源头上纠正问题并防止其再次发生,这在几乎所有制造都外包或离岸交付的公司至关重要。
4. 制造过程
应该如何识别制造过程的主要问题?首先,描述每个制程,包括印刷、贴放、焊接、检查、测试和返修。需要记录控制良率的设备及非设备相关变量的详细信息。例如,每块板具有不同的热质量,因此无论使用哪种类型焊接炉,都需要为每种产品开发特有的温度曲线是一种良好的方法。
如今,大多数公司都通过了ISO认证,并认为他们已经建立了文档化的制程,但事实并非如此。查看你的ISO文档,有可能没有有关设计和制程的详细信息。相反,它是一个通用的样板文件,永远不会过时,并确保公司可以轻松地通过审核和再审核。但它们没有实际意义,因为它们没有所要求的关键设计和制程细节。但是这不是ISO的错,ISO不会阻止你包含详细信息,但由于上述原因,很少有公司这样做。
除了具有正确的设计外,高质量的来料、良好的制造能力和受过培训的人员对于获得高良率都至关重要。就像做菜需要好的食谱、正确的食材以及好的厨师一样。
Ray Prasad,Ray Prasad咨询集团的总裁,也是《表面贴装技术:原理与实践》的作者。
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