Schmartboard公司推出了可提高焊点可靠性的专利工艺，该工艺出人意料、但结构却非常简单。近期，I-Connect007编辑团队采访了该公司创始人Neal Greenberg和Andrew Yaung，两位详细介绍了新工艺的独特之处，并提出想找到将该工艺市场化的合作伙伴的希望。
Dan Feinberg：首先请简要介绍一下Schmartboard公司，然后再详细阐述该工艺。我必须提前声明，他们虽然是我的客户，但是我们在IPC讨论的所有问题都是关于提高自主传输、医疗设备、军事等领域的可靠性，这是一个非常有趣和热门的话题。Neal，可以先向读者介绍一下Schmartboard公司吗？
Neal Greenberg：我们最初是一家设计电路的工程服务公司，为Analog Devices、Intel、Texas Instruments等不同大小规模的企业做电路布局。在这个过程中，发现了这些公司在生产样品板时，要反复修改设计。从A版开始，有时甚至会修改到Z版，才能定型。于是我们开始考虑如何从样品生产的角度改进设计。那时，如果要采用Analog Devices的IC，会得到一块他们专为该IC开发的参考板。参考板具备核心功能和其他额外的次要功能，可以适用存储器的每类I/O，IC客户必须将其分解为开发产品所需要的一切。
工程师要将这个参考板进行分解，我们觉得荒唐。如果在核心功能以上采用某种方法来添加你需要的不同功能、不同的I/O等，这难道不是更有意义吗？我们的第一个专利是电路板构建块，它们是2英寸×2英寸的电路板，你可以利用它的核心技术，然后将其与所需的I/O实现物理连接。这是一个SOIC芯片，间距为0.5毫米，还有RS232连接器，以及一些内存。我们发明了一种可以把这些小电路板连接在一起的方法。
总的来说，它很受欢迎。但问题是，再也不能像几年前那样手工将这些部件焊接到PCB上了。当间距为1.27毫米时还能完成，但当间距开始减小到0.65毫米、0.5毫米和0.4毫米时，就无法再手工焊接了。我们思考：“有没有办法可以像以前那样用传统技术焊接这些新部件？”我们开发了两年，试验了很多不同的想法。终于想出了一个办法，那就是提升阻焊膜的高度，再嵌入器件，这样阻焊层变成了引线之间的墙。这样，即使是0.4毫米间距的IC也变得更容易焊接了，产品很快就打入了Fry's、Digi-Key、Mouser和Arrow等公司。目前，该方案已被部分大型公司采纳。
Andrew Yaung：在PCB上手工焊接表面贴装IC时，最难做的事情之一就是定位元器件引线。我们把阻焊膜调高一点，最终通过这个工艺实现了两个目标。一是芯片落入我们称之为“管道”的地方，二是阻焊膜成为防止引线之间短路的保护屏障。如果审视目前通过手工焊接制作样品的产品生产线，你会发现管道的走线很长，这样他们就可以使用烙铁，将焊料推入管道内部。这样做的目的是他们不必从外部施加焊料，尽管如果使用外部焊料，效果会更好。
我们一直认为，总有一天，改进后的这项技术会得到更好的利用。我们开始和航空航天领域的公司沟通，比如Lockheed Martin NASA。我们发现最大问题之一就是这些焊点在高压和高振动环境中会开裂。采用这项技术的想法是，可以想象一下，每一条引线都落入一个凹形腔或一个巢内。然后，在焊料回流工艺中，整个引线将被焊料覆盖。这将使焊点不仅更牢固，而且不再可能开裂。这几乎就像通孔技术，甚至可能比通孔技术更好，因为整个引线或凹形腔都被焊料覆盖了。下一阶段将其用于批量生产，以提高可靠性。
我们还发现，在目前的大批量生产制程中，由于元器件变得越来越小，在其经过回流焊炉时，必须将温度提高到尽可能高的水平，然后通过空气进行冷却。在这个过程中，许多微小的元器件会发生位移。这就是为什么在一条生产组装线上会看到一个单独的工位，被称之为电路板的最终检验。他们用肉眼检查元器件是否位移，哪些元器件必须返工。这项新工艺也会改善这一点。你可以想象元器件的引线会落入凹形腔内，这样它就不会移动了。这就是整个工艺的全部理念。在贝尔实验室工作的Ephraim Suhir博士，从数学上证明了这项新工艺比目前工艺的可靠性高10倍。
Greenberg：这项新工艺也适用于QFN和BGA以及任何现代元器件。
Nolan Johnson：这项新工艺也是对Schmartboard以前的产品进行改进而开发出来的。
Yaung：我们希望在已取得的成就基础上，不断向前迈进。
Greenberg：事实是，我们是小公司，没有资源使这项新工艺更为成熟。和Dan合作的原因是想请他帮助我们找到合作伙伴或者想把这项技术提升到更高水平的公司。我们正在寻找有这种需求的公司，我们知道谁是这类客户。
Barry Matties：有没有公司已经对这项新工艺感兴趣了，如果有，他们的主要动机是什么？
Greenberg：我们正在和一些公司洽谈。有需求的公司已经对该工艺感兴趣了，但才刚刚开始讨论这项工艺的技术细节，以及需要他们如何参与推动该工艺的市场化。
Matties：对于你们的产品，你们希望使用范围有多广？
Greenberg：最初，是那些有迫切需要的公司。我在观看SpaceX的发射时，认为航空航天是完美的应用领域，任何军事、汽车、医疗用品都需要这项新工艺。但与其他所有产品一样，它必须能够实现成本节约或良率显著提高，在将这项新工艺引入消费品大众市场之前，这将是它可实现的主要目标之一。
Matties：你们如何验证这些数据，航空或汽车领域何时能够接受这项技术？
Yaung：正如Neal之前解释的，我们是一家非常小的公司。在目前使用这项新工艺进行手工焊接的产品线中，投诉总数只有几个，而这些投诉还都归结为用户的错误。从其使用角度来讲，这项新工艺已经被广泛接受。很多有组装或PCB背景的人对我们说：“我怎么没想到呢？”这项新工艺太简单了。为了将其用于批量生产，我们的标准之一是不改变目前的制造工艺，不必引进新设备。
Matties：引进新设备会成为实施这项新工艺的障碍。
Yaung：是的。作为发明过程的一部分，这对我们来说是不可接受的。在制造过程中，需要对哪些方面进行微调才能使用？第一是PCB。目前阻焊膜层是在完成PCB之前进行的。如果你看一下电路板，目前的工艺是IC引线所在的焊盘比阻焊层高一点。我们颠倒了次序，必须更早地涂覆阻焊膜，然后使用激光蚀刻去除所有路径区域或多余的涂层。这是另一个需要做的步骤。
第二步要看的是，当PCB被放在制造过程中进行组装使用时，他们必须涂上焊膏。如何控制这些IC引线或接点中每个巢或凹腔内的焊膏？如果放入的焊膏太多，会被挤出，如果放入的焊膏太少，可能不够。这是一个反复试验的过程，需要一些实验来完善这个工艺。当开始用SMT设备放下元器件时，第三个阶段是我们可能需要微调机器头，使其精度更好？我们有机会对机器头、硬件以及软件进行微调，使该工艺更加精密，这样当IC落入这些巢内时，只要进入，它就会完美地位于其中。
我马上想到了几个方面：了解今天的工艺，而不是改变今天的工艺，然后如何适应目前的制程？这些可能是我们必须试验和合作的一些领域，而这正是我们需要一个合作伙伴的原因，他们有资源可实现这个目标。
Matties：我们经常看到新技术的出现，也有一些很好的想法，但如果没有适当的资金或推广，最终会失败。用户甚至认为即使是投资这类新技术的试验也有很大的风险。当然不是指你们的新工艺，但我们已经看到历史总是在不断地重复。
Yaung：每一项新技术或发明都有其自身的风险。我们已经看到很多新技术都经历了这个过程，花费了数十亿美元，却没有任何成果。我们已经去除了第一个障碍——不改变目前的生产工艺。这已经是一个优势。现在，如何利用这项工艺来实现这一点呢？需要进行很多试验。要做到这一点，需要时间和资源。
Matties：现在有多少家工厂在采用这项新工艺？
Yaung：有5家工厂，在不同的地点做试验：１家在韩国、1家在美国（美国是发明地）、２家在中国大陆、１家在中国台湾（试验时间很短暂）。我们不再在韩国试验这项新工艺了，因为成本很高。中国的两家工厂正在进行试验。由于疫情的影响，我们考虑只在美国进行试验。我正在和几家美国工厂洽谈，他们很感兴趣。
Johnson：想确认一下，这些工厂都在进行生产吗？
Yaung：是的。他们都是批量生产工厂。两家在中国大陆的工厂试验进行得很顺利。双方签了保密协议，我们告之标准，试验也没有改变原有的生产工艺。
Matties：你说中国台湾的工厂停止采用该工艺了，原因为何？
Yaung：我们停止了合作，因为他们生产遇到困难，达不到阻焊层的高度（即使已经很接近）。对于满足准确的规格要求方面，公差相当宽松，但他们仍然难以达到要求。他们进行了两到三批的试验，结果良率损失了30%至40%。
Greenberg：我想确认一下，我们当下讨论的是样品产品线，而不是量产。
Yaung：在产品内部会看到通道。在IC引线的位置，走线相当长，其目的是可用烙铁手工焊接。把管道里的焊料推到引线上，让它粘在引线上。我们所讨论的或者说我们即将推广的批量生产没有问题，就是一个凹形腔。凹形腔与芯片引线的长度一样。
Feinberg： I-Connect007正在关注3D增材制造的发展，过去三四年，该项技术已经取得了显著优势。事实上，Barry和我是5年前CES展会上第一个报道此专题的人。我的一个想法是，符合专利要求的几何结构和具有更高可靠性水平的几何结构取决于阻焊油墨，但这种几何结构可以通过3D增材打印来创建。
这是一种非常适用于3D增材打印的工艺，尤其是通过3D可打印介质、导体、阻焊油墨、电阻和电容，但不能打印芯片。芯片将会越来越小。其中一个问题是要确保它们有可靠的焊点，因为这类器件不是在二维电路板上生产的——具有高度、宽度、厚度，而且它们是在管道的外部创建电路，等等。这是有机会与这些公司洽谈时讨论的其他内容。
Yaung：就像任何发明一样。你想到了一些东西，然后沿着这条线发明了它，突然间，其他人发现它可应用于他们的产品中，而你却从未考虑过这类应用。
Matties：发明就是这样演变的。这次采访很棒。很感谢你们能分享正在完成的创新。接下来的关键步骤是什么？
Greenberg：我们希望找到合适的合作伙伴，这项新工艺对他们来说是一个巨大的需求，他们有资源，愿意与我们合作。然后，我们搞定新工艺的所有细节和定义。
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