现代电子装联五大核心理念

2020-05-19 12:01:49 626

现代电子装联应秉承“设计是源头,物料是保障,工艺是关键,管理是根本,理念是核心”这一现代电子装联的核心理念,抛弃就工艺论工艺,单纯局限于工艺的旧思维模式。

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1. 设计是源头

确保设计的正确性,满足DFM、DFA、DFR和DFT的要求,不允许违反禁限用设计和工艺的规定。

只有在设计的初级阶段就把设计的可制造性、可使用性、可检测性和制造的经济性、质量的稳定性等进行充分论证和关注,才可能达到“零缺陷设计”和“零缺陷制造”的双重目的,只有这样的企业才能为客户及市场提供性价比高的优质电子产品。

HP公司DFM统计调查表明:产品总成本60%取决于产品的最初设计,75%的制造成本取决于设计说明和设计规范,70%~80%的生产缺陷是由于设计原因造成的。

中国航天部门统计,一个航天型号产品的质量问题80%出在电装焊接上,而造成电装焊接质量问题的主要原因是电路设计缺乏可制造性。

2008年中国电科统计表明:电子产品的质量问题75%出在电装焊接上,而造成电装焊接质量问题的主要原因也是电路设计缺乏可制造性。

中国电科综合了国内外电子装联行业和集团公司的经验,以及国内外相关标准最新要求的内容,从可制造性设计、物流、工艺优化和质量监控四个层面对PCBA研制生产全过程工艺质量控制提出要求,覆盖典型组装焊接工艺类型,新型元器件、新材料、新技术应用和关键工序质量控制要求。

把设计和工艺结合在一起,把工艺和工艺过程控制结合在一起,不但提出了军品PCBA的质量要求和质量目标,而且十分详细地提出了实现上述质量目标的设计、物料、工艺优化和质量监控措施,这一做法在国内外以往的所有标准和规范体系中尚属首次,被国内著名电子装联专家誉为具有国际先进水平。

解决电子装备质量问题的思路及方案。对故障案例的分析是十分重要的,但也是初步的,一般的可靠性分析人员基本上是就案例论案例,或者着重于从工艺角度来分析故障现象;而我们恰要通过案例分析明确什么样的设计是错误的,是没有可制造性的;同时,针对高可靠电子产品的故障案例集中反映在违反禁限用工艺和设计的现象,重点指出什么样的设计是绝对禁止的。通过上述分析,向企业的管理者,尤其是第一把手和产品型号总师明确造成电子产品质量问题的主要成因是设计缺乏可制造性。在此基础上应用IPD和DFX的先进设计和管理理念,以适应电子装联先进制造技术的电路设计为目标,提出包括可制造性设计(DFM)、电子装联工艺物流质量控制、工艺优化设计、员工要求及全方位培训和管理体制顶层策划五个层面的系统解决方案。

以板级电路为例,可制造性设计是贯穿PCB/PCBA全生命周期的并行设计,它完全不同于目前绝大部分电子企业工艺工作从产品研制生产产业链的后端参与进去的滞后的做法,也不同于当前流行的工艺从设计结束参与进去的可制造性分析;而是完全与电路设计同步并行进行,即从产品的战术技术指标论证和方案设计阶段参与进去,直到产品的售后服务阶段。


2. 物料是保障

物料是电子装联焊接过程中最根本和最基础的构成要素,它既包括元器件、PCB这类加工材料,也包括焊膏、焊料、助焊剂、贴片胶、清洗剂等工艺材料/辅料,其质量的好坏和是否满足要求,直接影响焊接质量。许多电子装联的质量问题往往是由于所用材料的物理、化学性能存在缺陷造成的。

物料质量控制是保证电子装联质量的基础。电子装联物料控制的基本目标是:“制造过程中所使用的各种物料,如电子元器件、印制电路板、焊膏、焊料、助焊剂、贴片胶、清洗剂等工艺材料/辅料等在采购、入库、储存、外包、流转等生产过程的所有环节,都必须符合电子装联质量要求。”中国制造必须走出单一的仿制和“山寨”的怪圈,不能永远停留在“认识可靠性和可重复性概念的重要性阶段”。

任何一个电子产品都应追求高质量、高品位;而要实现高质量、高品位,首先必须遵循DFX的规则,必须进行工艺优化设计,尤其是必须恢复工艺应有的地位和作用。

强调设计是源头,从根本上解决电路设计的质量问题,在设计的初级阶段就把设计的可制造性、可使用性、可检测性和制造的经济性质量的稳定性等进行充分的论证和关注。我们在这里强调“国家利益高于一切”的核心理念,不仅针对军品,更应成为我们企业的核心价值观,我们每个中国公民的做人原则。可制造性设计和物料质量控制是影响电子产品焊接质量和可靠性的源头,立足于“预防”为主的策略,从源头和过程对影响焊接质量的关键要素进行控制和“预防”,其目的是尽可能减少乃至消除由设计和物料质量问题带来的先天不足。


3. 工艺是关键

优化工艺参数,不允许违反禁限用工艺的规定;确保组装焊接质量满足高可靠电子装备的要求。先天的设计缺乏可制造性的缺陷和物料质量问题,是很难通过改进工艺措施进行补偿的,也就是说工艺绝不是万能的!反过来讲,良好的设计质量和物料质量,也不会自然导致可靠的焊接质量,必须以优化焊接工艺参数为核心,以建立完整的工艺质量控制体系为目标,进行工艺的研究和开发。

国外发达工业国家始终把工艺技术研究试验放在突出的位置上。美国工业范围内各研究阶段投入的资金和人力比例,如果以基础理论研究为1,则应用研究为5,产品开发研究为20,而工艺技术研究为300。也就是说,工艺技术研究的投入是产品开发研究的15倍!而我们国内的情况恰恰完全相反。

美国知名智库麦肯锡全球研究院的《中国创新的全球效应》指出:“中国在‘科学研究型创新’中与发达国家存在很大差距的原因在于,科研创新体系的成果质量与投入的规模仍然不成比例。尽管中国的研发投资规模领先全球,但只有5%的研发经费用于资助基础研究,而美国这一比例是19%。是否重视工艺技术研究和试验,直接影响产品质量的提高和经济效益的增长。”


4. 管理是根本

努力提升各企业主管领导对在电子产品研发生产过程中实施DFX必要性和重要性的认同感,要努力让各级领导充分认识到一个企业要做大做强,实施DFX是必由之路!没有一个集中统一的工艺研究部门,没有实力强劲的工艺人员作支撑,也就失去了实施DFX的平台。


5. 理念是核心

电路、结构和工艺是构成电子产品的三大技术要素,三者缺一不可,相辅相成;一台先进、完美的电子产品,不但要有技术上先进、经济上合理的电路方案和结构设计,更需要先进的工艺技术,产品的最后实现及它是否具有市场生命力,在很大程度上取决于工艺技术的先进程度。对于电子产品而言,电路设计产品的功能,结构设计产品的形态,工艺设计产品的过程。可制造性设计差是影响电子产品质量的源头,这个现象主要表现在THT时期和SMT的早期。

在THT时期和SMT的早期,一个电子组装工程师只需了解装备的结构原理和构成,按照设计预定的可靠性期望值和目标,依靠经验的积累就能将其组装成独立的产品,在这个时期,电子产品的可靠性大部分取决于设计的正确性和可制造性。

随着高密度细间距元器件、微小型元器件和电子装联技术的高速发展,电路设计的功能逐渐弱化。当产品的小型化需要应用引线中心距小于或等于0.3mm的高密度高精度QFP、BGA、CSP等SMD,以及英制0201、0005和公制03015Chip,当PCB上的安装密度高于35~50个/cm2、焊点密度高于100点/m2,面对3D组装、多芯片组件(MCM)和3D-MCM为代表的第五代组装技术,必须依赖先进的电子装联技术和先进的电子装联设备。

在现代电子产品的设计、开发、生产中,电子装联技术的作用发生了根本性的变化,它是总体方案设计人员、企业的决策者实现产品功能指标的前提和基础。电子装联可靠性是电子设备可靠性的主要问题,电子装联技术是现代电子设备设计和制造的基础技术。在应用3D-MCM第五代组装技术的电子产品中,电子产品的设计、开发、生产整个系统环节的各类设计的作用将发生不可逆转的变化:电路设计的作用势必会越来越淡化,其作用只相当于应用THT技术时的“预处理工序”;虽然十分重要,却起不到决定作用,取而代之的是电子产品开发链中的“并行工程”。

企业的决策者完全可以采用在电子产品应用THT技术时购买元器件一样从市场上去购买/引进设计定型的电路,然后按产品的技术要求进行组合,按使用条件进行必要的试验,而仅对为数不多的电路进行设计,产品设计的“重头戏”是电气互连技术。这是技术进步的标志,是先进制造技术发展的必然趋势。


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