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再谈可靠性
  2020-10-20      40

专栏作者:Eric CamdenFORESITE 公司

这次全球新冠大流行有多严重?所有的事情全都乱套了。我和大家一样,试图在弥漫天空的乌云中寻找一线希望,但是,我故意忽略大家最关心的健康问题,在本月的专栏中我关注的是电子产品。这样做我自有道理,我不是医生,但我能够诊断电子制造中的问题,有很多问题困扰电子组装工艺。

几个月前,我们就发现很多海外合作伙伴因为必须正确决策为了更大的利益而关闭自己的工厂设施,因此出现延迟发货的情况。当时我们就知道这将引发从硅晶片和裸电路板一直到用户的最终生产组装等所有环节关于可用性问题的一系列连锁反应。

这迫使许多公司认真审视从哪里、如何采购需要的零部件和组装件的问题,并且思考如果出现新一轮的全球性封锁,还有哪些其他选项可以帮助他们避免同样的情况再次发生。就目前的情况而言,许多公司直到现在还保持乐观的看法并固执地把所有鸡蛋放在一个篮子里,到目前为止,这种做法的效果也许还不错。现在我们听到许多这类公司正在寻求扩大他们的基础供应商,同时会增加他们重新考虑如何审批他们供应商的可能性。这要归功于COVID-19吗?

我们从大多数事情开始的地方说起。我说的“开始的地方”,指的是从你的所有材料的供应商开始,你用这些材料来制造组装件。这个供应商列表应当包括你的PCB晶圆厂、元件供应商、焊膏和助焊剂、粘合剂和涂层材料、连接器、外壳供应商等等。正如我曾提到过200万次的问题,你在组装工艺中用到的所有东西都会带来固有的污染风险,这可能会影响你制造出来的产品的可靠性。我们都知道,在II类和III类环境工作时,电子产品可靠性变得非常重要,因此抓住这个机会来确保您获得清洁方面的需求至关重要。

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我建议你要做的第一件事就是检查你当前的需求,然后确定它们是否仍然适合你现在正在制造的产品。很多时候,这些需求都是源于多年来经过一系列小修改的产品。在考察个别产品时,这些改动似乎都很小,但是,把这些小改动汇集起来,它们实质上改变了组装件。对我来说,这意味着构建块的最初集合可能与它们最初的工作方式一样,也可能不一样。它们的工作状态可能在某种程度上和这些产品离开制造它们的工厂时一样,但是,回过头去看看那堆“没有发现任何问题”的退货,就会从中找到其根本原因。

很多时候,你会发现虽然材料没有发生变化,但使用它们的方式改变了。这也是为什么会说用经过更新的验收标准考察新的供应商资格是个好主意。例如,现在要求许多供应商在合同中承担使用IPC的清洁度标准进行清洁测试的责任,这个清洁度标准曾在J-STD-001中出现,但后来被取消了。既然曾经被J-STD-001肯定的清洁度测试不充分,那么,是时候针对你的产品开发自己的测试计划了。这个测试可能仍然包括ROSE测试和1.56 μg氯化钠等量的可接受标准,但是,直到你拥有包含SIR测试的客观证据、数据量更大的数据集之前,无法用这两个标准来确定产品的清洁度。

IPC-WP-019中有关于这个重要(有人说是巨大)改变的所有信息,以及进一步改变清洁度测试的建议。至少,你应当要求对产品进行离子色谱测试,可能以每年进行一次的离子色谱测试作为最初的验收标准。针对所有临时发货,你应当能够接受像裸电路板这类材料的ROSE测试结果;但要,同样这只适用于有IC数据支持的情况。

要求元件供应商提供类似的数据也是个好办法。许多元件组装工艺使用与裸电路板一样的电镀工艺,可能会留下同类型的有害残渣。当元件上有电镀残渣,它会导致引线向上迁移到零件的主体中并腐蚀引线键合以及其他故障。堆叠封装(PoP)组件可能会留下与标准组装过程相同的所有残渣,因此,更多是把堆叠封装视为很小的组装件而不是元件。

说到组装件,我们来看看你应当对它们提哪些要求。当你观察用来让我们实现这个目标的神奇的化学配方时,你会发现它们不是简单地熔化成一堆电子黏性物,这真是一个奇迹。我在想,电子产品的先驱是如何想出这些我们今天所使用的配方的;如果它熔化,把它倒10%回去,然后再试一次。

此外,从历史上看,清洁度是根据IPC的规定用简单、快速、便宜的ROSE测试来确定。按照IPC WP-019的表述,“这种测试方法最初是在20世纪70年代开发出来的;从未打算把它当作清洁度测试或作为一种产品可接受性测试来使用,只打算把它当作一种工艺控制方法”。不幸的是,利用ROSE测试来进行产品验收已经有很多年了,这不是件好事。我不会深入分析为什么会这样做的所有原因,但有大量的研究可以回顾。

多年来,我们的实验室建议用户对每次至少生产20个组装件,然后用ROSE测试和离子色谱测试分别测试10个组装件。这么做,你就可以得到这两种测试的大致相关性,计算出你需要的ROSE数值,不管是1.56还是156.00,因为这都取决于特定的ROSE检验器读取你的产品的方式。许多大公司已采取了额外的步骤,在进行IC测试时,不局限于完整电路板的溶液提取,还要观察PCBA特定区域,以确定电路板的清洁度。

用IC或ROSE进行全局提取溶液将使组装件整个表面上容纳污染物区域正常化,而且这通常会得到及格分。采用这种方法确定清洁度的整个电路板在应用现场从来没有失效过;它是特殊的元件或焊接工艺。因此,准确了解各个独立的工艺的清洁程度对更好地处理和优化工艺,减少活性残留物水平很重要。在有更多印刷电路的新产品中可以看到这些类型的测试,不过,鉴于现有的合同,它们不适合原有的产品。

如果你有计划审核新的合同制造商的资质,那么,现在是再次访问那些原有的产品和更新清洁度标准的好时机,它就像是个新产品。当然,这适用于所有测试类型的所有验收标准,不仅限于清洁度。如果您有已经投入使用几年的产品,并且存在故障的趋势,那么,那么在文章中应该有一个更好的筛选方法。当你的企业正在利用这个意想不到的机会来扩大基础供应商时,你也可以扩大你的验收标准,有助于生产出更可靠的产品。

作者简介:Eric Camden Foresite公司的首席研究员。如要阅读过往期刊或联系Camden,请点击这里。

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