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焊接技术的最新进展
  2020-07-28      70

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Nolan JohnsonBarry Matties的专题采访,I-CONNECT007

I-CONNECT007的Nolan Johnson和Barry Matties采访Clemens Jargon,深入探讨他从Mycronic公司的角度看待焊接技术发展过程中出现的问题和当前的发展动态。采访的内容涉及行业趋势、焊膏喷射印刷与钢网印刷,以及许多不同的焊膏选项。

Nolan Johnson焊接技术和相关材料的研究开发都出现了很大的变化,包括支持把元件焊接到电路板上工艺的设备功能。你是如何评估目前在PCB上涂敷焊膏的开发工作、进展情况和面临的挑战?

Clemens Jargon这个问题问得好,这正好也是Mycronic公司为什么要做喷射印刷而不是钢网印刷的关键。在所有的SMT工艺中,标准的钢网印刷工艺是最成熟的技术,当你深入考察这个工艺时,就会发现钢网印刷很容易出现缺陷。

焊接不当的原因有很多,诸如由于涂布焊膏产生的短路或开路。还有材料方面的问题,这一点毫无疑问。你一旦能够避免这些钢网印刷固有的缺陷,就可以显著地提高整个印刷工艺的质量。调整焊膏材料的各种问题是很难的,改变焊膏中的材料也很难,但对于只要能够进行有效控制的事情,这里是指焊膏涂布工艺,我们可以做出非常有效的改变。我们的目标是消除90%与焊膏有关的问题,一旦达到这个目标,我们就可以把一半以上有缺陷的电路板变成完好的产品。

我们希望能够帮助客户提高一次通过的成品率,这是我们专注于喷射印刷技术的原因。我们不使用钢网,而是喷射印刷在PCB上需要的所有焊膏点。我们避开钢网印刷和与它有关的各种问题,这可以省去了购买钢网的成本,其中还包括存储和清洗钢网的成本。与钢网印刷相比,整个喷射印刷工艺是一种更现代化的做法,可以提高一次通过的成品率和客户最终产品的质量。我们还可以做得更好。你也许还记得,不久前我们收购了法国的Vi技术公司。他们在SPI和AOI技术方面特别强。焊膏检查(SPI)技术对我们特别重要,与很多问题有关,现在我们可以把喷射印刷技术和先进的检查技术结合起来,为我们的客户提供闭环的解决方案,这是个实实在在的进步,对工业4.0来说意义重大。

每一块电路板都很重要,而客户希望他们的焊锡涂布工艺是100%可靠的,这时,他们就会选择购买系统性的方案:在购买了喷印机之后还会购买SPI。在喷射印刷完成后,只要与完美印刷存在偏差,SPI就能识别出来,建立可能是必不可少的维修资料,并将这个资料反馈给喷印机。在此之后,你把相同的这种电路板送回喷印机时,它就会根据条形码识别确定这块电路板是否需要进行维修;遇到需要维修的情况,它只需要执行维修文件,这样做出来的电路板是完美的,从而避免浪费。

鉴于有时候生产线要求高速生产,仍然需要用钢网印刷机来执行印刷操作,我们还可以把钢网印刷机、SPI机和喷印机结合起来使用。然后,作为下一个步骤,你可以用我们的SPI检查钢网印刷后的电路板。SPI可能会识别出印刷结果中的一些缺陷。同样,SPI建立维修资料,并将它发送给喷印机。在后续的工艺步骤中,有缺陷电路板进入喷印机,喷印机将对其进行维修。这意味着像SPI和喷印机这样的技术组合提供更好的印刷质量,并且提高可测量性,这在以前只有标准的钢网印刷机时是做不到的。

Johnson我可以想象出在制造车间里会是什么样子。你在喷印机上印刷电路板,观察这个印刷工艺的结果。有些电路板可以直接通过印刷机,有些电路板需要在操作人员的干预下两次才能通过印刷机。

Jargon是的,你可以把钢网印刷机、SPI和喷印机连接起来,在理想的情况下,PCB直接通过生产线,对它进行钢网印刷、检查和维修。假设你建立的是无钢网生产线,只有喷射印刷和SPI,那么你建立的工艺和钢网印刷工艺就不一样。当SPI发现电路板上有缺陷并发出警报时,操作人员可以手动将电路板送回喷印机中进行维修。有些客户在SPI后面安装了另一台喷印机;操作人员就不需要接触有印刷缺陷的电路板,整个工艺是自动化的并直接在维修工艺中完成。所有这些技术组合都是可行的。这取决于客户在工厂中安装的设置。

Johnson很显然,为例行检查工作编制程序,成为印刷工艺的关键部分。

Jargon是这样的。这种设备拥有数学运算与智能算法要比硬件多。印刷技术把非常可靠的硬件和先进的软件融为一体。你需要一个非常强大且稳定的平台,具有高质量的机架、独特的喷射器技术和操作软件。我们从2005年开始就开始研制喷射印刷技术。软件是整个Mycronic方案中非常重要的一部分,我们一直在持续改进这个方案。

我们印刷的焊膏点是即时生效的。这意味着当我们涂布焊膏时,喷射器在连续不断地移动。软件中的算法在焊膏点落到PCB上之前要预先计算焊膏点落下轨道曲线;在涂布时我们不能让喷射器停下来。我们让喷射器连续不断地移动和发射,但我们仍然能够做到如此精确和准确。这是因为把强大的软件与非常耐用稳定的硬件和独有的喷射计技术结合起来。

Johnson: 毫无疑问,你们同焊膏供应商的合作非常密切。作为一家喷射技术公司,目前焊膏材料的问题或面临的挑战是什么?

Jargon这个问题正好说到我前面所说的那一点,我们提供硬件、软件和喷射器技术的组合。但缺少第四个元素:焊膏。并不是所有的焊膏都是可喷射的,所以我们必须同所有相关的焊膏制造商紧密合作,获得高质量的可喷射焊膏。不是所有焊膏供应商都能够提供可喷射焊膏。我们已经认识到,供应商必须对他们的焊膏生产工艺进行完善的控制。他们不能允许出现任何工艺缺陷;在制造完美的喷射印刷焊膏时,没有妥协的余地。

我们很早就开始与焊膏厂商合作展开工作。我们甚至必须雇佣化学专家用专业的语言与他们交流,确保焊膏与我们的喷射器技术完全保持一致。当所有事情快速推进并且必须做到非常精确时,必须清除某些风险。例如,喷射器可能堵塞,材料会因此被卡在喷射器里。

在你印刷焊膏时,存在出现外围组织的风险。这意味着在你印刷时,可能会溅出一点儿焊膏,然后会出现星星般的焊膏点,就是很小的焊膏点,而这不是你想要的。这是因焊膏的粘度不当造成的风险,并且你会观察到孔洞。我们已经知道,这些东西会对质量产生负面影响;因此,我们确定,除了与我们的合作伙伴密切合作,没有其他的选择。

与此同时,几乎所有的焊膏制造商都认识到,焊膏行业朝提供喷射焊膏方向发展的趋势越来越明显。他们都与我们紧密合作,并且在不断地改进他们的焊膏。我可以给你举个例子。我们与一家焊膏供应商合作;他们向我们提供的焊膏来自他们的研发实验室,在印刷时,结果是完美的。然后,他们生产更大批量的焊膏,而我们突然观察到问题。焊膏堵塞喷射器。

我们认识到,在这个研发实验室中,批量较大的混合工艺与小批量的混合工艺不一样。这个实验室对混合工艺的控制不到位,影响焊膏和印刷的质量。我们的合作伙伴很快调整大批量的混合工艺,我们又得到完美的印刷效果。要确保印刷工艺交付最好的精确度和完美的质量,焊膏制造商是我们非常重要的合作伙伴。

Barry Matties: 当客户遇到质量问题时,他们是打电话给你,还是打电话给焊膏供应商?

Jargon: 这要看具体情况。制造问题的人应当也是解决问题的人。经常是这样的,当出现问题时,客户会来找我们,在此期间,我们可以确定问题可能出在哪里,并在必要时立即咨询焊膏供应商。不过,在我们看到问题与我们的机器有关时,或者在我们看到我们可以帮助焊膏制造商时,我们就会立即与制造商联系。这种设置必须以完美和谐的方式运行。

Johnson在这种生产线中如果有SPI是否有助于提供诊断信息,以便更快找出焊膏的问题所在?

Jargon在检查电路板时,我们会分析印刷结果。因此,如果错误的焊膏或不好的焊膏可能会影响印刷的图案,我们也可以追溯根源并告知焊膏供应商,“让我们一起看看我们可以做些什么来改进”。

Johnson: 现在,在Mycronic公司,在研发方面你主要关注点在哪里?你的优先级是什么?

Jargon优先考虑的是优化整个工艺,尝试最大限度地消除我们可能遇到的问题。我们看到继续朝着进一步小型化和实现更复杂的PCB的发展的趋势。在2019冠状病毒疫情(COVID-19)大流行结束后,我们可能会看5G技术将得到极大的推进。和以前的其他电路板相比,5G电路板越来越复杂。我们把研究开发的重点放在能够更加灵活地支持我们当前看到的趋势,例如使用更小的点焊和用灵活的方法涂布焊膏。当客户要处理非常复杂的电路板而且仍然使用钢板印刷工艺,他们往往不得不使用阶梯模板,但这些电路板可能非常难用阶梯模板来处理。有了喷射印刷,我们就不需要使用阶梯模板。

我们还把重点放在扩大喷射印刷技术所用焊膏的多样性上。目前有一些需求很强劲,例如低温焊膏。我们与几乎所有的合作伙伴展开合作,让在我们的喷射机上使用的低温焊膏获得认证。我们还看到可清洗的水溶性焊膏产品强劲的需求和趋势,我们正在做这方面的事情。因为水溶性焊膏是一种侵蚀性很强的材料,所以这种材料涂布起来很困难。你必须开发喷射器技术,使它达到这些要求。我们还把大量的研究开发资源投到进一步的设备集成和整条生产线的解决方案上。

我们看到行业标准变得越来越相互关联,我们看到更高水平的工厂集成的持续需求。这是需要工程师花费大量时间的领域。另一个持续增长的趋势,是发展更先进的软件。硬件是可以控制的,现在的问题是,“我们如何用高度智能化的软件解决方案来支持我们的客户”?

Matties你提到许多不同类型的焊膏。在组装行业中有多少可喷射的焊膏成分组合?

Jargon: 首先,有两三家规模非常大的跨国供应商,我们基本上与他们都有合作。但是,你到中国看看,就会发现那里有很多规模不大的公司,而中国是我们非常重要的市场。在不同的行业领域,有很多中国的本地的供应商。这些制造商中各自提供用于不同应用的不同的焊膏。有时候,他们甚至能够为某些应用定制焊膏。

当大型手机制造商在研制下一代手机时,他们有时候会有某些应用对焊膏有非常特殊的要求,而它们目前仍不可用。他们与焊膏制造商一起工作,要求是:“你能够按照我的要求定制焊膏吗”?他们发现这些应用无法用钢网印刷工艺来完成;他们不得不使用喷射印刷工艺。然后,他们来找我们,“我们需要定制这种焊膏。你确定这些焊膏可以作为可喷射的焊膏用在你的印刷机里吗”?

Matties: 你是说在他们的这个应用中可以用各种不同的焊膏,而且组装人员会根据他们工厂使用的技术来选择焊膏。是基本相同喷射技术,或是他们需要为不同的焊膏改变所有的喷头,还是他们要怎样做这项工作?

Jargon: 我们有不同的喷射器系列,这些喷射器或多或少是按照相同的喷射器技术来设置。有时候,你必须考虑可以改变哪些参数,怎么改,如果改变是合理的,我们再来和焊膏制造商商量怎么做这件事。但对于标准的焊膏,需要调整喷射器技术的情况非常少。但在焊膏方面,有时候需要逐步实现改变。

其他要注意的问题是:焊膏的储存可能存在一定的挑战。你必须在某些条件 (例如特定温度)下储存焊膏。否则,它就会老化并过期。我们和一个合作伙伴共同研制出一种可以在室温下保存的焊膏。供应商把它称为改变游戏规则的焊膏。因为他们想要一种更容易长期储存的可喷射的焊膏,所以他们与我们共同开发这种焊膏。这是另一个例子,你必须与客户合作获得完美的高质量解决方案。

Matties: 工艺可能会变化,但是,一旦他们购买了喷射设备,他们就要和焊膏供应商打交道。

Jargon: 是的。我们从硬件、喷射器的角度提供参考技术,然后他们再进一步开发和调整他们的焊膏。

Matties: 速度一直是喷射技术的问题。你是如何满足大批量生产的要求?

Jargon: 我们可以以300赫兹的频率喷射焊膏,也就是每小时喷射100万个焊膏点。这个速度很惊人,但它仍然没有钢网印刷那么快。当你在大批量的应用中使用标准的PCB时,如果你不对PCB设计做任何改变,一直使用相同的电路板,那么你可能更倾向使用钢网印刷机。虽然我们想在工厂里彻底不使用钢网印刷,但我们也必须保持公平和尊重现实。甚至要求达到300赫兹以上的喷射速度并保持同等的喷射印刷质量,这是个真正的挑战,它也可能没有实际意义。只要生产切换不是问题,钢网印刷技术在大批量生产中仍然有存在的空间。开发一种印刷机并提高它的速度,当它的价格达到某个价位,就不再有竞争力了。

Matties: 它的经济效益将取决于电路板的质量。如果你正在承受现场故障,那么,投在喷印机上的钱也许是值得的。

Jargon: 是的。当大批量的客户也想充分体验喷印机技术的好处时,他们把喷射印刷和钢网印刷机结合起来使用,建立一套扩展的解决方案。大批量的焊膏涂布将用钢网印刷来实现。他们把我们的喷印机放在钢网印刷机后面,所有不能用钢网印刷机做的更富有挑战性的图案或焊膏涂布,将用这个扩展的喷印机来完成。

Johnson: 在多品种、小批量的生产环境中,因为喷印技术可以很轻松适应并保持生产运行,所以用喷印技术来处理所有的焊膏似乎是讲得通的。在大批量、低混合的环境中,首先是从钢网印刷开始,做检查,然后使用喷印技术维修钢网印刷中的所有错误,最终提高自动化的第一次通过率,这是有意义的。在什么情况下采用这个折衷方案?达到多高的生产批量时,你才需要开始从喷射印刷切换到钢网加喷射印刷?

Jargon: 你可以逐步进行这种切换。正如你所说,在多品种、小批量的生产领域,我们在世界各地已经有一些客户,他们彻底放弃钢网印刷。当你需要使用更快的速度并转向中等批量生产时,你可以把两台喷印机连接起来。我们把它称为双机方案。我们可以让两台印刷机在生产线上保持平衡,这意味着有四个印刷头,从而可以以更快的速度来支持中等批量生产。

如果你正在考察一家生产智能手机或其他的大批量工业产品的大批量生产的EMS公司时,这种喷印机的速度可能还不够快。但是你可以把三台喷印机连接起来。三台喷印机意味着六个喷射头连在一起并且保持平衡,这种做法从经济上看可能会是个挑战。在这种情况下,客户最好再额外安装一台钢网印刷机。对于任何多品种小批量生产和中等批量生产,这可以用喷射印刷来实现。一旦超过这个范围,就必须增加钢网印刷。

MattiesClemens,谢谢。

Jargon不客气。

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