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《SMT核心工艺解析与案例分析》


近年有关表面组装技术(SMT)的书籍多起来了,各种教材、译著、专著等已有数十种之多,这是我国SMT产业兴旺发达的重要标志之一。不过目前已经面世的SMT书籍,来自产业第一线技术人员原创的还不多见,相当一部分内容来源于译著和国内外技术刊物、会议论文和技术培训等资料的梳理、归纳和整理,作为SMT教育培训和入门学习,发挥了很大作用。但是这些以技术普及为特征的著作,对于目前业界产业转型、技术升级等越来越高的要求,就显得捉襟见肘了。
从1985年起,我国的SMT产业经历了初期的小规模技术引进、消化吸收和学习探索;早期的技术积累和产业逐步走向规模化;继而在世纪之交进入中期的快速发展,产业规模急剧扩张,从业人员大量增加,技术人员供不应求,产能迅速扩大,成为电子制造“世界工厂”;之后开始步入调整充实阶段,并经历了百年不遇的世界经济危机的洗礼,产业蓄势待发;现在可以说已经迎来产业转型、发展模式创新、由SMT大国向强国跨越式发展的历史新阶段。在这个阶段,学术界需要深入研究,企业界需要技术提高,非常需要来自产业一线的、经过实践检验的技术专著。
不谋万世者,不足谋一时;不谋全局者,不足谋一域。SMT先进国家发展的历史经验值得注意。在规模化电子产业半个多世纪的发展中,日本电子产品以高品质著称于世,称雄全球几十年,至今不衰,靠的是什么?靠的是他们对技术的精益求精,靠的是他们对行业的锲而不舍,靠的是他们对技术细节的精雕细刻,靠的是他们工作经验的日积月累,靠的是他们对高品质孜孜不倦的追求。产业转型,实现由大到强的跨越,不可不向日本企业学习。不管科技含量高低,只要产业需要,认认真真钻研它,兢兢业业做好它,老老实实积累经验教训,力争少犯或不犯同样的错误,这是日本企业一贯的做法,也是最容易学的一个“秘籍”。很多收集案例的日本技术书籍,可能在有些人眼里是没有什么学术水平的“雕虫小技”,但是却能解决实际问题。业界需要更多这样的适用、实用并且管用的著作。
当前,我国企业正处于转型的关键时期,SMT产业也不例外。 当低成本劳动力优势不再的时候,当单纯靠组装加工维持增长越来越艰难的时候,当制造大量低质产品压价竞争越来越不灵的时候,当粗放型管理和技术已经走到尽头的时候,只有一条路,就是自主创新,技术升级,靠高质量、高效率创自己的品牌。在这个时期,非常需要在业界打拼了多年、业绩卓著、经验丰富的技术专家把多年的积累整合提高,与业界同仁共享,为早日实现我国SMT强国目标贡献力量。
作为一个在SMT行业工作了二十多年的SMT技术专家,贾忠中高级工程师总结了自己在生产实践中积累的经验,把处理过的典型问题整理为65项核心工艺和134个案例,拿出来奉献给业界,正是当前急需,雪中送炭,十分难能可贵。在向作者辛勤工作、慷慨奉献表示敬意的同时,向业界推荐这本技术专著。

SMT是实践性很强的工程技术,必须在实践中学习和提高。古人云“吃一堑,长一智”,这是对一般人而言。对聪明人来说,应该少吃堑多长智,甚至不吃堑也长智,这就是借鉴别人的“堑”长自己的“智”。这本书就为我们提供了许多“智”的增长点,就看你能否很好应用。

 

清华大学SMT实验室

2010年6月于清华园     

 


 
前    言
本书第1版写于2010年11月,当时写作的目的很简单,不想写一本SMT的基础教程,因为类似的书已经很多,希望能够写一点对读者有帮助的参考书,那怕有一个案例或一句话能够对读者所从事的工作有所启发就知足了。在此思想指导下,作者把自己多年从事SMT的一些心得、案例进行了简单的整理,奉献给读者。
本书自出版以来得到很多读者的欢迎,大多数读者给予了“实用”、“有用”、“是一本不可多得的参考书”等高度的评价(见当当网),我觉得很欣慰。读者的评价给我很大的动力,也因此对本书进行了“升级”,希望读者朋友喜欢。
表面组装技术(SMT)是一门比较复杂且不断发展的技术,从有铅工艺到无铅工艺,从大焊盘焊接到微焊盘焊接,挑战不断,但是,其基本的原理没有变,工艺工作的使命没有变(工艺实现和工艺稳定的问题)。重点掌握SMT的工艺要领、工程知识、常见焊接不良现象的产生机理与处置对策,对建立有效的工艺控制体系,快速解决生产工艺问题,具有十分重要的现实意义。
工艺要领
工艺要领,顾名思义,就是指工艺技术或工艺方法与要求的关键点。掌握了这些关键点,就等于抓住了工艺技术的“魂”,在遇到千变万化的不良现象时就可沿着正确的方向去分析和解决。举例来讲,如果不了解BGA焊接时本身要经历的“两次塌落”和“变形”这两个微观的物理过程,就很难理解BGA焊接的峰值温度与焊接时间的意义。再比如,如果不了解有铅焊膏焊接无铅BGA将改变焊点的熔点及组分的特性,就很难理解混装工艺的复杂性。因此,在学习工艺知识时,掌握要领非常重要,它是分析、解决疑难工艺问题的基础。
工程知识
作为一名SMT的工程师,如果仅仅停留在了解书本知识的层次,绝对称不上合格。生产现场需要的是掌握基本工程知识的人。对装联工艺而言,工程知识包括工艺窗口、基准工艺参数与基本工艺方法,如钢网开窗,对某一特定的封装,采用多厚的钢网、开什么形状及多大尺寸的窗口,这些具体的、可用的实用知识,一般都是基于试验或经验获得的。
常见焊接不良现象的产生机理与处置对策
如果不了解每类元件容易发生的焊接问题、产生原因,那么,就不能做到有效地预防。道理很简单,没有想到的绝对做不到。掌握常见焊接不良现象的产生机理与处置对策,最根本的途径是在实践中运用所学的理论知识,分析问题、解决问题,把理论知识转化为处理问题的能力。工艺说到底是一门实践性很强的学问,靠经验的积累,正如医生看病,看的病人多了,经验就丰富了。在实践中,我们经常会碰到这样的情况,比如什么是芯吸现象?相信大多数工程师都能够回答出来,但在碰到芯吸引起的问题时往往不会想到芯吸,这是因为没有把理论知识转为处理问题的能力。日本电子产品以质量著称于世,一条重要的经验就是“学习故障,消除预期故障”。从实践中汲取经验,把经验再用于指导实践,这是非常重要的方法。

装联工艺是系统工程问题
装联工艺质量涉及“人、机、料、环、法”五大方面。如果这些“入口”质量波动很大,那么,建立高质量、可重复的工艺就是一句空话。许多企业为了降低采购成本、规避风险,使用多品牌的物料,这对工艺而言却是一大隐患。不同品牌的物料,特别是标准化程度比较低的物料,常常质量不同、引脚宽度不同,这些往往是导致工艺不稳定的因素。因此,要打造一流的工艺,必须从物料选型、工艺设计、工艺试制、工艺优化、质量监控等方面系统思考、系统控制。
鉴于以上的认知,作者从应用角度筛选了65个核心工艺议题,对其进行了总结与解析,指出要领,作为本书的上篇。同时,精心选编了134个典型案例,图文并茂地介绍了缺陷的特征、常见原因以及改进措施,作为本书的下篇。
对于案例的选编,主要是以能够帮助读者深入理解工艺因素的影响为主要考量(限于篇幅,案例都略去了问题的分析、解决过程,待以后有机会与读者深入交流)。对于案例提供的解决措施,限于“现象、现场、现物”的差异,仅供参考,不可盲目照搬。希望参考时注意:第一,这些案例中提供的解决方法不是一个关于某问题的系统解决方案;第二,要认识到,“一个工艺问题可能有多种产生原因,同样的原因也可能导致不同的缺陷”这一情况,在采取措施之前,必须对问题进行准确定位、对措施进行验证,不可盲目地照搬;第三,要认识到,许多工艺措施具有“两面性”,比如,为减少密脚器件的桥连而使用薄的钢网,但又会加大引脚共面性差元件的开焊(Open Soldering)概率,因此,在采取措施前必须进行权衡与评估。
需要说明的是有个别案例出现在不同的章节,这不是简单的笔误,而是作者有意地重复使用。有些工艺问题产生的原因,有时很难界定为设计问题、物料问题或操作问题,它们之间有时会转换,往往从不同的侧面都可以解决。对于此类问题的产生原因,可以说是A原因,也可以说是B原因。比如, BGA周围装螺钉容易引起BGA焊点拉断的问题,可以说是设计问题,也可以说是操作问题。本书案例篇之所以按问题产生原因进行分类,主要希望强化读者对这些工艺影响因素的认识,在分析问题时想到它。
为了不给读者增加阅读负担,本书采用了图表格式编排,凡是图能够说明的问题就不再用文字加以说明。
本书插图及文字中所用的数值单位一般采用公制英文字符缩写。对于一些在行业内习惯使用英制单位的应用场合,如钢网厚度,本书在公制单位后也加注了英制单位的数值,以方便使用。
本书适合有一定SMT经验的从业人士使用,最好是掌握SMT基础知识并有一年以上实际工作经验的专业人士参考。
本书前后各节内容独立成篇,可以根据需要选择性阅读或查阅。
本书内容多是作者的经验总结,限于作者见识的产品类别、案例所限,有些观点或讲法可能不完全正确,敬请读者批评指正。
特别感谢清华大学王天曦教授百忙中为本书作序。

贾忠中