电路技术协会北部研讨会在新的会议地点召开:Harrogate,其是英国北约克郡优雅又有历史意义的温泉小镇。会场也令人印象深刻:自维多利亚时期伊始,犹如宫殿般富丽堂皇的Majiestic酒店内华丽的会议厅。
ICT技术总监Bill Wilkie介绍了本次会议的四场演讲,第一场主讲人是Martyn Gibson,是Boroughbridge附近的GSPK Circuits公司的业务总监,也是本次会议的赞助人。Gibson的演讲内容来自他将近40年的行业经验,他是精益生产的倡导者,将精益生产引入了GSPK公司,同时还带动了大量的客户和供应商,他讲述了精益制造原则在快速流转的制造业环境中的现实利益。
Gibson反复强调精益制造是向客户提供产品的一种方法,提供的产品能满足有持续性需求、质量过关、价格合理、符合数量等条件,同时实现持续盈利和削减成本,他认为公司的压力正是需要精益制造的原因:如满足客户对服务和质量的要求,扩展公司全球市场,降低成本,提高运营效率,追踪和控制材料陈本,创造灵活的生产环境和保证产品跟得上不断改变的市场要求。
他解释了关于精益生产的一些流言,如仅仅是日本文化,仅能应用在汽车制造的车间以降低成本,并强调了精益制造的重点:少在一些没有增值意义的活动上浪费时间,要更关心有增值意义的活动,使用不同的形式消除整个价值链中的浪费,并且坚持向着零库存,零不良品,零停工时间这一目标努力。他还反问过这一问题“如果你的客户能看到你公司中的所有事情,他们会付钱给你么?”,补充说“他们会!”
GSPK指出了精益制造的五大原则要素:“价值”是客户愿意为之埋单的,“价值流”是传递价值的一系列步骤,“流”是组织价值流使其连续的过程,“拉取”是为顺应客户需求做出的响应,而“完美”是无情地剔除废品的结果。
大神的意思是“一位具有影响力的老师、向导、受欢迎专家和某个领域的大师”,尽管行业的中坚分子Dennis Price假装自己已经正式退休了,但是在座的各位都很清楚他的“享受退休生活”其实是仍保持与ICT网络的联系,并成为 Merlin Circuit Technology的客座专家。
在他关于PCB和芯片散热方法的演讲中,他开始时表达了一些担忧,最近一项设计者调查问卷显示,很多工程师都将散热作为低优先设计项目,并且大多数工程师都没有在设计之初尽早地考虑散热问题。当设计师考虑测试散热问题时,超过四分之一的人,在设计已经完成之后才考虑发热问题,超过一半的设计师在第一个原型出来后才进行散热设计的测试。而且,很多设计师认为发热仿真技术太复杂了,还浪费时间。
针对这一现象,他解释了一些散热建模的基本术语和原理,并且讨论了三种元件散热的方法:向PCB传导热能,通过电路板上的走线散热和将热量传递到散热器,通过被动或主动热对流将热量散发到局部环境中或辐射到其他表面。只有热传导和热对流是现实的热传递方法,“除非是太空中,那里你就只能靠热辐射了!”
Price依次传阅了几件他收藏的样品,列举了PCB制造技术散热系统的发展史,从粘接外部散热器发展到作为CTE控制附加功能的因瓦铜夹心板结构,从笨重的单层或多层内部散热铜层发展到近几年越来越普及的绝缘金属底板。他列出了可用的IMS材料以及供应商和材料性能数据,并讨论了如何在简单的单层设计、具有散热过孔的二层和四层设计结构和热传导半固化片中利用这些材料。他也举出了一些双面电气绝缘孔的设计实例,这些孔穿过了铝层和那些铝基层暴露的地方,方便与外部散热器接触。
为了将每个功率器件的热量散发出去,可在PCB板内部凹陷处嵌入固体铜“硬币”,这样,把QFN部件放在与散热过孔与铜片相连的导热片上,QFN部件中的热量就可以散出,但还需要采取一些防护措施,避免因虹吸效应而造成焊锡融化问题。Price解释了散热过孔可以打在热传导树脂上并电镀,或者完全用电镀铜覆盖。CTE控制在某些设计中仍然是个问题,专有的碳芯层压板也正在取代无纺布人造纤维复合材料,复合材料曾是因瓦尔铜夹心板的替代品,但也存在诸如水分吸收等问题。
Price以对热管设计的发展的讨论结束了他的演讲,他指出管状的两相热传导设备能有效地作为封闭的蒸发冷凝循环结构工作,通过挥发性液体把来自热源的热量传递给散热器,将导出的热量作为驱动力。
Dr Darren Cadman来自Loughborough 大学,是SYMETA 项目的工程师(合成3D超材料Synthesizing 3D METAmaterials),SYMETA项目由Engineering and Physical Sciences Research Council提供资金。他解释说Loughborough大学正带领着五所高校、12家行业合作伙伴中的工程、物理、材料科学等领域的专家研发可应用于RF、微波和T赫兹电子领域的具有特定电磁特性的多功能3D超材料。
该项目开始编制元原子的调色板作为超材料的构建块,超材料是合成材料,具备天然材料所没有的结构和特性,并使用积层制造技术,实现非常强的电介质性、金属性和磁性,这些特性为设计者们提供了新的创新机会。项目的目标是创造复杂的多元件系统,该系统整合了多个元器件,如电感、电容、电阻、传输线和过滤器等等。项目的最终目标是通过积层制造构建全面PCB的生产力,尽管微波应用的设计以及材料和工艺都将面临诸多挑战。
通过熔融沉积成型技术进行积层制造的已确定的材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和聚乳酸。新合成的低损耗聚亚苯基以太化合物目前已经可以使用了,是专门为RF应用合成的材料。Dr Cadman展示了制作出的复杂的三维蜂窝状细胞结构的类型,并且给出了以超原子之间的连接和分隔方式形成的金属元素的夹杂物,提供额外的分子自由度,改进绝缘性和磁性的例子。Voxel8 3D打印机是专门为制造电子设备而设计的,在初期研发工作中使用,同时将多材料处理作为未来的目标。
来自Leicester大学的Karl Ryder教授做了最后的演讲,演讲主题是下一代PCB表面处理技术。距离Michael Faraday 提出电解作用原理和金属表面处理实验已经过去150年了。但是他的所有研究都与水溶液有关。自1990年代末以来,Leicester大学的研究组就一直在探索能替代水溶液的非水溶液化学反应进行金属表面处理的方法,非水溶液化学反应建立在一系列含有四级铵盐金属盐和氢键的低溶离子混合溶液。这些离子溶液是室温熔盐,其具有特殊的溶解性质、低蒸汽压力、良好的热稳定性和范围较广的电化学窗口,能达到水溶液反应达不到的效果。然而,离子溶液非常昂贵,Leicester大学的团队寻求开发有类似性能但更实际和成本更低的材料。将在工业上常
用的乙二醇和胆碱以2:1的摩尔比例混合,产生一种离子溶液,该溶液是溶解性极高的溶液,该溶液被命名为Ethaline 200。并且已经成为一系列金属表面处理方法中的基本溶液。因为该溶液溶解金属氧化物的特性,有报告称其也具备用作合金助焊剂的潜力。
Ryder教授在具体讲述使用特殊金属如银、钯和金做为改善PCB可焊接性浸渍涂层之前,还描述了几种在电镀、电抛光、金属循环利用和能量存贮方面的应用。浸入式化学沉积是基于极易溶解的溶液的,其不污染环境,毒性低,并且比传统浸入式工艺效率高。Ionmet项目已经表明了浸入式镀银方法的优势,Aspis项目表明了无法电镀的镍表面采用浸入式镀金的方法带来的腐蚀问题能够通过在极易溶解的溶液内的进行化学反应解决。不仅如此,氢盐也无需作为金元素的来源。
目前与Macfest联名合作项目正接近尾声,项目成果是镍钯金通用焊接材料和PCB表面引线焊接。基层是商业用无电镀的镍磷,大概3到6微米厚,在这之上,是一层50~150纳米厚的钯层,该钯层是通过Ethaline内的钯氯化物成分使用浸入式工艺形成的。最后一层是25纳米的沉金,来自无酸无氯的溶液,其中金元素来自金氯化物或钠金硫代硫酸盐,这里再次使用Ethaline 200作为溶液。这一表面处理工艺,被称为ENIPIG,已经通过单独的测试来检测其可焊接性,测试结果与标准ENIG一样或更好,并且没有证据显示出现过晶界拉边腐蚀的现象,有证据说明ENIG会导致“黑色焊盘”故障的发生。
Bill Wilkie总结了会议,并感谢了GSPK的大力支持,并对那些接受委托分享经验的演讲者表示感谢,他们中有些人不远千里来到本次会议,并对他们的付出和参与问答环节表示感谢。正式的会议结束后,本次ICT会议特设的非正式的交流环节将在这个美好的夜晚继续进行。
Pete Starkey常驻英国,在2008年作为技术编辑加入了I-Connect007。Starkey在PCB行业有超出30年的经验,具有工艺研发,技术服务和技术销售的背景。联系Starkey请点击 click here.