Ray Prasad

Ray Prasad担任Ray Prasad咨询集团的总裁，也是教科书《表面贴装技术：原理与实践》的作者。Prasad还是IPC名人堂（电子行业的最高荣誉）的入选者，在SMT领域拥有数十年的经验，包括他在波音和英特尔担任实施SMT的领导角色，帮助全球的OEM和EMS客户建立强大的SMT基础设施，并开设SMT专业课程。可通过邮箱smtsolver@rayprasasd.com与他联系。他已于10月开办最新SMT课程，可通过ZOOM应用程序远程上课。更多详情请访问www.rayprasad.com。 

 

正如我在本专栏文章的第1部分中提到的，过去的20年，OEM向EMS公司外包生产的数量大幅增加，导致了良率的下降。本文第1部分详细总结了评估OEM或EMS公司制造能力的审核流程。第2部分将重点介绍对供应商技术和制造能力的审核。

尽管我将问题分为不同的领域，即技术、制造、质量和RoHS合规性，但还是会有重叠部分。但不论这些问题属于哪一领域，重点是在审核过程中都要涉及。它们旨在帮助生成与外包的产品和计划审核的生产现场相关的问题。

 

制造问题

一些与业务相关的问题都应该审核，旨在确定供应商的财务稳定性、长期生存能力、定价政策和所采用的质量标准等。还应该询问生产线的生产产能，以及有多少百分比的产能可用于所外包的产品，了解现有产能与外包产品是否匹配。本专栏文章不会涉及这些，而将只关注技术领域。

可以先询问该公司目前正在制造的各种产品中使用的元件类型，以及这些产品中的缺陷级别（PPMO和直通率），借此了解组装厂的技术能力概况。

可以要求供应商检查他们目前正在生产的产品中所使用的封装类型及其间距。以下是一些实例，但基本理念是了解供应商能处理最大和最小I/O数以及最小间距的能力，以确认供应商将要生产的外包产品中的元器件类型：

• 采用的通孔元件类型
• 最小元件（0402、0201和1005）
• 带有细间距（间距为0.4 mm）焊盘的电阻网络
• BTC元件，如QFN、DFN、LGA
• 间距为0.4 mm和0.3 mm的 QFP
• 间距为0.5 mm的CSP/BGA
• 间距小于0.5 mm的CSP/BGA
• 最大BGA的 I/O数
• 叠层封装（PoP）元件
• 其他（请列出）

封装类型及其间距对缺陷水平起着关键作用。正如前几篇专栏文章所介绍的，下面是对不同类型封装可能出现缺陷的简要总结：

• 镀通孔（PTH）：4000 PPM
• 鸥翼形元件：1400 PPM
• 片式元件、BGA、J形引线元件：约600 PPM
• 所有类型元件的平均值：1079 PPM

本研究中值得注意的是，通孔元件引起的缺陷水平最高。这点并不奇怪，因为通孔元件最常用的焊接工艺是波峰焊，该工艺有太多的变量需要控制。由于通孔元件不会在短时间内消失，即使它们的数量急剧减少，您或您的供应商可能会考虑对PTH元件进行自动选择性焊接，以减少PTH元件缺陷。

在同一研究中，作者发现引线的类型及其间距对缺陷水平同样起着重要作用：

• 16 mil间距（0.4 mm）：13088 PPM
• 20 mil间距（0.5 mm）：1878 PPM
• 25 mil间距：950 PPM
• 50 mil间距：650 PPM

当间距为0.5 mm以下时，缺陷水平真的会飞速上升。如果不能避免使用0.4 mm间距的元件，切实需要关注供应商的生产能力，以成功地处理超细间距封装的易损引线。换句话说，如果产品含有间距小于0.5 mm的元件，那么很少有公司能制造出质量稳定的优质产品。因此，如果需要组装超细间距元件，审核过程必须更加严格。

没有完美的PCB表面涂层。所有表面涂层，如HASL、OSP、ENIG、浸银和浸锡，都各有利弊。多数情况下，组装厂不自己制造PCB，而向供应商订购。作为交钥匙供应商的组装厂负责选择其PCB供应商。另一方面，如果指定表面涂层，则应向PCB供应商提出相同的问题。

以下是4个关于产品不同表面涂层问题的实例：

1.ENIG表面涂层：是否发生过黑盘问题？怎么解决的？很少有供应商愿意承认这个问题，但黑盘是ENIG的潜在问题，应该仔细询问。

2.浸银：是否发生过微空洞？如果是，是如何解决的？

3.OSP：在混合组件波峰焊工艺中，是否发生过BGA焊球掉落或导通孔填充问题？是否必须使用活性更强的助焊剂或氮气来实现100%的导通孔填充？即使只要求75%的导通孔填充，如果总是只能达到75%的最小值，是不可接受。

4.HASL：由于这种表面涂层的固有问题是表面涂层不均匀，因此确实值得询问供应商是否可成功地将HASL用于BTC、BGA或细间距封装。很少有人能坦率地说，这就是当初不使用HASL的原因。之前主要的表面涂层是HASL。除了使用HASL难获得均匀的焊料涂层外，板翘曲也可能是HASL的问题之一。对于大多数使用更细间距元件、BGA及BTC的公司，HASL确实不是好的选择。

由于可用性限制，许多工厂必须在同一块板上同时使用铅锡元件和无铅元件。这类组件分为向前兼容或向后兼容方案。关键问题是选择适当的回流焊峰值温度，因为锡铅元件和无铅元件峰值回流温度不同才能进行适当的回流焊。

关键问题如下：

• 组装厂如何处理同一块电路板上的铅锡BGA和无铅BGA？
• 在不影响无铅BGA的适当回流焊情况下，采用什么峰值温度来防止锡铅BGA/QFP过热？
• 当多数元件是锡铅元件， BGA是无铅元件时，采用什么再流焊峰值温度及TAL？
• 供应商是否知道TAL和真实TAL之间的区别？（TAL是指液相线以上时间，真正的TAL是所有被监控的元件都能达到那个温度的时间。当测量BGA的温度，特别是BGA内部焊料球和外BGA球的温度时，差别会很大。）

湿敏元件的操作和控制以及对其暴露时间的跟踪是另一个值得深入探究的问题，因为很少有公司能够正确操作：

• 防止湿敏BGA烘烤（暴露时间到期）的操作程序是什么？
• 湿敏元件可烘烤多少次（某些MSL级别只允许烘烤一次）？

在短时间的审核过程中，很难发现公司缺陷的严重程度。但是，找出过去6个月桥接与开路的比率，可以对可能出现的现场失效程度有很好的了解。短路比开路多6倍是好迹象，因为短路逃过任何检查或测试的可能性几乎为零。另一方面，开路很容易逃脱检查和测试，现场失效很快会发生。如果很难找到能满足这些标准的供应商，不要感到惊讶，如果发现一家供应商的短路比开路多，反而要惊喜了。

询问产品上使用的测试策略（ICT、飞针、功能等）也很重要，尤其是当你看到车间地板上有一大堆报废产品时。在不使用ICT且缺陷率高的工厂，报废品很常见。

技术问题

工厂使用的设备类型很重要。但是拥有详细和正式的设计和工艺文件以及对操作员、技术人员和工程师的广泛培训计划是公司强大的SMT基础设施的关键要素。应该询问在制造工艺开发和生产车间工作的工程师数量，以及他们的资历。这些问题的宗旨是评估他们对技术的了解情况。

例如，应该询问焊膏的特性（成分、金属含量、颗粒大小范围等），以确定选择这些焊膏的原因：

• 采用什么焊料涂布方法（模板或丝网）？
• 为什么选择这种方法？
• 锡膏沉积厚度是多少？
• 如果在同一块板上使用细间距元件，厚度要求是否会发生变化？
• 在具有标准表面贴装和细间距元件的电路板上，采用什么方法涂布焊膏（不同的模板厚度与模板孔径的微调）？
• 是否深入研究了每种方法？
• 是否在细间距元件的脚趾部形成了适当的填充，而标准部件中未形成充足的填充？
• 采用的回流焊方法（气相、红外、对流或任意组合）？
• 电路板表面和焊点的典型加热曲线是什么？
• 是否为每个电路板设定了特有的加热曲线？
• 热电偶连接方式和位置？
• 是否连接在表面或焊点上？
• PCB是否钻孔以将热电偶连接到外层和内层的BGA焊料球上？
• 如果没有，如何知道BGA焊料球是否真的已回流？
• 是否对回流焊工艺进行了制造良率比较？

在开发温度曲线时， BGA需要的温度曲线（较短的浸润时间）和BTC需要的温度曲线（较长的浸润时间）之间存在固有的冲突。当一块电路板上同时有这两种元件时（很可能会出现的情况），供应商会怎么做？为电子组件开发回流焊温度曲线，就像为在同一个烤箱中以相同的温度烘烤火鸡、鸡肉和虾而计算时间和温度（烘烤曲线），不会使火鸡未熟或使虾被烤焦。

问题应集中在评估人员解决复杂技术时的固有技术能力：

• 采用什么清洁方法和溶剂？
• 如何监控产品的清洁度？
• 采用哪种维修/返工设备？
• 返修每种类型表面贴装元件的加热曲线？

对于新技术如BTC、BGA和超细间距封装（如果您的产品现在或将来需要采用这些技术），为了确定公司是否有经验或具有开发新技术能力的计划，应该详细询问与该技术相关的问题。例如：

• 是否计划在BTC中实现脚趾/侧面焊料填充，如果有，如何实现？
• 如何确保获得足够的焊膏厚度，以防止潜在开路同时不会产生过多的空洞？
• 如何防止焊膏滴入散热盘内的导通孔中？
• 怎么看待PBGA的主要问题，与PQFP相比，有什么相似与不同之处？
• 是否经历过枕头效应（HIP）？
• 如果你在竭尽全力来处理焊膏高度、回流焊曲线，你认为元件供应商是否应对HIP负责？
• 你更喜欢铜界定的焊盘还是阻焊膜界定的焊盘，为什么？
• 有些公司将阻焊膜喷涂到焊盘边缘，且间隙为零？对这些公司的处理方法有何看法？
• 您更喜欢通孔式焊盘内设计还是泪滴焊盘式设计？为什么？
• 是否对不同间距、焊盘尺寸、线宽/线距等的PCB布线及其对层数的影响进行了评估？
• 是否试验过不同的焊盘尺寸及其对工艺良率的影响？

 

结论

本文问题背后的理念是确定公司是否进行了广泛的工艺评估，以及他们是否了解关键材料和工艺变量对产品质量和可靠性的重要性。如果公司中有人了解这些问题，或者他们只是在遵循元件和材料供应商的建议，那么在访问期间很短的时间内就会得知具体情况。你知道有多少个元件或材料供应商在制造PCB？其建议的有效性如何？

在此强调，这些问题的目的并不是向公司说明流程，而是评估他们的理解力和能力。应该把重点放在终端需求上。让组装厂考虑如何最好地满足这些需求。你只是想确定他们是否能满足你的要求。

下一篇专栏文章将介绍质量和RoHS合规性问题。 

 

往期专栏文章：（点击即可阅读）

如何审核OEM-EMS的组装能力（第1部分）

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