无铅技术系列文章三:无铅技术的导入管理

KIC特约顾问 薛竞成 撰写

前言:

在无铅技术的课题讨论上,我想最缺乏的是无铅技术的有效导入和管理方法。到目前为止,大多数较有经验和成果的无铅用户,多是那些参与无铅技术研究开发的国际大企业,或是有大客户全面支援的加工厂。前者由于是带研发性质,在时间和成本压力上会较为松懈。好些参与研究开发工作的,有些已经有15年的历史经验,即使是较后期开始无铅工作的,也多有3、5年历史经验。时间上压力不如目前受到法令或客户限制而将要导入的用户大。不只是在时间方面,在成本上的压力,由于有研发预算也属于较小,而发生错误也被认为是理所当然的事。至于后者,由于决策多由客户制定,并多已经有‘供应配套’式的导入,所以本身面对和处理压力的机会也相对小了。

除了以上两大类用户,当然还有小部分是自己奋斗成长的。从我在华南地区和数家这类工厂的交流中,发现其导入管理的随机性较强。虽然为数几家的量不能代表所有的工厂,但通过泊松或然率预计方法(图一),我们还是可以看出国内有良好导入无铅的用户比例并不容乐观。例如从表中只有1成的用户有良好导入的情况的,而出现这类情况的信心度还不到3成。

以上预计,加上过去12年我对国内SMT用户情况的认识,我想这信息还是具有一定的代表性。

虽然我个人认为,中国市场无铅的使用,到了目前所制定的2006年7月1日还未必能够完全成功的转型。但对于那些目标放在这时间上的用户来说,现在已经算是开始失去了摸索所需要的时间了。如果在导入无铅技术的工作上,还不能够确保效率和效益的话,将来遇到问题是极有可能的事。

其实,无铅技术虽然在一定程度上是从含铅技术上发展而来,但其多面性以及在导入和管理上的要求,是可以成为一家工厂的有利竞争手段。关键在于用户如何去利用它。使用得当时,以往制造能力处于劣势的企业,是可能通过这机会翻身的。

基于上面的各种原因,我想和用户读者们分享导入和管理上的知识是有助于推动无铅的发展的。

含铅的技术应用和管理问题:

在过去数年我曾通过好些文章和大家分享以及讨论SMT应用和管理上的一些常见问题。此次在这有限的篇幅中,我只想重点的提几个方面。了解这些弱点有助于我们更好的导入和管理无铅技术。因为无铅技术的较高难度和多样化,以往有些弱点的改善是必要的。就比如对工艺的重视和重新定位的工作,在无铅技术中的重要性更是提升了。

以往不良的管理和概念可以重点总结如下:

· 对设备的关注重于工艺。导致工艺能力应用和发展受到设备性能和管理观念的限制,设备的选择不优化,以及设备和工艺间的配合不良的问题等等。工艺的需求来自于所需要生产的产品特性而定,这是最基本的关注点。而设备是支持工艺的‘工具’。如果在搞清楚如何选择和掌握控制工艺之前就定下设备工具,这将是个本末倒置的做法,无法确保应用上的优化;

· 人才组织定位不良。以往许多用户,虽然偏向于较注重设备的选择,但在设备引进后的管理工作反而被忽略了。从许多企业中‘设备工程部’和‘设备工程师’的定位、职责等方面我们可以看出,许多企业管理仍然受到旧生产技术经验和观念的限制。在SMT界中,设备的复杂性较以往的旧技术要高得多,加上设备工程师必须掌握一定程度的工艺,以及测量、计量等多种技术方能确保其工作效益等原因。设备工程部的地位和所需要的人才能力等等已经和以往大大不同。除了设备部外,不少企业中负责工艺的人员数量较理想中少了许多。例如我所接触到一家颇有名气的工厂,在17条生产线的规模,及每月有20几种新产品的模式下只有4名工艺工程师。这样的资源是绝对不足以确保好工艺的管理和发展的。在设计部门中也出现类似的不良情况,不少企业的设计部中,并没有明确的和工艺、设备配合的工作流程。而专职负责器件工艺性评估认证,以及负责‘组装密度计算’、‘工艺路线设计’、‘质量水平预计’等等重要设计工作的专职工艺设计师也都缺乏;

· 工艺技术知识掌握不理想。许多SMT用户虽然也能进行板的组装制造,但几乎每天都有工艺问题,或直通率不是很理想。而且工艺问题模式也都是以往出现过的重复故障。这实际上告诉我们,我们还有许多工艺上的问题没搞懂。我在这些年和业界用户的交流中,发现许多工艺知识和做法并没有足够的被灌输到工作人员身上。例如锡膏印刷工艺中的揉锡作用,错误的刮刀压力设置(通常都因为‘刮干净’概念的影响而过大),支撑对板材和特性的设置考虑,甚至连看似简单的锡膏搅拌工作,这些工作的目的、原理和做法都还是一知半解。又比如回流焊接工艺,还有不少用户采用裸板或其他样板来替代产品作温度曲线设置用,或根本没有做。热偶的数量不知道如何正确的决定(比如每个产品都一样数量),热偶的位置还采用目视决定的方法(找大和小的器件焊点为依据),不知道采用热偶测温应该保留有6到7度的误差保险,而温度设置总以上下温区同温的设置法等等。这些现象都可能表示用户对工艺知识并没有很深的认识。

· 技术整合理念和做法的缺乏。电子板组装工艺,从THT或PTH(插装技术)转入SMT后,所带来的变化中的一项影响较大的,是工艺窗口的缩小。许多以往不必严格考虑的特性参数,进入SMT后变成了是决定组装质量的要素。这些要素都不是独立不相干的对质量起着影响,而在一家企业中,又往往是由不同的部门人员负责这些不同的要素,所以进行技术整合管理是有必要的。比如器件在焊接时产生浮游偏位的现象,是必须通过焊盘形状尺寸,钢网形状尺寸,钢网开口相对焊盘的位置,器件的焊端形状尺寸,器件焊端材料,贴片在锡膏上的相对位置,焊盘热容量的差异,焊接温度曲线的设置,锡膏和贴片工艺的控制,以及炉子性能等的整体配合而受控的。这其中就包括了‘基础工艺部’,‘产品工艺设计部’,‘采购部’,‘设备部’等的配合,缺一不可。但许多用户的一贯做法,部门间的组织、沟通、流程等都没有很好地照顾到这方面的整合需求。加上传统的等级地位的差异以及对各岗位知识需求的了解不足,无法很好的培育和保留该有的人才。这对整合的做法要求和能力上都无法达到该有的程度。形成了多方放火,各方救火的低效状况。

· 质量标准和管理方法守旧。大多数的SMT用户,多采用外观检验的方法来执行质量管理。有些较有经济条件的采用AOI,AXI等自动设备。但离开不了对形状方面的事后检查。在SMT开始被采用的初期,大约是中国改革开放的最初十五个年头,这种传统做法还可以接受。但SMT不是一成不变的。随着技术的发展,不断微型化的要求,新封装的不断出现,以及客户对质量要求的提高等等,传统的事后检查方法已经不是很可靠有效的,尤其是在有关产品可靠性(寿命)方面的保证,大多数SMT用户都没有什么手段。如果要有良好的质量管理,对传统的做法就要给于改革,必须取而代之的应该是以预防性为主的工艺管制。这就出现了类似Cpk,PWI等管理工具。在业界中虽然使用这类工具的用户越来越多,但被忽略的是,Cpk和PWI等只是个计算和表达工具,它们必须建立在良好的测量、计量工程基础上。而测量和计量工程知识却又是常被业界用户忽略的课题。有些甚至认为这方面的知识已经在大学或学院中获得,是个已经具备的知识。这也就是造成业界工程师还相信能够依赖锡膏厚度检查,贴片和印刷精度Cpk检查等来管制其质量的原因。

· 工程工具的使用不当。上面我们刚谈到Cpk使用不当的现象。事实上我们遇到的问题还多呢。SPC,DOE等也是常见的工具。尤其是DOE,这在90年代开始被大力宣传的工具,被使用在6sigma管理工具中的技术,也被盲目的使用在SMT工艺优化上。例如用在回流和波峰焊接工艺参数的设置优化上。从试验结果的ppm或dpmo结果来评估该做法的效果也许是个最大的错误。先别说综合故障结果所造成的信息混淆具有不良影响。当我们的工艺还处于较差状况时,任何调整试验都能够让我们得到改善。而从我的观察中,就是因为这些工程师对SMT工艺的了解不到位,以及受到外来形象的误导,在这工作上常误以为自己的做法是正确的。我在SMT管理培训和焊接技术培训班中都有仔细解释问题所在。这里篇幅关系无法细谈。SPC也是一样,用户们多只了解其计算和制图方法,但对其基本应用条件缺乏足够认识的多。比如整个工艺首先必须具备很好的系统性,数据采集的方法必须科学,管制目标应该搞清楚(是要管质量还是要管系统稳定性),管制能力范围(例如几个Sigma的水平)等等。从观察中我们的工程师多还没有意识和认识到这方面的东西。这其实也告诉我们,为什么我们使用了不少看似先进的工具方法,但结果呢,是问题还是没有根治!

· 工作态度浮躁,看问题不够细。例如对故障模式的定义分析,好些工程师都做的不够仔细。像虚焊有很多因素分类,有吸锡造成的虚焊,有焊球造成的虚焊,有少锡造成的虚焊,有焊接参数不当造成的虚焊,有爆米花造成的虚焊,也有共面性问题造成的虚焊;焊球问题也一样,出现在器件封装边上的较大焊球,以及出现在焊点上的小焊珠有很大的差别;出现在焊点上的小焊珠,又和出现在焊盘边的有不同,而出现在焊盘边的,又和出现在绿油框上的有所不同,同是在绿油上的,短距离内的和较远的又也有不同的机理。但一般工程师,只简单的把它分析为‘虚焊’、‘焊球’的笼统概念。这就造成了因果关系不明确,当然就无法最有效的解决问题了。

· 缺乏发展计划。几乎所有我见过的国内SMT用户,都没有制定任何SMT组装技术或制作技术发展蓝图。所以在投入发展方面是属于被动的,等到发觉什么欠缺时再来引进。这种被动的做法,最大的坏处就是不知道整个业界的技术和管理发展到什么程度,又有哪些可以被采用的技术软硬件和方法,以及在工艺、产品设计、设备配置上如何配合等等。这样的管理谈不上发挥最佳的效益。这也许和许多用户未能从整个面上分辨出各种硬软件和做法的其中差异有关。这情况就如许多用户从价格和知名度上来将贴片机定档次一样(包括供应商本身也有时如此),常听用户说某某设备和某某设备属于同一档次,其实如果从整个应用和管理面上来看,几乎没有所谓的‘同一档次’这回事。

了解以上过去常犯的主要错误(注一),有助于我们更好地导入无铅,并借这个机会超越他人。用户应该仔细评估本身过去的弱点,并借机进行改正调整。该注意的,是没有发现问题常是本身发掘问题的能力不足而非真正没有问题。别失去这超越他人的机会!

有效无铅技术导入的基本要求:

和任何其他新技术、新管理知识的启用或导入工作一样,无铅技术的导入必须特别注重知识、系统性计划和资源的投入。同时也尽量处理好上节所述的管理缺点。

无铅技术虽然不是个全面的革新,但其材料上的改变和多样化已经带来了不少的新知识。不同的行业、企业、产品、技术、管理、资源条件等等都有不同的选择考虑。要做出最适当的决策,就必须对相关知识有很好的认识。上一节我们谈到以前的问题中,大部分也是因为相关知识的认识不足引起的。比如技术整合管理的不到位,就是因为对SMT的特性以及DFM、工艺、设备认识的不足造成的。所以要有效的导入无铅,注重知识是个最重要的工作观念。

系统性在工程活动中是个十分重要的要求。它可以说是决定效率和效益的关键所在。ISO9000系统的精髓就是系统化。而许多用户只取其形式,无法从中得到巨大利益的,也就是对系统工程的掌握不足。我上节提到的许多用户缺乏技术整合管理的原因,也是因为系统工程的理念没有较普遍和深入的进入中国SMT界。SMT有赖于技术整合(尤其是工艺窗口更小的无铅技术),技术整合又赖于系统工程,所以加强这方面的关注和应用是必要的。

资源虽然无法保证成果,但大家都知道没有资源就一切都无法实施。在导入无铅新技术时,有许多资源是必须投入的。其中有些可能是以往从没有做过的投资,例如大量的知识引进和产品可靠性测试工作等等。这首先需要管理观念和决策上的改变。谈到资源,管理层往往觉得是个难题。事实上有好多并不是难题。因为如果您知道当您投入1元在A工作上,能为企业回收2元,而如果投入在B项目上,则能为企业省下5元时,这决策就容易多了。问题是在于哪些是A和B,哪里省下2和哪里剩下5元的信息或判断能力很缺乏。对于许多企业来说,资源是有的,但却用错地方。常见的就是防火资源全用在救火上。我有一个客户,如果他最初能够投入一个月的时间,多招一位工程师(其实只需要他3个月的时间,过后可以协助其他工作),以及拨出约两万美金的学习实习费,这企业就可以省下后来因为决策错误造成的每天6万多人民币的生产效率损失(在设备折旧期内损失1亿6千8百万)!这是没有资源,还是资源使用不当?所以用户们应该静下来,好好地考虑您在资源上的应用。无铅导入,必须有足够的投入才能保证最低的风险和超越他人。

我们将从以下导入无铅的主要步骤中,进一步看看这些基本要求。

无铅技术的导入步骤:

在导入无铅技术的工作上,不同行业,不同的企业状况在细节和时间上会有所不同。但以下的基本步骤则是可以通用的。这些步骤协助用户确保导入的效率,减少浪费和技术应用不当的风险。整个导入可以分为4个阶段和18个主要步骤如下。该提醒一点,这些步骤并非全是‘串联’性的。也就是说,一个步骤的开始不必等到前一步骤结束,而是在适当时机应该并行的。

导入阶段一:调研学习阶段

去了解和掌握基本的无铅知识,应该作为导入无铅的第一项工作。有了足够的认识后,才不会像以往导入SMT技术时犯了好些到现在都还不知道的错误。一切的计划、活动和决策,都取决于用户对该课题的认识程度,所以我在此特别强调在行动前先掌握足够知识的做法。

步骤1:成立专职小组
在我协助的许多国内用户中,进度一般都不是很理想,比起我在国外的项目都来得慢,甚至有些还几乎跟不上。而其中最大的原因,是无法确保专职工作这一条件。无铅导入并不是个简单换换材料、设备和工艺参数的工作改变。它其实可能影响到厂内整个制作模式的整改和大多数员工的提升需求(看你要达到什么表现程度)。如果缺乏一个专职小组来进行导入的研究、计划和推行,这工作是很难做好的。兼职一般难有好的表现,读者们只要想想您日常有多少时间能够静下来,不受到干扰的处理一些非日常事务就知道我不建议采用兼职人员的原因了。所以这第一步是个关键的一步。人数并不需要多,看您的产品种类、供应商数量、设备种类等而定。大略在3到5人已经能有保障了。最低限度,也要有一个全职的项目协调员或经理,并授予该有的管理权力来带领一个兼职小组。

步骤2:了解什么是无铅技术
无铅技术和目前的锡铅技术有一定的差异,并且种类繁多。单是焊料合金的配方一项,据报告就有超出100种之多。各种材料肯定有其特性和适用性上的差别。要能够做出最适合自己状况的选择,当然首先对这些材料有些认识。我见到有些用户直接通过供应商取得样本进行试用。我并不推荐这种做法。原因是试用评估需要许多资源(尤其时间和经济资源),它因此不应该是最先采取的步骤。如果将已经出现的焊料、焊盘(和其镀层)以及器件焊端材料进行配搭研究,我想其组合数量可有数千种之多。我们根本不可能对这样庞大的种类进行实际试用分析。所以较可行的方法是通过他人已经走过的路,已经有的考察资料进行初步了解和选择。到底业界有多少种不同的材料,特性和优缺点是什么,不同的材料(焊料、PCB、器件)的配搭效果如何,各材料的研究结果是否完整可信,该材料和相关配搭材料的表现是否有经过相同行业企业的研究评估,可信度和适用性又如何等等。。。这些都应该是首先要收集整理和去了解的。

在接触和吸收相关无铅技术的知识时,我们必须认真的对资料进行评估筛选。以往锡铅技术中,我们周围曾出现过许多不完整甚至含有错误的知识,并流传甚广。无铅技术,由于其较新和较高的难度,以及部分是建立在含铅技术基础上,也很可能出现这类情况。例如业界目前已经传开一些片面的‘知识’,其中如“无铅锡膏不必搅拌”,“无铅焊接一定要使用较高于锡铅焊接的温度”,以及“无铅必须采用氮气”和“无铅回流曲线应该采用斜坡式Ramp-to-Peak”等等。更有不少的人认为所谓无铅回流炉子,就是提高设置温度能力以及改用部分材料罢了。。。这些‘知识’可能带来的不良影响,将会存在这用户市场中。读者如果不想成为受害者就必须给于关注和处理。

步骤3:了解各方的发展状况
从以往技术发展的经验中,我们认识到最好的技术最终并不一定是被广泛使用的。而是那些形象宣传好,市场力强,以及影响力大(例如客户要求供应商,或大供应商影响小客户等)的技术较可能会被普遍采用。所以当市场供求状况还没有定型和明确的情况下,关注商业市场的动态也是必要的。其他具有一定影响力的有国际SMT技术协会或机构,国家法令,大型国际知名企业和主要供应商。这些组织机构的动态都应该值得我们去关注。这些情报的正确掌握,可以使用户免受到本身认识不足,或受到某些有意无意的误导而造成方向性的失误。

步骤4:了解本身目前含铅的技术应用和管理能力状况
前两期的文章中,我提到无铅不能算是个革新技术。它只是个半革新技术。也就是说无铅技术的应用上,仍然保留许多含铅技术的知识和做法。本文中我也提到在我们以往处理锡铅技术时,还存在着许多不理想的地方。以及用户可以借助这导入无铅或转换技术的过渡期,同时改正本身以往的不良做法。使企业能乘机超越以往同样做得不理想的对手。所以在导入无铅技术的初期做法中,我建议用户也同时注重了解和评估本身在SMT管理上的不足之处,借此机会进行改善(您没有多少次的这类的动力机会)。该了解的一点,是有些改善并不是个附加利益,而是个必要的做法。比如以往对焊接工艺掌握的不好,不懂得如何利用炉子上下温区的不同设置来对工艺进行细控,不懂得如何仔细测量和评估炉子的性能等等,这种能力的不足将可能使您在无铅工作中受到巨大的压力和伤害。因为无铅焊接工艺的要求比锡铅来得严格得多。锡铅工艺中可以侥幸通过的,进入无铅后可就未必能够靠运气了。所以我认为,这步骤三并非可有可无,而是应该认真考虑和执行的。

导入阶段二:准备阶段

第一阶段中您已经对无铅有一定的了解;了解业界的动态和方向,知道什么情况较可能出现;也对本身的能力重新认识,知道引进时有面对什么程度的问题,什么该给于改善等等。有了这些信息和认识,您就可以进入准备工作了。

步骤5:计划蓝图
良好的计划和发展蓝图也是个重要的基础。它确保您的无铅引进项目考虑全面,资源有一定的保证。无铅牵涉面可不如一般想象中小,而且什么该先,什么该后,对导入的效益是很重要的。再说企业内的人力和时间资源有限,也许不可能同个时候什么都同步执行,所以我们应该制定一份导入和发展计划蓝图,不能够走一步看一步。

蓝图的内容必须包括目标、时间、以及本节提到的各步骤。而计划书就针对蓝图要求将各个工作细节,时间以及资源进行策划。

步骤6:无铅条例法令的跟踪
看您所从事的行业和客户市场而定,一些国际无铅法令或条例对您导入无铅的影响可能是深重的。所以此间您也必须不断关注这方面的更新发展。配合您客户的情况决定是否要跟从,以及跟从到什么程度。您所需要的,是确定和建立起及时和可靠的通信或情报网,以确保及时获得正确的信息。

步骤7:客户沟通和认同
由于无铅的目标和标准仍然缺乏一致性,加上通信技术发达造成的信息混乱,我们不能忽视客户们有不同的需求和不一致的做法。加上无铅的选择众多,容易造成和客户间的认同不一,或是每个客户的认同不一所造成的管理困难以及资源浪费。所以无铅导入工作中,良好和及时的客户沟通系统是必要的。在双方还没有达到一定程度的认同时,匆匆开始本身在无铅方面的研究和导入未必是个好的做法。另外,有些客户可能推行的步伐较慢或起步较迟,如果能够协助引导这些客户,对企业的长期效益是有帮助的。

步骤8:供应商沟通和初步了解评估
无铅材料的选择,并不像锡铅那么单纯。而且除了种类成分繁多外,新技术的认证可能还存在许多不全面的情况。尤其是配搭的组合多,业界供应商未必对所有的组合都有测试认证。而无铅工艺窗口较小,更增加了选择的风险。供应商的能力和协助也因此十分重要。用户们不希望投入太多的基础研究工作,只好尽量依赖供应商方面的研究认证结果。然而从以往的经验中,我们知道不少时候供应商的技术资料并不完整,或是不容易直接获得(注二)。如果这情况还在无铅技术中没有改善,那将给用户带来更高的风险。另外一方面,供应商的测试认证条件,是否符合或能够代表用户的实际情况,这常也是个被忽略的课题。在无铅导入的期间,我想供应商是否能够有提供相关的、较全面、较详细的技术资料(注三)的能力,将成为一个选择的考虑重点。无铅导入者应该和供应商间建立起有效和主动的沟通系统,信息更新通知或会议等等。这工作必须在选定供应商前就开始做(供应商这方面的配合和支持能力是个重要的选择考虑)。并且在选用后继续调整和维持下去(称为采购系统的一部分)。

步骤9:调整或制定内部的制造模式
制造模式是过去很少被理解和应用的一件管理宝物。如果读者们从来没有去了解或使用它,我建议大家往这方面进行学习研究。它会是区别您和竞争对手效益上差别的重要手段。制造模式的规划,协助我们在设备配置考虑,生产资源和后勤管理,人员组织和知识引进方面做得最科学有效。模式中的信息包括工艺种类和路线,生产批量和交货时间特性,产品种类(包括客户不同要求种类),排产依据和自动化程度等等。这些方面的不同配搭将带来不同的效益水平。所以必须给于仔细设计。即使以往您已经做了这方面的功课,但无铅带来的转变会影响旧决策的有效性而可能必须进行调整。比如说以往的独立回流焊接站,多产品同时焊接的做法,或采用双轨道炉子的做法,进入无铅后可能不再是最好的做法;或以往单一的现场返修工序,如今必须成立一套产前设置验收的系统等等。都将决定用户能多有效的管理无铅生产。这方面的工作,也是确保能够较好照顾到技术以及技术-管理整合的重要步骤。

步骤10:收集技术资料
虽然经过多年的研究开发,无铅技术并还没有定型。不仅是无铅材料的种类繁多,其中各种材料,包括被认为较可能被电子业广泛接受的几种材料,其研发并还没有结束。尤其是在扩张和其他材料(PCB和SMC)的组合面的表现,以及在长期使用可靠性的研究上,尚有许多空间。这意味着作为用户,我们有许多的资料需要去寻找、收集、理解、判断、整理等等。这些工作直接就影响到导入的效益和效率,以及将来面对问题的程度和风险。由于方案种类多,各方的研究条件不尽相同,造成我们无法从一点,甚至是简单的几个渠道来获得足够的信息资料。所以就有必要设立情报资料收集工作小组。

步骤11:设计和确认评估方法和标准
怎么样的试用状况和产品质量才算是合格的呢?这是个您必须和供应商以及客户之间达至认同的课题。所以一切的评估项目、测试手段、以及合格依据等都必须先给于制定和讨论。这可以减少将来不必要的重新试用或不断的争执。

导入阶段三:试用阶段

当对客户需求、企业定位和方向、以及供应情况有一定的了解后,用户就可以开始选择和试用了。这阶段包括了以下几个重要步骤和活动。

步骤12:选择材料
有了以上足够的准备功课后,您就能较有把握的选择适合您的材料了。为了减少所需的认证资源的投入,所选择的材料必须首先具备良好以及相当数量的测试分析报告。虽然以往许多的新用户在选择时也会要求供应商提供其他用户参考,但必须注意的,是在考虑中必须真正理解这些所谓参考用户的选择背景、考虑和实际的使用能力和情况。一个能力不强的用户在工作上总是看不出问题的。而是否有能力是不能靠该工厂的‘大小’或‘声誉’来判断。

另外一个注意点,是材料的选择必须按‘系统’选。意思是不能按单一材料独立考虑选择。这是因为他们之间有配合的性能差别状况。所以您首先通过阶段二中步骤8到10的功课,制定好几类可以被考虑选用的‘无铅系统’,然后在此按原先已定的‘系统’选择。其中只要一部分不合要求,您就必须考虑是否要放弃整个系统而采用另外的系统再选择。这问题在锡铅技术中,由于其材料种类少以及相互间兼容性强得多而没有被重视,但在无铅中有可能就给用户带来麻烦。

步骤13:材料、工艺、设备试用和定性
选择好材料系统后,就是开始试用了。试用的设计和过程也必须是包括整个系统的综合考量。也就是材料、设计、工艺、设备、质量管理和依据方面的综合评估。除非您觉得所收集到的技术资料已经足够、准确以及条件适用,否则一般不应该从实际产品开始试用。原因有二,一是避免造成大量的损坏;二是产品一般未必是工艺难度最高的,所以无法完全试出您评估中无铅系统的真正能力。也就是说,在难度不高的产品制造中,大多数系统可能都是合格的。

我因此建议使用试验板。试验板必须根据各种需要认证的工序和参数(步骤12中已定)进行设计,我们知道SMT的工艺参数众多,所以您很有可能需要数种板的设计来覆盖。用户必须自己在风险、资源上作出适合本身的决策。

这一步骤的输出,除了是否接受的决定外,还有就是各种技术规范。试用期内同时制定规范的好处也是确保您的试用做到位,有足够的考虑到参数间的整合关系。

步骤14:产品试制
上个步骤认证和制定了所有基础的技术规范。到了这一步就是试验如何使用和应用了。产品试制,在原理和做法上和锡铅技术时代并没有什么差异。所以如果目前您已经掌握试制的方法窍门的话,是能保证效果的。但毕竟无铅技术刚被导入,在模拟程度上,试制量上以及数据可信度上都最好是要求偏高一点。并要确保试制结果评审的素质。必要时可以考虑邀请供应商或顾问专家协助。

由于产品的试制素质直接就影响到企业的成本和形象,我这里再提醒一次,仔细评估您的试制能力!

步骤15:工艺、设计、设备、质量规范
规范确保将来工作的系统性和稳定性,同时也提供改善的平台。所以规范是个十分重要的工具。无铅技术的难点高,变化多,也因此更需要依赖规范的协助。各种技术规范的初稿,已经在准备阶段中成立。在经过以上的产品试制工作后,规范通过实际应用的部分考验后,就应该给于规定固化下来。所以此时个相关部门,不要因为无铅已经开始在厂内执行而高兴得以为工作已经结束。而应该坐下来再花点时间仔细将规范整理好。这投入是必要,也是值得的。

步骤16:制定过渡期材料规范和管理系统
在导入期间,我们很可能遇到的一个问题,是含铅以及无铅材料的混合出现。这是因为供应市场上并不是同时间的一次切换所造成的。而混合材料,由于他们之间的工艺要求不同,以及在某些焊料合金中出现的‘铅污染破坏’现象,使用户不能不注意和给于适当的控制。用户因此必须有这方面的限制和对策。制定这材料规范,就是为了在过渡期间避免因为选择失误而造成的技术和质量问题。

在过渡期间,由于含铅和无铅材料都可能同时出现在厂内,除非在技术认证上用户已经确定它们是可以兼容的(目前技术还无法确保完全兼容),否则如何避免错料的问题,就有赖于用户此时设计和建立起良好的管理系统。系统中最重要的是照顾到材料识别、库存和物流管理问题。当然它也影响排产、返修和测试的安排等等。

导入阶段四:使用和管制阶段

到了这地步,您的无铅已经开始应用起来了。接下来的工作重点在于如何不断的维护您的生产质量。以下是两个质控的关键做法。

步骤17:建立良好的采购和IQC系统
以往含铅技术的管理中,采购部出现的一个技术问题,就是和供应商间没有足够仔细的技术指标(虽然指标是设计部提供和负责,但采购部必须确保有效的沟通和监管)。例如SOT或SOP封装的‘悬空高度’在波峰焊接中是个重要的指标。而这指标在国际上有不同的标准,甚至不是供应商控制的指标。但好些用户的采购单中并没有清楚说明这方面的指标和公差范围要求,或说接受的国际标准,导致随机性的供应差错问题。

我们已经知道无铅技术在工艺难度上较高。所以要求也将会更多。例如焊端材料和层厚,在含铅时代虽然也重要,但一般出错的几率较小。到了无铅,这方面也许就不是可有可无,而是已定要给于关注的。因此,如果用户要在无铅技术中做得好,应该细心的设计和建立起好的采购系统,集合设计部(负责提供指标),供应商(负责提供工艺和质量保证)和生产部(负责提供IQC认证方法,注四)将较有能力的技术采购和沟通系统建立起来。这步骤确保来料得到足够的控制。

步骤18:建立设备和工艺维护系统
控制了来料的外来因素,下部当然是控制内部的加工质量了。我建议用户也借这无铅导入的机会对传统被动和效益较差的质量管理做法进行改革。从依赖检查、修补、返修的做法改为注重工艺测量和设备维护调制的做法。虽然市场上能够协助我们做好这工作的工具和方法还不多,但这应该是必须发展的方向,也是用户超越竞争对手的一个机会。许多方法和工具其实不是很难设计,关键在于您是否掌握了SMT技术原理以及测量和计量学。

KIC的24/7系统,是个属于具备这类功能的少数工具之一。用户值得进一步了解和评估它(注五)。

后语:

无铅带来的变化,或许在一些用户中还没有被清楚的认识到。也因此可能被一些用户低估了导入时和导入后可能遇到的问题,以及处理不当将付出的代价。要很好的避免问题的出现和确保有个比他人顺利有效的导入过程。注意计划、准备、过程步骤等整个系统性是重要的。本文因为篇幅的关系,未能十分仔细的和大家分享所有的知识经验。但希望能够给读者们一些关键上的引导,并引起业界关注和讨论。我们在无铅技术的发展和推动中,似乎较忽略了关注导入管理这一点。我希望将来无铅被广泛采用时,中国SMT界不会出现以往含铅时代的情况。

技术兼管理顾问
薛竞成
2005
3

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注一:此处由于篇幅问题,只举了重点例子。事实上在SMT界的技术应用和管理中存在着更多的问题。如果要最好的处理SMT问题,读者应该更全面更仔细的去研究这些问题。

注二:例如器件的焊端材料和镀层厚度。在锡铅技术中已是个不容易直接获得的资料。有时候需要大量的沟通才能获得。在无铅技术中用户对这方面的信息更需要掌握,所以必须一早通过良好的供应商沟通系统来达到这目的。

注三:资料必须包括工艺性方面,可靠性方面,以及测试认证方面的。

注四:这里指的IQC并非传统的检查,而是一套质量控制系统做法。它可以是供应商厂内的检查,或供应商工艺的测量等等的搭配。传统的来料抽样检查方法在无铅中将逐渐失去效益。

注五:用户如果想知道如何进行无铅焊接的质量控制,请留意上海和深圳的Nepcon展览上KIC的讲座。或通过leadfree@kicmail.com联系KIC公司。

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