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2010年10月17日 星期日

組裝工廠設置IQC的目的

inspection01 在電子組裝工廠的公司組織裡,通常都會設置有 IQC (Incoming Quality Control) 這個單位,台灣稱之為「入(進)料管控」,大陸稱之為「來料管控」,其最主要目的在攔檢所有買進材料是否符合圖面規格,以免不良零件直接進入生產線造成不良產出或甚至產線停產。這有點像是機場入境時的海關,用抽撿的方式檢查旅客行李,以防止有可能流入的違禁品,它雖然不能100%攔截所有有問題的零件,但至少可以有一個初步的關口攔截到部份有問題的零件。

我個人認為設置 IQC 可以有下列幾個目的:

2010年9月12日 星期日

為什麼新產品需要試產?可以從試產得到什麼?

很多製造端的人都不太喜歡負責新產品的試產,因為新產品的試產既複雜又沒有績效(performance),而且交期都很趕,初期也沒有完整的材料表(BOM),很多的程序作業都要靠人工才能完成;更糟糕的,因為是新產品所以使用新料是必然,問題是這些新料大都是散裝料管狀料,這讓SMT產線很難招架,遇到這些新零件幾乎都要用手擺才能過迴焊爐;後段整機組裝(box build)的手工作業就更多了。

不過我還是得奉勸那些對新產品試產有意見的人,既使你再怎麼討厭新產品試產時所帶來的種種不便與生產的損失(loose),請記住「沒有新產品的試產就沒有以後大量產的機會」,每一個產品都有終產(EOL,End Of Life)的一天,如果這個產品拖個十年不終產你也麻煩,因為它可能越做數量越少,有可能到最後只剩下客戶維修品的量,半年給你下個200數量的單,你要生產還是不生產,光換線及維護那些治工具都不划算。

不過參與新產品的試產也不是全然沒有好處,你也可以從新產品的試產到量產的過程中學到一些東西~

可以學到新的技術,也有新的挑戰

新產品通常會帶進來新的製程及新的技術,但這也意味著新的挑戰,建議你要敞開心胸去接受這些新的事物;你有可能還得要去外面或國外上課學習新的技術。另外,你也有可能會受到新的charllenge,比如說設計者會要求是否可以縮小測試點或甚至移除測試點?有沒有其他方法可以取代測試點?因為產品設計越來越小,每一吋PCB的空間都錙銖必較。

有機會更瞭解產品的設計

你可以有機會與設計者溝通,為何這樣線路或機構要這樣設計,你可以更瞭解產品的設計始末,這樣可以讓你以後量產時知道哪些地方可能可以修改,哪些地方不行。如果你對設計有興趣,也可以藉此瞭解並學習設計的方法。

有更多的機會可以提出符合生產流程或製程的改善方案

試產的目的除了驗證設計者的想法,另一方面也是驗證製造的能力,所以你可以基於工廠的角度提出符合工廠生產流程的設計修改,比如說盡早發現可能的螺絲滑牙問題,HotBar的軟板應該要如何設計才較不易折斷...等。你應該盡早跟設計者要到試產的樣品,這樣你可以盡早安排組裝的方法並檢查任何製造上的問題,通常我們都稱這項動作為 DFM (Design For Manufacturer)。


延伸閱讀:
新產品開發的三個驗證階段(EVT/DVT/PVT)
NPI (New Product Introduction)在公司的角色與職責
為何製造業要逐水草而居

2010年7月21日 星期三

合成石的過爐托盤

合成石過爐托盤(durostone reflow carrier) 合成石過爐托盤(durostone reflow carrier)

隨著科技的進步,電子產品做得是越來越輕薄短小,相對地電子零件也就越來越細,連電路板(PCB)的厚度也越來越薄,0.5mm是我知道目前最薄的電路板厚度,這樣薄的電路板在經過 SMT Reflow (迴焊爐)的高溫時,非常容易因為高溫而出現板子變形,甚至零件掉落爐內的問題。

2010年6月27日 星期日

後製加工手動拼板

Human_mirror_board01

前面兩篇文章分別探討了關於陰陽板的優缺點及限制,但聰明的台灣廠商還是想出了一個折衷的替代方案,不愧是世界級的製造專家。為了減小多拼板所造成的 X-board 損失,還要兼顧正反面陰陽板的SMT長線優點,有些專業的代工廠(OEM)改以人工的方式手動後製拼裝正反面陰陽板。

相關文章:

經常看到的方式是採用正常的 2 in 1 拼板,2 in 1 拼板可以大大地節省電路板廠報廢的成本。所先拿 100 片板子(多寡可以自己決定)跑完第一面的迴流焊,然後拿回來重新跑第二面時,人工拼裝上正準備印刷第一面的新版子,這樣就達到 4 in 1 正反面陰陽板的目的,還可以提昇錫膏印刷的效率。

當然,這個方法可能需要新增一個人工成本,但也可以利用原本就在操作錫膏印刷機的作業員來擔任手動拼板的工作,只要 Cycle time 跟得上就可以了;另外,為了克服人工拼板可能造成的對位不準確問題,需要製作一塊給這種人工拼板錫膏印刷專用的Carrier(載具),讓作業員可以很簡單的放入板子,又不會跑位。

印完完錫膏印刷後,取下Carrier,然後用膠帶黏貼固定此人工陰陽板即可打件,因為每塊板子上都有其定位點(fidicial mark),打件(pick & place)時的精準度靠得是這些定位點,所以既使拼板稍有誤差也不會失去準度。


延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)
如何選擇 PCB 連板數量

2010年6月21日 星期一

「陰陽板」拼板使用上的限制

mirror_board02

電路板(PCB)拼板(panelize)成【陰陽板(Mirroe Board)】,雖然可以增加SMT產線的效率,也有節省材料成本的優勢,可是這兩種【陰陽板】的設計卻有其各自的缺點及限制,我們就來探討一下並尋求其解決之道。

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關於「正反面顛倒的陰陽板」,其限制是不能使用在有較重零件的板子上面,因為較重零件一般會放在第二面才打件,這樣可以避免較重零件過第二次迴焊爐(reflow oven)時錫膏重新熔融而掉落的風險。但這是有方法可以解決的,只是要多花點功夫,還得合計合計是否划算。

  • 方法一:可以在較重的零件下點膠(dispense),早期的SMT線,點膠機是必要的設備,因為點過膠的零件可以拿去過波峰焊(wave soldering),現在的SMT線就不一定有這個設備了。如果沒有,也可以考慮用手點膠,但個人不建議,因為人工作業品質較難管控。
  • 方法二:使用載具(carrier)。載具可以設計成剛好支撐住較重的零件,這樣較重零件過二次回流焊時就不易掉落。但是一個載具的費用不便宜,而且載具全部數量排起來要大於迴焊爐(reflow oven)的長度,也就是要計算迴焊爐內同時有多少片板子行走期間,還要加上備品(buffer),全部加起來沒有三十個也有二十個,所費不眥。另外載具因為需要承受多次重複經過迴流焊的高溫,所以一般會採用金屬材質或特殊耐高溫的塑料製成。還有一點需要特別提醒,使用Carrier會需要多一個人工成本,把板子放到Carrier上面也要人工啊。
  • 方法三:手焊較重零件。個人不建議此法,原因還是人工不易控制品質,而且有些零件不易手焊。

另外對於「正反面顛倒的陰陽板」還有一個問題,就是有些板子可能在某一面有較會吸熱的零件(如大面積的ATM讀卡槽),這些零件需要較長的升溫時間以達到錫膏的熔融溫度,但又不可以燒傷(burn)其他較脆弱的零件。這種板子需要特別留意 Reflow Profile 的調整。

至於「同一面上下顛倒的陰陽板」,基本上對SMT線效率的幫助不大,但它可以達到節省板材的目的,如何裁切板邊是只這種拼板需要考慮的問題。 正常的拼板,通常可以採用V-Cut的方式來裁切板邊,比較省Cost,但拼成陰陽板就有所限制了,因為V-Cut只能作全直線切割,彎曲的板邊就要靠Router機了,詳細可以參考 電路板去板邊 ─ V-Cut 分板機 一文。

拼板之後容易有Cross Board (打ㄨ板)產生,而且板子拼得越多, X-board 機會就越多。X-board 是板廠製程中必然會出現的產物,所謂 X-board 就是合板中有一板以上的不良板子,一般板廠會在壞板上用簽字筆打一個ㄨ,故稱之為X-board 。大部分的SMT打件工廠都不希望接受這種板子,因為會造成效率的損失,但這種電路板在製程中又無法絕對避免,所以連板數越多,電路板廠報廢的數量就會越多,相對的成本也就提高。所以電路板廠商會希望連板的數目越少越好,因為這樣可以避免掉 X-board 的損失,當然羊毛還是出在羊身上,如果板廠一直無法克服 X-board 的損失,最後價錢還是會反應到客戶的身上。

其實有些專業的代工廠(OEM)會以人工手動的方式後製拼板,但需要用到一些技巧,也不得不佩服這些廠商的點子。可以參考 後製加工手動拼板 一文


延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)
如何選擇 PCB 連板數量

2010年6月14日 星期一

採用「陰陽板」拼板的好處

PCB_panelization 

相關文章:

在電子製造業,一般我們說的【陰陽板 (Mirror Board)】有兩種,一種是正反面顛倒的陰陽板,另一種是同一面上下顛倒的陰陽板。

採用【陰陽板】設計的理由不外乎下列兩個原因:

  • 可以充分利用SMT長線的優勢以達到更大的打件效率
    一條SMT的整體效率好不好,只要簡單地看有沒有機器在空等(idle)就可以判斷了,如果可以作到完全沒有機器空等的時間,那我們就可以說這條SMT線的效率達到100%。
    但真有著這麼簡單就做到100%的效率嗎?隨著SMT機器打件的速度越來越快,SOC (System On Chip) 零件越來越流行,一片板子上的零件也就越來越少,但又未見到錫膏印刷機(solder paste printing machine)有什麼長足的進步,所以現在很多SMT線的瓶頸反而出現在錫膏印刷機,也就是錫膏印刷機沒得休息,而其他更貴重的機器則在空等。

    這麼說好了,假設印刷一次錫膏鋼板的時間約當 20 秒 (要看印刷的長度而定),假如緊跟其後的打貼件(pick & place)花不到 20 秒的時間就完成了,那這台機器所剩下的時間就是空等(idle)浪費掉了,等於是買了一部高級的法拉利跑車,可是卻停在車庫裡不動一樣,因為SMT上的每一台機器都非常的昂貴,所以要盡可能充分利用它們的價值,不要讓它們有任何空等的時間,這樣才能用它來賺錢。
    所以就有人想出用拼板/合板的方式來增加打貼件的使用時間,以大大提昇其使用效率;
    但也不能因此就讓錫膏印刷機空等,於是又有了正反面顛倒的陰陽拼板出現,讓同一面板子上可以同時出現更多的不同零件,讓原本就有多台打貼件機的SMT長線可以充分發揮其作用。

     
  • 節省空板(bare board)浪費的空間,也就是提高拼板(Panelization)的使用效率,節省金錢。
    mirror_board01 一般的電路板廠商為了大量生產及壓低成本,通常都會購進一些基本的標準大小板材,以量制價嘛,比如說 16.16"x16.16", 18.32"x18.32", 20.32"x20.32",…等。有些還可能只購買一些較大量使用的基板大小,而不是全系列。
    針對一些不是方正外形的電路板進行陰陽板的拼板設計,可以就有機會多擠進一~二塊電路板於同一片電路基板中,這樣就可以提高板材的使用效率,並達到節省成本的目的。
    因為電路板的價錢大底上是以基板的使用率來計算的,假如說使用同樣一片大小的基板,A設計的外型只能生產一塊電路板,而B設計則可以生產兩塊電路板,A板的價錢將會是B板的兩倍。
    更多的資訊可以參考「
    如何選擇 PCB 連板數量 」一篇。

可惜的是,採用【陰陽板】拼板雖然可以增加效率、節省成本的優勢,可是這兩種【陰陽板】的設計也各有其缺點及限制,下一篇我們將加以探討…待續…


延伸閱讀:
【電子產品】的生產製造流程
電路板去板邊 ─ 總整理 (Summary)
如何選擇 PCB 連板數量

2010年4月28日 星期三

QFN封裝的焊接品質

QFN_package01 QFN (Quad Flat No leads,四方平面無引腳封裝)目前有越來越普遍的趨勢,它的優點是體積小,足以媲美 CSP (Chip Scale Package),而且成本也便宜,生產良率高,還能為高速和電源管理電路提供更佳的共面性以及散熱能力等優點。此外,QFN封裝不必從兩側引出接腳,因此電氣效能更勝引線封裝必須從側面引出多隻接腳的SO等傳統封裝。

盡管 QFN 有這麼多的優點,但它卻給電路板組裝廠帶來不少的焊接品質衝擊,因為 QFN 為無引腳設計,一般很難從其外觀的焊錫點來判斷其焊錫性是否良好,雖然 QFN 的封裝側面仍留有焊腳,但幾乎都是 Leaf frame(導線架)的切斷面,並無電鍍處理,所以很難吃錫。
QFN_side_cut_off01
▲▼ QFN 的側面焊腳為導線架(lead frame)的切斷面,並無墊鍍層。
QFN_side_cut_off02

QFN 吃錫標準

在 IPC-A-610D, Section 8.2.13 Plastic Quad Flat Pack No Leads (PQFN) 的規範中,並未定義 QFN 側邊吃錫一定要有平滑的凹形曲線。

There are some package configurations that have no toe exposed or do not have a continuous solderable surface on the exposed toe on the exterior of the package and a toe fillet will not form.

事實上 QFN 真正的吃錫部份應該是在底部邊框的焊腳與正底部的散熱片,底部焊腳有點像 BGA,所以應該可以參考 IPC-A-610D, Section 8.2.12 Plastic BGA 的標準。

▼ QFN側邊焊腳吃錫不好,但電氣特性仍然良好。
QFN_soldering01 QFN_soldering02
QFN_side_cut_off03 QFN_side_cut_off04

▼ QFN側邊焊腳吃錫良好。
QFN_soldering_good01 QFN_soldering_good02      

QFN 焊錫性檢查及測試

就如同 BGA 的焊錫檢查標準,目前 QFN 的焊錫檢查除了用電測 (In-Circuit-Test 、 Function Test) 來偵測其功能之外,一般也會佐以光學儀器或 X-ray 來檢查焊錫的開、短路不良現象。老實說 X-Ray 的等級不夠好的話,還真的不是很容易檢查出來 QFN 的焊錫問題。如果無論如何還是找出焊錫性的問題,最後只好使用切片(Micro-section)或 滲透染紅試驗(Red Dye Penetration Test)等破壞性實驗來檢查。

▼這張圖片來自網路,使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫。
QFN_X-ray02QFN_X-ray01

▼這張圖片來自網路,使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫,疑似焊接不良。
QFN_X-ray03 

QFN 空焊的可能解決方法

QFN 空焊時應該先澄清是否為零件氧化問題,可以把零件拿去作一下沾錫性實驗以作確認,再來要判斷是否有固定焊腳空焊,一般接地腳比較容易產生空焊,可以考慮變更電路板的佈線設計,在電路板的線路(trace)上增加熱阻以減少焊腳直接接地的面積,這樣可以延緩熱量散失的速度。

也可以試著調整爐溫(reflow profile),或改為斜升式迴流焊曲線(slumping type)以減少錫膏在預熱時吸收過多的熱量。

曾經發現 QFN 底部中間的接地焊墊上的錫膏印刷過多,過迴流焊時造成零件浮起的空焊,另外也要留意將 QFN 底部中間的接地焊墊印刷成「」字型會比整片印刷要來得好,過迴流焊時也較不會因錫膏全部熔融成一團而造成零件浮動的情形。

另外電路板的焊墊上盡量不要有通孔(vias),中間散熱接地墊上的通孔(vias)也要盡量塞孔,否則容易影響焊錫量及氣泡的產生,嚴重的還可能導至焊接不良。
QFN_vias_plugged
▲ 通孔(vias)塞孔

加「氮氣」是否可以有效增加 QFN 的良率?我只能說見仁見智,氮氣是可以防止零件氧化,但能否焊上 QFN 的側面焊腳,還是有待觀察,況且加氮氣會增加成本,還是擺在最後再考慮就好了。


以上是個人對 QFN 的瞭解與看法,如有不同意見、看法,歡迎留言討論…


相關閱讀:
如何挑選錫膏(Solder paste selection)
Vias-in-pad(導通孔在墊)的處理原則
介紹認識【錫膏(solder paste)】的基本知識

2010年1月31日 星期日

Flip lock connector (right angle)掀蓋式軟板聯接器

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掀蓋式軟板聯接器(Flip Lock connector)】(有的公司叫 Right Angle connector)真的比一般插入式的ZIF聯接器容易組裝的多,也比較節省組裝工時,尤其是接到接腳較多的軟排線(FPC)時,但品質問題卻也特別多,因為常常會發生【活動蓋(Actuator)】斷裂的問題,有的是活動蓋的樞軸(pivot)斷裂,比較嚴重的還有整片活動掀蓋破裂;有的則是連接器機殼(housing)本身承受活動蓋樞軸的地方斷裂…等,總之就是很多問題。

Hirose_connector_broken03
↑連接器機殼(housing)本身承受活動蓋樞軸的地方斷裂

為了避免這類問題造成後續生產時的不穩定品質,後來公司有一陣子禁用這種【掀蓋式軟板聯接器】,以避免不碧要得品質問題。近來隨著科技的進步,再加上現在的顯示器(display)的軟排線接腳數也越來越多,傳統的 ZIF (Zero Insertion Force) connector 越來越難符合其要求,另外,軟排線也越來越精細,在插入軟排線的過程中,一不小心就損壞昂貴的顯示器排線,所以最近又開始考慮這種【掀蓋式軟板聯接器】。

Hirose_connector01s  Hirose_connector02s

經與【聯接器】廠商聯絡之後,較新一代的【掀蓋式軟板聯接器】已經設計到讓每個金屬接觸端子(terminal)都可以勾住掀蓋活動片了,如此一來,大大降低了原本活動蓋樞軸(pivot)及機殼(housing)斷裂的風險,有需要得可以參考一下。


2010年1月21日 星期四

聯接器上給SMT用的帽蓋(Connector cap)

公司的產品用到很多的Connector(聯接器),可是前一陣子有個 Connector 出了問題,不良現象是 Connector 經過 Reflow(回流焊)之後接觸彈片會變形,FPCB(軟排線)插入後產生接觸不良。

探究其原因後發現,原來是Connector廠商在Connector的內側金屬接觸彈片端(Contact pin)中間塞了一個 cap(塑膠蓋子),這個蓋子是給 SMT 的 PIck and Place (貼焊機)的Nozzle(吸嘴)用的,熱脹冷縮的作用,經過 Reflow 的時候,這個 Cap 會擠壓金屬彈片並造成其永久變形,使得金屬彈片位在同一平面上,嚴重的就造成接觸不良,輕微的就變成intermittent(時好時壞),這種intermittent現象是品質管控上的一大殺手。

後來解決方法是改變塑膠蓋子(Connector cap)為 Mylar(麥拉片)貼片,但是 Connector 廠商用人工貼 Mylar,雖然變形的問題解決了,但是有些 Mylar 貼偏了反而影響到 SMT 打件,後來還是改回塑膠的蓋子,但把原本插在Connector內側的部份改成夾外側的方式,到目前為止,試產超過1,000台並沒有再發現類似的不良。

一般市面上的 Cnnector 大多使用金屬蓋子,塑膠蓋子應該較少見到,塑膠蓋子要開塑膠的射出模具,而金屬蓋子則是沖壓的模具,量產夠大的話,塑膠蓋子應該會比較省錢。

▼一開始的 connector 把 塑膠蓋子(cap) 塞到了 connector 的接觸彈片內側。
connector_cap03

▼塑膠蓋子塞到connector內側,加熱後金屬彈片容易局部變形。
connector_cap04

▼變更為Mylar貼片,但太小吸不住,太大又影響SMT取件。
connector_cap05

▼最後變更回塑膠蓋子 (cap),但改為夾外側,避免直接接觸金屬彈片。
connector_cap01connector_cap02


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