本文介绍了两家海外公司联手合作开发的一种审核各类返工设备的通用方法。
有一家EMS跨国公司的法国公司*，其返工方面的问题不断增长，希望摆脱困境，结果发现，根本没有解决这一问题所需要的工具。这家EMS公司有6台返工设备，包括5台热风／对流设备和1台激光设备，分别应用于不同的 产品配置、不同材料和元件的特定返工需求。而该公司的6台设备中，有一台开始出现工艺偏移的现象，不能精确定位和控制。虽然情况并不是特别严重，但若不予纠正，会给随后的工艺带来质量问题。可能足热传送率的问题，也可能是工艺时间的问题，即便得以解决，要是不能真正了解问题的根源，就不可能知道究竟足由于真正的机器偏移导致的问题，还是由于机器内编程方法的误差而导致的问题，这才足真正的问题所在。在对返工机器进行零部件升级并实施常规保养维护后，返工机器仍存在偏移现象。为精确测出其根源，下一步就要努力描绘出静态返工工艺曲线，以便掌握返修机器工作期间的操作情况。
这家EMS公司的工程师设计并制造了一种托板模型，它可以感应返工机器中的所有部件、有源工作台的上下部位和加热元件，用于观察它足如何与该公司所有各种返工机器(不只是某种型号的机器)的接口形成连接的。
首先，他们对装有特定元件，包括球栅阵列(BGA)和扁平四方封装(QFP)的印制电路板(PCB)实施这一操作，这些元件在该公司生产的多数组件中十分常见。
将板子上的各个关键部位通过导线与热电耦形成连接：先用热风吹顶部，再用热风吹底部，分别对底部和顶部大面积加热，然后对PCB表面的底部和顶部进行吹风和集中加热。将热电耦插入标准的温度记录仪中，以便记录所感应的温度数据。
起初几次测试情形正常，但是，由于板子反复处于返工的加热温度下，会出现板子脱层、QFP质量下降和热电耦翘起的现象(见图1)。这些问题导致读出的数据是错误的。除非测试专用板子的供应准备充足——每块板子完全相同，这几乎不可能得到保证——否则根本没有办法准确测量出任意实际偏差或返工设备的效率。测试板自身就存在有许多缺陷。
然后，这家EMS的工程师们不用FR4材料，而采用不锈钢平台制成了测试组装托板(见图2)。它具有很高的强度，不过，托板自身与PCB的实际热交换率不足相对应的。因为它的相当固定的任务仅仅足测量返工机器自身的最 基本的可重复生产性，可使用在过渡时期。然而最需要的足建立相当于再流炉或波峰焊“机器质量管理”(MQM)方法的新工具。这家EMS公司平常采用了两种工艺鉴定MQM来验证和审核其使用的再流焊炉和波峰焊设备。所建立的新工具必须能够履行其它MQM完成的职能，而其质量与配置又不同于其它MQM。它必须特别适用于返工工艺，适用于各种类型的返工设备。
创建路标
该EMS公司的工程师们编制出项目说明，目的足与在这一特殊技术领域有丰富知识的外界人士进行合作。为防止项目一开始就出现问题，这一题为“SPC返修项目”的计划书尽可能地做到详细，涉及到不同类型的返工机器的方方面面，比如，机器的各项功能和特质(见图3和图4)。最重要的问题足，无论使用哪种类型的返工机器，所开发的最终的MQM工具必须满足所有的通用返工工艺步骤的要求，例如：
预热区。这一步骤可预热机器和PCB。预热期间的数据是不可编程的。只有在(机器和PCB)温度条件生效后，才能实施下一步的操作。这一步骤对于尽量降低初始条件带来的影响很有必要。
保温区。这一步骤可将所有元件区域的温度提高到一定程度(t＜183℃)。这一步骤的测定时间是可编程数据。
再流区。这是元件在液体中(t＞183℃)滞留的时间。再流步骤是可编程数据。
有了一套详尽的技术规范之后，该EMS公司与设计其所使用的再流和波峰MQM的厂商**进行了接触。这家厂商已经掌握了有关这种产品类型的材料、加工和软件方面的知识。他们提供了技术规范以及这种类型产品需要实现的新目标。在产品的研发阶段，该EMS公司将作为β测试地，与供应商密切合作解决出现的问题。
最初工具的设计经历了几次反复，但其关键的结构性元素的演变中都包括了CDM(复合delmat材料)，它被选用于新的返修MQM的基本托板中。CDM在热应力下是稳定的，能够承受成千上万次循环，不会出现脱层或质量下降的现象。托板的厚度为6mm，大小设定为200×254mm，可通用于所有的返工平台。托板的四个边的2mm边缘轮廓经过了加工，很容易进入工作夹具中。托板上又安装了一个手柄，使得抬起和安置都更加简便。托板的顶端边缘显示出量度标记，便于进行设置。托板的所有角上、上下两面均补加了支座，用来保护补加的传感器。
在该供应商完成了基本的平台设计后，他们需要找到能够测量所需参数的传感器。正如返工和波峰焊MQM工具一样，这是将托板、传感器与储存和保护数据记录图表装置“合而为一”的工具。必须将所有这些内置到托板中，以便保证长年累月的不规则应用，且必须仿佛成为实际返工过程中的一部分那样提供信息；因此，与传送有效的再流或波峰焊工艺的传感器所面临的挑战稍有不同。
β测试
为了重新制造返工条件的零部件，该供应商发现了一种模拟了生产中BGA承受的实际温度的特殊传感器(见图5)。传感器是用一块不锈钢箔片制成的，焊接或烙有一个热电耦。再将该装置装入不锈钢盒中。整个传感器的厚度小于3mm。用装在其旁边的零质量的热电耦附着在托板上面。同时把复式传感器／热电耦结构附着于托板的底部。
在操作中，托板被安装在返工工作台上，还有一个向下运行的吸嘴，封闭了上传感器(见图6)。第二个传感器组件安装在托板的底部，用来探测底部的热能量，由于大多数返工机器的加热元件都是装在底部，可以降低有可能吸收为返工器件提供的热量的板子上的温差。 现在终于有了很好的工作模型，可以开始β测试了。测试的设计是模拟返工机器参数的变量，包括根据一组标称值进行调节——正向和负向调节。首先，实施25个周期的标称能力研究，以确保返工机器和托板在统计学上是可控的。通过这项能力研究之后，就要实施周期为数月的涉及参数的28个不同变量的现场测试计划。每种测试都要进行三次，以提高测试结果的可信度，总计要实施84次实验，主要包括以下三大类别：
·稳定循环参数。这是预热阶段的实验。预热对组装进行规范化，并为保温和峰值阶段进行组件预处理。这一组测试包括移动触发热电耦的位置，以及根据标称值改变编程的触发温度值。在各种情况下，托板都可探测到这些变量。
·保温循环参数。紧接预热阶段，在这一阶段要施加更多热量，这样一来，元件的温度就会以较高的速度上升。顶部加热器和底部加热器的温度变化在±7℃和±15℃的范围内。这一组参数产生了一些有趣的结果，建议改变MQM的底部气流传感器。尽管托板可以成功探测出由于±7℃和±15℃导致的变化，还可以对它进行改进，使其优点更加突出。顶部的性能达到了预期效果。另外还进行了有关调节循环时间的附加实验。托板探测出了所有这些变量。
·再流循环参数。工艺循环的最后一个阶段足使器件达到其最高温度，模拟再流焊接。这组实验克隆了预热循环实验，其结果也相同。
结论
借助于所得到的所有基本工艺参数，该EMS公司目前正使用其通用的返工MQM新工具，对其所有的返工机器进行故障检测和性能诊断分析(图7)。这一期间的重点工作仍是软件包的编译和故障诊断。虽然目前的软件为我们提供了所需要的性能，但是仍需进一步加以改进。仅以常规的方法使用这种工具和软件的工艺，就促进了许多新观念和“期望清单”的产生，结合进去形成更多独特的性能，该EMS公司希望能够更加深入地研究SPC分析领域的重大课题。这家EMS公司与该供应商一直合作进行实现这些性能要求的这一独特的MQM变革。
复杂结构的板子、小型的表面贴装器件和无铅焊料，仅仅是使返工发生困难、必须进行精确控制的几个问题。现在，终于有了一种可靠的方法，可以对返工设备进行检验和审核，以获得最优性能。这不仅节省了时间，还可增加全面的生产线控制，而且给用户带来了好处。即使最小的返工也是生产的一部分，因此，必须像其它每一工艺步骤一样对它进行严格控制。再下一步是通过将返工数据集成到更详细的SPC生产分析以及更加广泛的分析中，进一步扩大研究范围。 |
