高可靠性电子装备PCBA设计缺陷案例分析及可制造性设计
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1.5 先进制造技术

先进制造技术主要着眼于满足中长期电子装备需求的电装工艺先进技术,着重研究当前没有的,而型号产品有需求背景的先进制造技术,属于工艺创新领域。

1.5.1 什么是先进制造技术

2008年,以工程院院士童志鹏为总编的《先进电子制造技术(第二版)》是这样定义的:先进制造技术是当代信息技术、综合自动化技术、现代企业管理技术和制造技术的有机结合,是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等高新技术成果,将其优化、集成并综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、精益、敏捷、灵活生产,并取得理想经济效益和社会效益的制造技术的总称。先进制造技术=信息技术+传统制造技术的发展+现代管理技术。

电装类的先进制造技术主要包括“电气互连”和“微组装”;涉及“绿色制造技术”、“虚拟样机技术”、“异地协同设计技术”和“虚拟制造技术”等。

1.5.2 电气互连先进制造技术

①特种基板制造技术:包括绝缘金属基板(IMS)、金属芯印制板、刚-挠基板、异形基板和微波特种基板。

②新型元器件组装技术和质量技术:包括电路可制造性设计、高密度表面组装印制电路板设计技术和高密度PCB组装工艺。

③板级立体组装技术:包括立体布局与仿真技术和立体组装工艺技术。

④整机三维布线技术。

1.5.3 新型元器件与高密度组装技术

1.什么是高密度

高密度包括元器件安装高密度和高密度布线。

①印制电路板上元器件安装密度高于50个/cm2,焊点密度高于100点/cm2

②元器件高密度安装间距。

③布线密度:四级以上布线密度为高密度。

2.什么是新型元器件组装技术

①BTC元器件:仅有底部有焊接端子的元器件,例如,盘栅阵列元器件QFN、LCCC;柱栅阵列元器件CCGA,LGA,;仅有底部有焊接端子的片式电感线圈。

②引脚中心距小于0.4mm的BGA/CSP等。

③近几年出现的英制01005和公制03015等新型微小型元器件。

常规的SMT技术,如普通FR-4上的焊膏印刷、贴片和焊接已经属于常规工艺,而不属于先进制造技术。

1.5.4 微组装先进制造技术

①高密度多层互连电路基板技术,包括厚膜多层基板技术、共烧陶瓷基板技术、薄膜多层基板技术等。

②多芯片系统微组装技术。

③立体组装技术。

除此之外,电气互连技术先进制造技术还包括FPC-SMT技术、刚-挠基板SMT技术、微波特种基板SMT技术、高密度无ODS清洗技术、POP技术和post-SMT。

1.5.5 可制造性设计是实现先进制造技术的前提和技术支撑

没有可制造性设计,常规工艺和电气互连先进制造技术就失去了实现其作用的载体和平台!抓住了可制造性设计,就抓住了影响电子产品质量和可靠性的源头!抓常规工艺,用工艺规范指导生产,以满足生产需求;工艺必须创新,工艺不创新,就没有生命力!工艺的创新主要体现在可制造性设计和先进制造技术。不抓可制造性设计,设计将永远被动!不抓先进制造技术,工艺将永远落后!

工艺工作的特殊性要求我们,工艺必须走在领导前面,走在设计前面,走在整机前面,我们的工作一定要求有足够的前瞻性,一定要有创新性。我们要用创新的精神去做好工艺工作,而可制造性设计和先进制造技术就体现了工艺的前瞻性。

美国知名智库麦肯锡全球研究院推出的《中国创新的全球效应》把创新分为“科学研究型创新”“工程技术型创新”“客户中心型创新”“效率驱动型创新”四个类型。可制造性设计属于“工程技术型创新”。我们“先消化后创新”,通过“获取、消化、改善”国外技术来学习创新。

工艺要面向设计,就涉及设计的可制造性,要非常明确地向产品的电路设计工程师、硬件设计工程师指出:什么样的电路设计才符合可制造性的要求?要理直气壮地向设计人员提出CBB!

工艺要面向制造,就要使工艺设计标准化、规范化,要非常明确地向产品的工艺工程师指出:什么样的工艺设计才满足可制造性的要求,才具有可操作性。

与印制电路板THT/SMT技术相同,作为电子设备重要组成部分的整机/部件及射频电缆组件、多芯射频电缆组件的设计和组装技术日益复杂,对可制造性设计的依赖也日益强化;实践证明:影响产品研制进度和可靠性的主要原因是我们的产品设计缺乏可制造性。