文档介绍：SMT可制造性设计应用研讨会讲义
  CCF 技术管理顾问  薛竞成
 
     不论是您公司从事的是什么产品,不论您的顾客是内部或是外部顾客,他们对您的要求都可说是一致的。他们的要求都离不了三方面。即优良或至少满意的品质、相对较低的成本(或价格)、和较短而及时的交货期。而身为一个产品的设计人员,您对以上的三个方面是绝对有影响和控制能力的。目前新一代的设计师,他们的职责已不是单纯的把产品的功能和性能设计出来那么简单,而是必须对以上所提到的三方面负责,并做出项献。
     为什么现今的管理对设计师在这方面的表现特别重视呢?主要是因为设计是整个产品寿命的第一站。在效益学的观点上来说,问题越是能够越早解决,其成本效益也就越高,问题对公司造成的损失也就越低,在电子生产管理上,曾有学者做出这样的预测,即在每一个主要工序上,其后工序的解决成本费用为前一道工序的10倍以上,例如设计问题如果在试制时才给予更正,其所需费用将会较在设计时解决高出超过10倍,而如果这设计问题没法在试制时解决,当它流到再下一个主要工序的批量生产时,其解决费用就可能高达100倍以上。此外,对于设计造成的问题,即使您厂内拥有最好的设备和工艺知识,也未必能够很完善的解决。所以基于以上的原因,把设计工作做好是门很重要的管理。所谓把设计做好,这里指的是包括产品功能、性能、可制造性和质量各方面。
    SMT是门复杂的科技。因此目前的设计师也面对许多方面的压力。身为一个STM产品设计师,他必须对很多方面如元件和组装寿命等等数十种科目具备一定的知识。许多这方面的问题都是以往插件技术中不必加以考虑和照顾的,但如今却成了必备的知识。所以当今的设计师,他们应该具备的知识面,已不能像以往处理电子产品设计时的范围一样。而本讲座中谈到的DFM技术,也正是当今SMT设计师必备的知识之一。
    目前在工业界里,几乎没有人不谈‘品质'管理的。先进管理观念强调,品质不是制造出来,而应该是设计出来的。这观念有其重要的地方,是使用户从以往较被动的关注点(生产线上)移到较主动的关注点(设计上)。但说法不够完善。严格和具体来说,品质既不是生产来的,也不是单靠设计来的,而应该是配合来的。好的品质是通过良好的设计(配合工艺和生产能力的设计),优良的工艺调制,和生产线上的工艺管制而获得的。而这三者又是需有良好的品质管理理念、知识、系统和制度来确保的。
    要确保产品高而稳定的品质、高生产效率和低生产成本、以及准确的交货时间,我们的生产线必须要有一套所谓的‘坚固工艺’(Robust Process)。而坚固工艺是必须通过设计、工艺能力、和设备性能之间的完好配合才能实现的。所谓坚固工艺,是指其对外界各种影它表现的因素的灵敏度很低。也就是说,对这些因素的大变化,其整体效果还是稳定不变或只限于合格范围内的变动。
    在我们计划引进一条生产线时,我们必须确保此生产线能处理我们所要制造的产品范围。但当我们有了生产线后,我们则应该尽力使我们的产品设计,能适用于此生产线上制造。这便是可制造性设计的基本理念。
   ‘坚固的工艺’是相对的,所以一套设计规范也是有其针对性的。它在某一生产环境下(设备、管理、材料、工艺能力、品质标准)也许是‘坚固’的,但在另一个环境下却可能变得不‘坚固’。因此,设计的好与不好,也是有它的特定性。用户必须了解和牢记这一点。
    产品寿命,是另一设计上应该注重的地方。由于产品在服务期内会受到各种不同的环境压力(如热变化、机械振动等等),产品的设计必须确保在这方面能经得起使用环境中会遇上的各种压力。另一个要照顾到的是制造方面,可制造性和寿命有什么关系?一个设计得非常难组装的产品,其对服务寿命的威胁一般也较大,而制造工艺上的小变化常常也会缩短其服务寿命。比如一个热处理做得不好的设计其制造过程中所受到的焊接热冲击会较大,因温差较大使焊点的可靠性也不容易得到保证。这就影响了此产品的寿命。
    产品寿命的设计考虑,始于对产品寿命的定义。设计人员应该定下和寿命有关的一切条件,如寿命期(多少年?)、允许的故障率、故障定义、维修保养政策、使用环境条件、验证方法等等。再从使用环境条件的定义下设计产品的寿命测试方法、选择元件材料、选择设计规范,并通过寿命测试来验证设计和开发工艺等等。
    影响寿命的因素很多,可分为主因素和次因素两大类。主因素如元件引脚种类、元件的大小、元件和基本的匹配等等,这些对寿命的影响较明显严重。次因素虽然单独的影响不是很明显严重,但几种次因素的作用加起来,其整体作用也可以是相当可观的。这方面的例子如焊点的形状、成品的保护涂层(conformal coating)、基板的外形比等等。在影响产品寿命的种种因素之中,热处理的考虑应该