電子制造服務業(yè)的興起

2005年2月A

    幾乎所有的電子制造公司都有壓力，必須盡快將下一代產品推向市場。而下一代產品又非?？赡苁菓昧烁〉牧悴考圃於傻母有∏闪岘嚨碾娮友b置。
    一旦完成了設計，接下來就是制造產品。制造公司這時面臨兩種選擇；它可能將產品攏在自己的制造部門內生產；也可能委托其它的組裝公司按合同加工生產。
    如果你的產品是由最新工藝技術制造的零部件組裝而成的，那么將不太可能在自己的制造部門加工生產。因為，如果想自己組裝生產，就需要添置新設備；例如投資購買合適的零部件的上料與下料設備(pick and place machines)，這樣的投資是目前大多數英國的電子制造公司承擔不起的。這時正是按照合同承包組裝生產的公司發(fā)揮作用的時機。規(guī)模比較大的合同承包制造商現在愿意稱呼自己為“電子制造服務公司（EMS）”。 而如果你希望在線路板上采用節(jié)距微小的零部件時，這些公司將很可能成為你寄予厚望的選擇。
    Flextronics公司和Celestica公司就是這種類型的電子制造服務公司，它們向全世界提供制造加工能力。但是一旦他們打算加工你的產品，他們首先希望確認你的產品設計是具有易制造性特征的。
    Brian Smith先生是Celestica公司在歐洲部分的制程開發(fā)工程經理。他指出：目前組裝技術有兩個發(fā)展趨勢?！暗谝?，移動電子產品當前的發(fā)展勢頭十分強烈。這種勢頭有力地推動著PCB上的封裝向高密度方向發(fā)展，促使PCB安置越來越多的零部件，也促使零部件包含越來越多的功能。另一方面，既使尺寸的縮小并不是重要的問題，但是巨大數量的I/O也可能引起麻煩；因此在某種情況下，不得不采用多芯片封裝?！盨mith先生接著又指出，這兩種發(fā)展趨勢都在粘貼（attachment）與可靠性方面提出了挑戰(zhàn)。
    Flextronics公司技術部門負責先進技術的總監(jiān)Dongkai Shangguan先生也支持Smith先生的觀點。他補充說，“除了必須面對CSP封裝越來越小的節(jié)距以外，還必須面對面引出封裝的越來越小的節(jié)距。這種封裝是受微小型化趨勢的推動，也主要是受手持式產品的影響?！?br/>    現在的大多數的面引出封裝的引出端節(jié)距為0.5mm，而CSP的間距為0.4mm。這期間倒裝芯片封裝的間距正向0.2mm推進。此外，他還指出了其它具有更多I/O封裝的例子，例如具有2577個I/O的陶瓷焊接柱陣列的封裝（CCGA,ceramic coloumn grid arrays）。他的結論是，“我們的困難在兩個方向都在增長”。
    Flextronics公司和Celestica公司都在開展堆疊芯片尺寸封裝（CSP）的開發(fā)。Shangguan先生說，“向Z方向發(fā)展可以使我們增加封裝的密度?！?br/>    從帶引出線的封裝向其它類型的封裝轉換也是一個困難的挑戰(zhàn)。Smith先生說，“我們主要和BGA封裝打交道，但是其他的解決方案是在周邊引出的。并且無引出線的QFN ( quad flat no lead，無引線四邊扁平封裝)的應用正在日益增多?！?br/>    從制造商的角度來看，測試也是個問題。Smith先生解釋說道，“如果想用光學的方法觀察連接處，對于相當多的封裝形式是不可能的。這些封裝從這個角度來看是難以識別的。因此，我們不得不在某種程度上依賴其它的檢測技術。”
    于是又產生了問題，因為正在發(fā)展中的消費類應用并不希望采用昂貴的檢測設備。于是制造商只能去優(yōu)化其制程。Smith先生評論說道，“一切有關質量的問題，都是在設計的開始階段就決定了的。”由于這個原因，Celestica公司寧愿選擇在設計的盡可能早期就參與設計工作。
    Shangguan先生談到了制程的優(yōu)化問題?！爱斘覀冝D而采用更微細節(jié)距的封裝時，必須進行布線的檢驗——檢查一下，能否有效地布通？是否需要安置通孔？安置通孔意味著需要增加PCB的層數，因此必須權衡利弊，估量這樣是否會抵消由于采用更小的節(jié)距所帶來好處。”
    Shangguan先生認為節(jié)距愈小，對線路板轉印制程（printing process）的要求越高?！叭绻荒芫_地控制轉印制程，就很容易出現更多的缺陷。對零部件的上料，下料，安放；安置位置；對準精度；以及焊接塊的尺寸大小等指標要求都很重要。而這些要求都和設計很有關系，都是在設計時就確定下來的。
    Smith先生說，Celestica公司為溝通加工與設計的關系，為加強設計的易于制造性制訂了一些設計準則。“技術的變化十分迅速，新的封裝層出不窮。我們確實感到只有優(yōu)化設計，才能夠獲得最好的結果?！?br/>    封裝尺寸減少后所引發(fā)的另一個問題是機械強度。Smith先生說，“機械強度問題變得越來越重要，尤其是對長期的可靠性，設計就更加重要?！彼ㄗh，最好別在應力比較集中的地方，例如在移動電話手機鍵盤的下面，安置關鍵的零部件。但是他也認識到這也不是總能夠保證做得到的事情。
    Shangguan先生也看出，I/O數目多的封裝也存在同樣的問題。除了應力問題以外，器件與線路板的實際粘貼也會遇到問題。他說，“以CCGA封裝為例，轉印的確很重要，但是由于焊接需要達到共平面的要求，因此需要足夠份量的焊料膏以保證達到可靠性的要求。但是這些器件的尺寸大小與重量，對零部件的上料與下料設備的要求也越來越高，零部件安置的精確度也十分重要?！?br/>    其次，對回流爐也存在類似的問題；因為電子產品的生產數量很大。如果未能調整好回流爐的溫度分布曲線，則很可能在線路板上出現比較大的溫度差異。必須減少這個溫度差異，盡可能減少它對零部件造成的影響。

無源元件的安置也可能出現問題
    問題不僅出現在有源元件上，無源元件也同樣令人頭痛。目前的趨勢是0201規(guī)格的電容器的使用日益普及，而且Flextronics公司已經在準備如何處理01005規(guī)格的元件了，這些元件僅僅比沙粒稍微大一些。
    Celestica公司的Smith先生說，“安置0201規(guī)格的元件比0402規(guī)格的元件更為困難?！睘榱丝朔щy，我們對粘貼的設計進行了更多的研究。為此我們花費了很多時間，力求搞清楚有關的關鍵問題，只要發(fā)現設計中有可能出現問題的地方，就力爭在設計中加以解決?！?br/>    和Shangguan一樣，Smith也對精確度問題高度重視。真正的關鍵是如何保證制程的規(guī)范設置，能夠精確地進行。例如，0201元件要求的工藝裕度就更嚴格，所以必須全面了解公司制程的裕度，容限。
    元器件是如此之小，連檢驗都幾乎不可能進行，更何況如何對它們進行處理了。Smith說，“對它們必須實行批量供料，不能粘在膠帶上傳送。如果元器件的物理尺寸再進一步縮小，超過一定限度時批量供料也無法進行了。如果能夠全面地滿足精確度的要求，才真正地有可能實現?！?br/>    Smith先生對整機設計人員的建議是；當考慮采用新型封裝的元器件時，先咨詢組裝人員，聽一聽他們的意見?！耙驗槲覀冊浂啻魏土悴考墓坦餐ぷ?，參與過測試與質量認證，因此對新的封裝有一些了解。這些都有助于向設計人員提出建議。我們可以和他們分享這些經驗，并且相信他們會采納我們的建議。”（皮徹，鄭華）