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案例分享(二十九):用Solder Fortification焊片解决QFN空洞问题

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2023年 9月 02日
故事背景:点击查看往期推文

由于瓜达拉哈拉工厂大约5%的Druid手机被退货,罗伯被派往工厂解决问题,从山姆的描述得知是QFN底部的焊垫出现了空洞,罗伯认为可能需要使用Solder Fortification焊片来解决问题,并希望皮特能够一同前往。令他感到尴尬的是山姆也开起了他和帕蒂的玩笑…..

在飞往墨西哥瓜达拉哈拉飞机上,罗伯仍有些按捺不住的兴奋,他对顺利解决空洞问题十拿九稳,看看坐在旁边的皮特,让他信心又多了一层。原本还担心帕蒂会因为他先斩后奏请皮特一起去出差而生气。实际上帕蒂很爽快的就同意了,因为她明白罗伯如果此行成功,定能从中受益良多。

飞机盘旋准备降落时,罗伯开始为过海关做准备。他一直认为,用红绿灯的方法来确定是否要检查乘客的行李有些奇怪。“唉,算了,入乡随俗吧。”罗伯心里说。

穿过瓜达拉哈拉车水马龙的街道,从机场到工厂的车程大约40公里。到达工厂后,罗伯看到来迎接的米格尔·门多萨,不禁先松了一口气。罗伯过去曾与米格尔共事过,米格尔是工艺工程师,罗伯过去也非常敬重他。

寒暄过后,米格尔告诉罗伯和皮特,按计划将先要与工厂总经理举行一次项目启动会议,总经理来自美国,名叫格兰特·威尔逊。会议开始时,罗伯用西班牙语向威尔逊介绍了自己。

“哇!”威尔逊听到后笑着说。“别人问我是双语、三语,还是只会母语的美国人时,我不得不说我是只会母语的美国人。不过,我正在上西班牙语课。”

罗伯转头看了看米格尔,只见他翻了个白眼。但是,罗伯认为威尔逊肯去上西班牙语课至少是一种友好的表现。

罗伯提议:“也许在座有谁可以介绍一下问题的现状和已经执行过的动作”。

“米格尔,你能向罗伯介绍一下我们现在的情况吗?”威尔逊问道。

米格尔于是说道:“Druid手机的退货率为5%。几乎所有问题都指向高功率QFN焊垫下的大空洞,空洞率约为50-70%。大约一周前,我们根据在2011年国际表面贴装技术协会会议上由德里克·赫伦、刘彦博士和李宁成博士合著的论文《QFN 组装中的空洞控制》里的建议优化了钢网开孔设计,帮助焊锡膏挥发物的排出,空洞率降至30-50%。”

罗伯问道:“空洞率的规格要求是多少?”。

“现在不能确定,”米格尔回答。

格兰特·威尔逊说:“所以,我们现在有两个问题——一是确定30-50%的空洞率是否可接受,另一个就是进一步降低空洞率。”

“他的这番话倒也鞭辟入里。”罗伯心想。

接着开口补充道:“我谈一下个人的意见,如果需要将空洞率控制在30%以下,这可能需要用到Solder Fortification焊片。空洞不仅是与焊锡膏放气有关,这么高比例空洞率很大可能是由焊料不足导致的”。

“好吧。你们两个去解决问题,有了结果向我汇报。给你们三天的时间,”威尔逊口气严肃。

罗伯、皮特和米格尔从会议室出来就直接进入车间。罗伯非常高兴皮特也来到了现场,因为他是设置优化贴片机的专家。罗伯准备一些Solder Fortification焊片,因为他知道肯能用得上。在与QFN供应商电话沟通后,项目组确定先以空洞率低于30%作为目标。罗伯查看了近期的实验数据,对比了钢网开孔优化前后空洞的X光照片。这些都令罗伯印象深刻,但同时又认为做还不够。

(以下对话翻译自西班牙语)

“米格尔,我建议在两个最关键的QFN上测试Solder Fortification焊片,”罗伯说道。“空洞形成的主要原因有两个。第一个是助焊剂挥发物不充分,第二个是焊料不足。因为大多数人没有意识到焊锡膏中的金属体积只有50%。在这种情况下,如果要降低空洞率,可以考虑使用Solder Fortification焊片,增加锡量”。

罗伯随后给米格尔看了赛斯·霍默在 2011年国际表面贴装技术协会会议上发表的论文《使用预制焊片减少QFN元件的空洞》。论文里详细介绍了使用Solder Fortification焊片解决QFN空洞的成功案例。按论文里的介绍,罗伯和米格尔花了大半天的时间建立起了一条使用Solder Fortification焊片生产线。打了100块手机板,空洞率仅为10.5%。

第二天一早,项目组成员一起到了格兰特·威尔逊办公室。

威尔逊问道:“从你们脸上的笑容来看,我猜你们成功了,是吗?”

罗伯首先解释了为什么焊片是必须的,又说明了测试过程和结果,然后停下来等着威尔逊发问。

威尔逊很快问道:“焊片的价格是多少?”罗伯回答说:“大约为0.02美元每片。但每200美元价值手机保修成本至少是10美元(0.05×200美元)”。[涉及价格为情节需要,请以销售报价为准]

威尔逊问道:“使用焊片会不会降低生产效率?我一直在关注你和帕蒂·科尔曼还有教授一起开展的工作。也是你们让我相信生产力的重要性”。

“没错。教授曾经说过,‘世上没有一条生产线是完全平衡的’。现在生产线上的泛用机待机四秒钟等高速机。于是我们把焊片放在泛用机上跑,并优化了两台贴片机的供料器设置。现在,生产每块手机电路板的时间还减少了1.25秒。”罗伯回答道。

“我很好奇。那我们做这件事最大的挑战是什么?” 威尔逊问道。

“罗伯说,将焊片放置在焊锡膏和QFN接地焊盘正确位置上最为关键。需要将焊片压到锡膏到一定的深度,还要在四周留一圈锡膏,以确保QFN元件贴装不会有问题。如果没有皮特,我们可能不会这么快就解决这个问题。他对贴片机操作真的非常在行,”米格尔回答道。

米格尔随后给威尔逊看了一张照片,便于更好的理解,照片源自赛斯·霍默的论文。

“伙计们,干得漂亮,谢谢你们。我不得不承认,在今天之前,我对焊片应用一无所知。很明显,在某些情况下,一个小小焊片甚至关乎业务存亡!”威尔逊慷慨激昂地做了一番总结。

接着,威尔逊说道:“为庆祝今天的成功,今晚在圣狼餐厅一起共进晚餐,晚上7点见。”

“谢谢老板!”罗伯、皮特和米格尔异口同声地说。

圣狼餐厅是罗伯在瓜达拉哈拉最喜欢的餐厅,也是帕蒂的最爱。但这次帕蒂没能加入,这多少令罗伯感到些许遗憾。

三个月后,瓜达拉哈拉工厂反馈手机返修率接近为零。米格尔也因参与解决了棘手问题而被擢升为高级工程师。后续还会有哪些精彩故事呢?敬请期待下集《案例分享(三十):帕蒂的终极电子装配生产力指标》