PCB與PCBA工藝復(fù)雜度的量化評估與應(yīng)用初探

問題背景和目標(biāo)
隨著電子信息產(chǎn)品的精度和復(fù)雜 度越來越高，對和A的設(shè)計(jì)、 制作，以及A組裝都會帶來新的 挑戰(zhàn)和難度。而在我們的工作當(dāng)中， 因?yàn)槿狈虯量化的評估， 不知道如何區(qū)分普通和復(fù)雜的和 A的設(shè)計(jì)，并采用什么樣的方式來處理。

基于上述考慮， 我們參考了業(yè) 界已有的作法， 設(shè)計(jì)了一個(gè)P C B 和 A的工藝復(fù)雜度計(jì)算公式以解決這 方面的問題。另一個(gè)方面，在工程能 力方面，做了一些針對性的工作，來 達(dá)到高質(zhì)量和低成本的這樣一個(gè)目標(biāo)。

高復(fù)雜的特點(diǎn)
從我們的具體情況看，高復(fù)雜度 有以下特點(diǎn)：大尺寸、高層數(shù)（ 18層以上）、1+10+1甚至1+16+1的 H D I設(shè)計(jì)、線寬線距密（例如3 / 3、 3/4、4/4）、高孔厚徑比（例如10： 1以上，最多達(dá)到13.5：1），以及采 用了一些新的表面處理方式（如化學(xué) 錫、化學(xué)銀）。這樣的板子我們定義 為高復(fù)雜度的。

復(fù)雜度的量化
那么，我們現(xiàn)在給出的高復(fù)雜度 定義有四個(gè)條件：1、層數(shù)＞18的 （背板層數(shù)＞20）；2、有HDI、機(jī)械 埋盲孔、平面埋容、背鉆等特殊工藝 的；3、厚徑比＞10：1的；4、外形 尺寸接近極限的（最小線寬線間距＜ 4mil；孔到線的距離，包括內(nèi)層孔到線 的距離＜10mil）。

高復(fù)雜A的特點(diǎn)
從我們目前的情況看， 高復(fù)雜 A的有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、器件總 數(shù)多，最多達(dá)到7,000-8,000個(gè)；2、 結(jié)構(gòu)件安裝復(fù)雜；3、面陣列器件多， 甚至一塊板子有60多個(gè)面陣列器件， 包括CSP和BGA；4、雙面布局；5、 阻容匹配器件多， 而且基本上都是 0402或者0805的阻/容排；6、SMT和 THT混合。

A復(fù)雜度量化公式
我們開始采用A復(fù)雜性指數(shù)的 計(jì)算公式就是考慮這幾個(gè)因素：1、元 件和焊點(diǎn)的數(shù)量；2、單面還是雙面布 局；3、是否有很多混合組裝；4、焊 點(diǎn)密度。

A復(fù)雜性指數(shù) Ci＝[(元件數(shù)量 +焊點(diǎn)數(shù)量)/100]×S×M×D 其中： S = P C B 的面數(shù)（ 對于 雙面P C B ， S = 1 ； 對于單面P C B ， S = 1 / 2）；M=工藝混合程度（混合 程度高時(shí)，M = 1；混合程度低時(shí)， M=1/2）；D=焊點(diǎn)密度，焊點(diǎn)數(shù)/每平 方英寸/100。

在這幾個(gè)因素之外，我們還考慮 了另外三個(gè)方面的問題，1、是否采用 了以前未用過的組裝工藝？2、是否用 了新的板材或輔料？3、有無特殊的裝 配和裝聯(lián)的要求？從這三個(gè)方面按照 不同的權(quán)重進(jìn)行加分。

復(fù)雜度小于50的，就是非常簡單 的板；復(fù)雜度為50～125，屬于中等復(fù) 雜板；復(fù)雜度大于125的，就屬于高復(fù) 雜度板了。這個(gè)定義大家可以根據(jù)自 己的情況進(jìn)行調(diào)整。例如，我們最早 的時(shí)候?qū)τ趶?fù)雜度大于80的板子就認(rèn) 為很復(fù)雜了，但是現(xiàn)在隨著能力的提 升，大于125才算是比較復(fù)雜的板子。

如何做好高復(fù)雜與A
我們通過量化和A的復(fù)雜 度，也就確定了需要重點(diǎn)關(guān)注的和 A，接下來需要從兩個(gè)方面進(jìn)行努 力：一是從工程設(shè)計(jì)時(shí)做好這些和 A的DFM；二是針對這些和 A需要選擇工程能力特別強(qiáng)的供應(yīng) 商。

高復(fù)雜的DFM
我們在做高復(fù)雜度的P C B 的 DFM時(shí)，需要在供應(yīng)商、材料、設(shè)計(jì) 等方面特別注意，比如說在設(shè)計(jì) 時(shí)，層數(shù)越多，層對位精度就會下降， 因此，在考慮孔徑和孔到線的距離時(shí)要 特別小心。同樣，過孔的孔寬尺寸也要 加大，因?yàn)閷ξ徊痪_，鉆孔的時(shí)候就 有可能會破盤。因此，我們在設(shè)計(jì)層數(shù) 較多的板子時(shí)，要適當(dāng)加大內(nèi)層的孔盤 直徑。此外，我們在考慮孔壁到走線的 距離時(shí)，要特別注意高Tg板在熱沖擊條 件下的縮孔問題。

高復(fù)雜度設(shè)計(jì)時(shí)，還要小心表 面處理的問題。從我們目前使用的情況 來看，熱風(fēng)整平對高層數(shù)、大尺寸高復(fù) 雜度板是不太適合的。對于ENIG，由 于在高復(fù)雜度板上的一些細(xì)間距、密間 距的器件，焊盤的尺寸非常小，這樣會 對黑盤的敏感性大大增加，所以我們現(xiàn) 在高復(fù)雜度的板子上，已經(jīng)基本上禁止 使用ENIG表面處理。對于OSP，需要 考慮它對ICT測試的適應(yīng)性問題。

高復(fù)雜A的DFM
對A的DFM方面，優(yōu)先選擇回 流焊接的工藝路線，少量插件，如同 軸連接器、電纜連接器等考慮使用通 孔回流焊接。在插件數(shù)量較多時(shí)，應(yīng) 考慮集中布局，采用回流焊接加局部 波峰焊或選擇性波峰焊的工藝路線， 避免手工補(bǔ)焊。

此外，在圖形定位精度、器件種 類的多樣性對組裝過程和鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)的 影響、設(shè)備的組裝能力和保養(yǎng)等各個(gè) 方面都要有相應(yīng)的要求。

EMS廠家的高復(fù)雜A組 裝工程能力
對EMS廠家來說，我們遇到的最 大問題是EMS廠是不分級的，從人員 素質(zhì)、設(shè)備能力、現(xiàn)場工藝控制能力 看是否適合做高復(fù)雜度板，沒有一個(gè) 明確的定位。我們曾經(jīng)也考慮過對不 同的供應(yīng)商采用不同的辦法，例如采 用定線的辦法來解決。但是，能不能 對整個(gè)EMS廠能力的提高，以及人員 能力的提升是否有一個(gè)明確的要求？ 而且，你定的那條線，能力是否可以 量化也存在問題。比如一個(gè)復(fù)雜度在 200以上的板子，對應(yīng)的人員的技術(shù)能 力、設(shè)備能力到底是什么樣的一個(gè)對 應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)在也說不太清楚。

高復(fù)雜A組裝要求
無論是提供組裝服務(wù)的E M S 廠 家，還是我們自己做加工，對于高復(fù) 雜度A的控制來說，都可以量化為五個(gè)方面——人、機(jī)、料、法、環(huán)。

人：指定專門的生產(chǎn)線加工高復(fù) 雜度板，對其設(shè)備保養(yǎng)和操作人員制 定嚴(yán)格的規(guī)定和要求，包括培訓(xùn)、考 試、上崗標(biāo)準(zhǔn)等等。

機(jī)：對每條高復(fù)雜度產(chǎn)品生產(chǎn)線 的每臺設(shè)備都有嚴(yán)格的控制要求，包 括嚴(yán)格的操作指引、檢查要求等都有 詳細(xì)的規(guī)定。

料： 控制和減少管式物料； 0402、0201微型器件的尺寸穩(wěn)定性、 焊端一致性要好；注意檢查是否 有明顯變形；各種類型的器件鍍層、 焊端對焊接溫度的要求要基本一致； 大尺寸連接器與模塊封裝回流焊接變 形的尺寸要在允許的范圍內(nèi)等等。

法：對于工藝規(guī)程的控制，我們 現(xiàn)在是對高復(fù)雜度A的組裝有一個(gè) 30多頁的控制規(guī)程，每個(gè)步驟，包括上 板之前，到印錫、錫漿的更換和添加， 到鋼網(wǎng)的上機(jī)前的檢查，還有擦網(wǎng)紙、 洗板水等等都有嚴(yán)格的控制要求。

環(huán)：在物料存儲的環(huán)境條件、防 靜電管理、潮濕敏感器件管理、IC類 器件的存儲和周轉(zhuǎn)分發(fā)等各個(gè)方面都 要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

與A復(fù)雜度量化方法的應(yīng)用價(jià)值
E M S 廠家對于不同的復(fù)雜度 A，在人員組成、設(shè)備配置、過程 控制上采用不同策略，形成分層的加 工能力，滿足不同客戶需求；可以根 據(jù)不同的A復(fù)雜度，要求不同的加 工費(fèi)用。

通過高復(fù)雜與A的運(yùn)作， ODM廠家制作成品率與A組 裝質(zhì)量提升明顯，減少了返工的成本 與可靠性隱患，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效 益，還可用于評估人員投入、工藝設(shè) 計(jì)策略、管理模式優(yōu)化。

目前，與A的量化標(biāo)準(zhǔn)有 少數(shù)公司在應(yīng)用，但還沒有得到業(yè)界 的廣泛認(rèn)可與應(yīng)用；而且量化標(biāo)準(zhǔn)所 涉及的項(xiàng)目還不夠完善，有待于進(jìn)一 步優(yōu)化，需要業(yè)界同行一起參與，形 成統(tǒng)一的與A的量化標(biāo)準(zhǔn)并在 行業(yè)中推行。