这一周, 我有两个实验项目, 第一个就是现代电子制造与可靠性。
别的项目, 我之前已经踩好了点, 然而就是这个项目我没有找到确切地点。于是, 上课之前我很早的就开始寻找教室, 寻找那个”训练中心电子第三教室”。根据网络学堂提供的地图, 我走进了一个工地里面, 发现那里在拆迁, 我还试探性的爬上了楼梯, 发现里面全都拆光了。最后李兆基楼的保安帮我查到了上课地点, 实际上, 上课地点就写在签到表格的背面, 我着急的情况下竟然忘看了。之后老师告诉我们, 因为”经管学院”很有钱, 把这块地给买走了, 于是训练中心搬到了李兆基楼。
走了这么一圈, 时间就被耽误了, 我早早地出发居然还是迟到了20分钟! 这20分钟内老师讲的东西, 我都没有听到, 很可惜, 只有等下一次有机会再补上了。
之前, 老师应该是讲解的SMT生产工艺。之后, 老师讲的是可靠性相关内容。
设计电子产品, 是需要保证可靠的。电子(和其他种类的)产品的可靠性其实是和设计寿命有关的, 例如高铁的寿命应该是20~30年, 大家电是15~20年, 手机由于更新频率较快, 大约是3年。当然, 这些寿命是在正常使用的情况下的寿命。此外, 现在的电子产品越来越小(手机除外:) ), 所以越来越多的器件使用表面贴装技术(Surface Mount Technology, 简称SMT)安装到印刷电路板(Printed Circuit Board, 简称PCB)上。所以, 接下来的可靠性主要是针对SMT生产出来的产品进行讲解的。
老师给我们看了两个焊点的纵切面图, 其中一幅图中的焊点有几个很大的气泡, 另外一个没有。显然, 有气泡的远比没有气泡的要更加不稳定。然而, 要检测是否有气泡之类的瑕疵是十分困难的一件事情, 光靠仔细检查外表是远远不够的。顺便, 老师指出, Nokia手机可以砸核桃是因为手机生产的时候回流焊是在氮气中进行的, 这样大幅度地提高了可靠性。此外, 对于BGA之类的焊点不在外边的封装, 检查起来就更困难了。
老师在介绍设备之前, 让我们先体验了一把手动贴片的感觉。
这一次, 我们制作的是U盘。U盘是PCB是双面的, 其中一面已经由老师安装Flash芯片并测试好, 另外一面的零碎的贴片元件则是由我们自己安装。
首先呢, 又有一位老师负责把焊锡膏通过丝网印刷到我们的PCB上, 然后我们就可以开始放置元件了。
贴片元件的一个显著特点就是小, 所以, 有的同学安装的时候出现了颤抖、抽搐、眼花等症状。这里, 老师指出, 给我们用的元件还是算比较大的, 一般产品的元件要小一倍以上。事实上, 元件贴歪了没有太大关系, 因为焊锡膏熔化的时候会使其纠正过来。主控芯片虽然大, 但是其引脚小而密使得它也不是很好安装。
幸运的是, 人类设计出了一些方法, 生产了一些设备来帮助印刷焊锡膏、贴片和检查。
前面提到训练中心搬到了李兆基楼, 所以整个生产线还没有完全启动, 有些机器只能看看外观。不过对于我来说没有太大的遗憾, 因为我上个学期去过一个真正的电子产品生产集团, 看到了从PCB制版到贴片元件安装和回流焊甚至外壳制造的全过程。
这一次, 我们看到了静态的印刷锡膏、放置贴片元件的设备以及工作的回流焊机器。用于检查的设备主要有X光、白光(忘记叫什么了), 还有个设备是用来检查、修复BGA封装的元件的焊接的, 篇幅所限, 这里就不过多介绍了。顺便指出, 焊锡主要有两种, 以是否含铅来区分。含铅的熔点低, 便于安装, 可靠性高; 而无铅的熔点略高, 所以使用相对不便, 可靠性稍微低一些。此外, 国外的电子产品一律要求无铅工艺, 而国内在这方面的监管就有所欠缺了。但是, 我并不认为国外的产品可靠性会比国内的低。
另外, 回想之前我用镊子和电烙铁安装我做的无线低功耗温湿度传感器的时候, 真是艰苦。
总之, 这一次我们成功体验了现代电子制造并了解了可靠性测试。
不错！