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电子控制模块制造工艺仿真

2016/10/10    来源:互联网    作者:刘华      
关键字:工艺仿真  智能制造  
电子控制模块是很多产品的核心部件,可以说电子控制模块就是产品的大脑,其他部件都由这个核心来控制指挥。但是随着行业的发展,近年来,电子控制模块的可靠性、设计制造过程越来越面临严峻的挑战。

引言

    电子控制模块是很多产品的核心部件,军工航天、交通工具、能源、医疗、工业设备、网络通讯、计算机、手机、生活电器等产品均包含一块或多块电路板(电子控制模块),可以说电子控制模块就是产品的大脑,其他部件都由这个核心来控制指挥。但是随着行业的发展,近年来,电子控制模块的可靠性、设计制造过程越来越面临严峻的挑战。如图1所示。

图1 电子控制模块是很多产品的核心部件

图1 电子控制模块是很多产品的核心部件 

1 电子控制模块设计制造面临的严峻挑战

    我们每个人都期望,自己国家制造的导弹武器、防御系统20年后仍然可以正常工作,自己乘坐的15年前制造的飞机可以平安抵达,自己驾驶的汽车10年后仍然可以安全运行,5年内家里的家用电器可以不必报修,2年内自己的手机可以稳定工作。但是随着电子控制模块的复杂性增加、器件小型化、产品更新周期缩短,越来越难以保障电子控制模块的可靠性、稳定性。近年来电子控制模块故障引发的安全事故和召回事件经常见诸新闻报道;2013年因电路板存在故障引发错误换挡指令,克莱斯勒召回逾47万辆汽车; 2013年因模块电路板发生异常,台湾高捷电联列车失去动力;2013年,因电路板烧坏,济南日立电梯坠落致使段女士腰椎骨折;2014年亚航QZ8501空难,主因是导航模块电路板焊点破裂……如图2所示。

图2 品质问题会酿成大祸

图2 品质问题会酿成大祸 

    对于消费电子、生活电器产品,产品不稳定、售后维修多不但增加了产品成本、侵蚀企业利润,而且影响用户对该产品的口碑、损伤企业品牌信誉。对于互联网普及、粉丝经济下的今天,产品出现故障的不良体验、报修沟通时间花费、维修路程时间、现场等待时间及维修费用都在引发消费者抱怨,从而使消费者及其社交圈群体(家庭、同事、朋友、同学……)逐渐失去对该品牌的忠诚度、远离该品牌产品,长而久之,影响企业的生死存亡。

    全球竞争的加剧使得产品更新换代周期越来越短,为了保持这种优势,企业需要缩短设计时间,缩短制造周期,实现敏捷制造;如何在保障产品品质和可靠性的前提下,找到设计和制造过程中可以提速的环节,是每个企业得面对的又一挑战。

    另外,电子控制模块的生产准备过程大多是手动方式。虽然电路板的组装流水线大多是自动化设备,但是核心贴片设备生产程序包含大量的参数,准备这些参数需要大量人工校正、人工匹配创建输入等工作,没有一个工程师、技术员能够保证每个产品几个小时的人工编程过程都不出错。一个极性错误,就可能带来大量的返修工作,万一问题产品流入到品牌客户处,代工企业可能面临失去订单的巨大商业风险。

    对企业管理层来说,复杂的电子控制模块产品设计、生产制造过程,对企业的人力资源管理提出了很高的要求。资深工程技术人员离职、退休后,经验如何保留传承;招人难,招到后如何让其快速掌握岗位知识技能;之后如何创造一个相对轻松的环节,让员工在企业服务得更久;这些越来越需要企业管理者去考虑、去解决、去经营。

2 制造工艺仿真、专家系统是缺失环节,亟需工艺设计智能化

    2.1 焊锡焊接决定电子控制模块生产质量品质、产品可靠性

    电子行业专家发现影响电子控制模块寿命的主要问题不是元器件/PCB裸板材料, 而是焊锡焊接。电路板焊盘(footprint)设计不好,与实际元器件组装时匹配不良,就会导致焊接问题。该问题通常会表现在两个方面,一是生产过程中,出现质量缺陷(桥接、短路、开路、冷焊、立碑……),影响直通率、产出,额外的返修增加了制造成本,所以从2000年左右,SMT生产线不断增加了焊锡光学检查环节(回流焊炉后AOI光学检查机、贴片机后AOI光学检查机、焊膏印刷后SPI焊锡检查机、X光自动检查机);另外一个方面,部分焊点生产时焊锡连接完好,可以通过光学测试、在线测试、功能测试等检查,但是由于焊盘与元器件匹配不良,导致生产时该焊点位置焊锡流失较多、焊锡焊接的强度较弱,引发产品交付后可靠性、稳定性问题/隐患(焊点裂缝、破裂),影响产品寿命,常常企业发现一些产品在交付时完全可以正常使用,但使用几个月、几年后出现故障、不稳定,而且越是经常震动、温湿度变化大的使用环境,出现故障、稳定性问题的频率越高。如图3所示。

图3 焊点结构强度决定产品可靠性

图3 焊点结构强度决定产品可靠性 

责任编辑:马倩
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