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元器件引腳去氧化工藝
元器件引腳去氧化工藝【1】
摘要：介紹了常用的元器件引腳去氧化的方法，針對不同元器件引腳去氧化方法進行工藝試驗，對比試驗結(jié)果，得出各種元器件引腳去氧化方法的最佳工藝參數(shù)和適用特點。
對電子裝聯(lián)企業(yè)元器件引腳去氧化工藝控制有指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：元器件;引腳;去氧化
文章首先說明了電子裝聯(lián)企業(yè)遇到的元器件引腳氧化問題，然后介紹了常用的幾種元器件引腳去氧化方法，并通過工藝試驗確定各種元器件引腳去氧化方法的最佳工藝參數(shù)，得出各種方法的適用特點。
1 元器件引腳氧化問題
元器件是電子產(chǎn)品的重要組成部分，電子元器件的質(zhì)量直接影響著電子產(chǎn)品的可靠性，在電子產(chǎn)品電裝接收環(huán)節(jié)與加工過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)元器件引腳存在嚴(yán)重氧化現(xiàn)象。
由于元器件引腳氧化，一方面無法使用，造成巨大浪費，另一方面勉強使用，裝聯(lián)后可靠性無法保證，產(chǎn)品存在嚴(yán)重質(zhì)量隱患。
對于多品種小批量的高可靠性產(chǎn)品，元器件引腳氧化是更嚴(yán)重問題，因此必須采取有效的工藝方法，在焊接前對元器件引腳去氧化處理。
2 常用的元器件引腳去氧化方法
常用的元器件引腳去氧化方法有橡皮擦除法、吸錫器搪錫法、助焊劑活性法、除氧化皮清洗劑清洗法。
橡皮擦除法是借助外力采用橡皮擦除器件引腳表面的氧化膜;吸錫器搪錫法是用吸錫器加熱元器件引腳進行搪錫處理，并借助吸錫頭將引腳上的氧化物蹭掉;助焊劑活性法是用助焊劑中的松香樹脂和活性劑在一定溫度條件下產(chǎn)生活性化反應(yīng)，使助焊劑具有弱酸性能去除元器件引腳上的氧化膜;除氧化皮清洗劑清洗法是用除氧化皮清洗劑清洗元器件引腳。
3 元器件引腳去氧化工藝試驗
分別對橡皮擦除法、吸錫器搪錫法、助焊劑活性法、除氧化皮清洗劑清洗法開張工藝試驗。
3.1 橡皮擦除法
1)試驗工具及原材料：繪圖橡皮、整形平臺、試驗件(焊球氧化的BGA器件，引腳氧化的SOP器件，引腳氧化的LCC器件)。
2)試驗方法如下：
――將待處理器件放在防靜電工作面面上，用手扶持元器件體;
――用繪圖橡皮擦拭器件引腳直至器件引腳光亮，但最多不超過30次;
――擦拭時力度應(yīng)適中，不能用力過大、過猛而損壞器件引腳;
――器件引腳擦拭干凈后將器件上的多余物清理干凈;
――對于器件封裝為SOP、QFP器件應(yīng)使用整形平臺進行整形處理。
3)試驗過程：對試驗元器件的部分引腳或焊球進行氧化處理。
3.2 吸錫器搪錫法
1)試驗工具及原材料：返修臺、吸錫頭、助焊劑、焊錫絲 、試驗件(引腳鍍金的通孔氧化器件、引腳鍍錫的氧化器件)。
2)試驗方法如下：
――調(diào)節(jié)維修返修臺的吸錫器溫度，根據(jù)待處理器件的引腳直徑選擇合適的吸錫頭;
――在待處理的器件的氧化引腳上涂適量助焊劑;
――待吸錫器溫度達到設(shè)定溫度后，在吸錫器上掛適量焊錫;
――將吸錫頭對準(zhǔn)氧化器件的引腳，再將引腳伸入吸錫器中來回拉動，將器件引腳上的氧化層蹭掉，待引腳表面上錫后，用吸錫器將引腳上多余的焊錫吸干凈。
3)試驗過程：對試驗元器件引腳進行氧化處理。
圖1是引腳鍍錫的通孔氧化器件去氧化后效果對比圖。
3.3 助焊劑活性法
1)試驗工具及原材料：耐高溫托板、小毛刷、可調(diào)節(jié)烘箱、調(diào)溫烙鐵、試驗件(器件引腳氧化的表貼器件)、助焊劑、焊錫絲。
2)試驗方法如下：
――器件整形后將器件整齊放置在耐高溫托板上，用小毛刷蘸助焊劑均勻涂刷器件引腳;
――將托板連同器件放入烘箱中，烘烤參數(shù)見表1;
――在托板上用烙鐵進行搪錫處理。
3)試驗過程：對試驗元器件進行去氧化處理。
烘烤溫度為100℃，烘烤時間為150s時，助焊劑活性最好，去氧化能力強，搪錫效果最佳，元器件去氧化前后對照圖見圖2。
3.4 除氧化皮清洗劑清洗法
1)試驗工具及原材料：針管、玻璃器皿、白色高溫膠帶、烘箱、小排筆、無水乙醇、高壓**槍、助焊劑、錫鍋、除氧化皮清洗劑、試驗件(器件引腳為鍍金的氧化器件6個、器件引腳為鍍錫的氧化器件1個)。
2)試驗方法：
――采用帶刻度的針管及玻璃器皿將除氧化皮清洗劑和開水按照1：N的比例配比成X%的清洗劑溶液;
――用白色高溫膠帶保護待處理器件的字符面;
――將待處理器件放入玻璃器皿中，沿器皿內(nèi)壁倒入配比好的清洗劑溶液，使溶液完全浸沒
器件引腳，但不高出元件上表面;
――將玻璃器皿放入70℃的烘箱中烘烤，后取出后用小排筆刷洗器件引腳;
――用無水乙醇刷洗器件上殘留的去氧化皮清洗劑，將無水乙醇吹干;
――將清洗干凈的器件放入70℃的烘箱中烘烤30min后，再進行搪錫。
3)試驗過程：按照試驗方法對引腳為鍍金的試驗件進行去氧化處理，具體試驗參數(shù)及結(jié)果詳見表2。
引腳清洗劑濃度為50%，浸泡時間為10min時，去氧化處理后效果最佳，效果見圖3。
4 結(jié)論
通過元器件引腳去氧化工藝試驗，比對試驗結(jié)果，各元器件引腳去氧化方法總結(jié)如下：
1)橡皮擦除法適用于表貼器件的引腳氧化處理，多由于BGA、CSP、LCC、PLCC、SOP、QFP封裝的器件去氧化處理。
2)吸錫器搪錫法適用于通孔器件的去氧化處理，多用于錫鍋搪錫后引腳局部不上錫或有黑色氧化物沾覆的器件處理;
3)助焊劑活性法適用于引腳為鍍金、鍍銀、鍍錫的通孔器件，表貼器件的引腳去氧化處理;
4)除氧化皮清洗劑清洗法適用于器件引腳鍍層為鍍金的通孔器件的引腳去氧化處理，不適用于器件引腳為鍍錫的氧化處理。
參考文獻：
[1] IPC J-STD-001D 《焊接的電氣和電子組裝件要求》.
電子元器件工藝成熟度評價【2】
摘 要通過對電子元器件工藝成熟度評價技術(shù)的研究，探索一種可行的評估電子元器件工藝成熟度的方法。
首先，介紹了成熟度概念發(fā)展過程，然后，通過學(xué)習(xí)國外制造成熟度評價技術(shù)，對電子元器件工藝成熟度評價方法進行了研究探討。
【關(guān)鍵詞】電子元器件 制造成熟度 工藝成熟度
1 引言
風(fēng)險與不確定性廣泛存在于裝備領(lǐng)域科研項目中，以“拖進度、漲經(jīng)費”為主要特征的項目管理風(fēng)險是世界各國在國防科研項目管理和裝備采辦過程中普遍存在的問題。
為了降低國防科研項目管理和裝備采辦中的風(fēng)險，美國國家宇航局(NASA)和國防部(DoD)在其科研項目管理和裝備采辦過程中引入技術(shù)成熟度(TRL)評價方法。
在裝備研制過程中，作為對技術(shù)風(fēng)險的一種度量方法，技術(shù)成熟度評價已經(jīng)獲得了裝備領(lǐng)域重大項目管理和采辦的廣泛接受，但是，技術(shù)成熟度作為一種衡量方式還存在一些應(yīng)用上的局限性。
TRL評價僅僅是從技術(shù)能力滿足目標(biāo)產(chǎn)品性能方面度量成熟度，只能度量技術(shù)風(fēng)險的一個維度，而無法給出與技術(shù)風(fēng)險有關(guān)的完整信息。
2 制造成熟度發(fā)展概述
技術(shù)成熟度評價方法在裝備項目中的廣泛應(yīng)用，能夠深入判斷技術(shù)和設(shè)計滿足目標(biāo)需求的程度，在一定程度上滿足了項目需求，降低了技術(shù)風(fēng)險，但是，隨著科研項目從理論設(shè)計轉(zhuǎn)向?qū)嶋H生產(chǎn)時，由于對目前制造領(lǐng)域的技術(shù)條件沒有系統(tǒng)的分析，由制造問題而引起的風(fēng)險逐漸顯現(xiàn)出來，而這是在實施技術(shù)成熟度時沒有考慮在內(nèi)的問題，為了彌補技術(shù)成熟度評價的局限性，也為了更全面地評估科研管理和項目采辦過程中的風(fēng)險，因此，制造成熟度(MRL)概念應(yīng)運而生，目的是彌補技術(shù)成熟度在由技術(shù)向生產(chǎn)轉(zhuǎn)化時，對技術(shù)轉(zhuǎn)化能力的一種評估。
3 制造成熟度評價技術(shù)
3.1 制造成熟度等級劃分
MRL是用來度量一項技術(shù)或工藝是否達到了向裝備生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，或者確定一個裝備研制項目是否達到了進入下一階段的判斷指標(biāo)。
自從開始研究制造成熟度以來，各研究機構(gòu)已經(jīng)發(fā)布了多個版本的制造成熟度等級手冊、評價手冊、等級指南草案等。
通過長期的研究和實踐，制造成熟度等級和評價不斷完善，2010年，美國國防部制造成熟度手冊將MRL分為10個等級。
3.2 影響制造成熟度的因素
在裝備由設(shè)計轉(zhuǎn)向生產(chǎn)制造時，制造風(fēng)險將變得尤為重要，不成熟的制造工藝用于生產(chǎn)，將會導(dǎo)致成本上升、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、可靠性不高和難以按期交付等問題。
為了全面完整地識別由產(chǎn)品制造引起的風(fēng)險，美國國防部制造成熟度評價方法中將涉及制造的風(fēng)險因素劃分為技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)、設(shè)計、成本和投資、材料成熟度、工藝能力和控制、質(zhì)量管理、制造人員、設(shè)施和制造管理等9大制造風(fēng)險因素，每個風(fēng)險因素通常還包括若干個子因素，通過綜合考慮9大制造風(fēng)險因素及其子因素，形成了對應(yīng)每一級的MRL評價準(zhǔn)則，作為制造成熟度評價的依據(jù)。
4 電子元器件工藝成熟度評價研究
在我國，針對制造成熟度的研究還處于起步階段，如何適應(yīng)我國實際情況對制造成熟度進行描述、評估，迄今為止仍未能形成一套比較成熟的理論體系，也沒有一個比較客觀的評價標(biāo)準(zhǔn)對項目制造成熟度進行度量和評估，還有許多問題有待探索和實踐。
電子元器件是一切電子信息系統(tǒng)和裝備控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能和可靠性直接影響整機裝備的功能，是裝備發(fā)展的基礎(chǔ)。
制造成熟度評價方法將涉及上述九大因素，每個制造風(fēng)險因素還包括若干個子因素，對于如何制定出科學(xué)、可行的制造成熟度評價準(zhǔn)則，則是一項非常困難的工程。
因此，本文將著重于研究探討電子元器件工藝成熟度評價技術(shù)。
4.1 工藝成熟度等級劃分
工藝成熟度(Process Readiness Level，PRL)將著重于評價產(chǎn)品從設(shè)計開發(fā)到最終產(chǎn)品實現(xiàn)的工藝能力水平高低的研究，工藝成熟度評價的對象是工藝，即產(chǎn)品制造工藝水平的高低。
工藝成熟度評價著重于產(chǎn)品的可制造性，產(chǎn)品能不能批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量和成本能不能達到目標(biāo)要求，最終能不能投入市場滿足客戶需要等。
工藝成熟度等級是度量工藝成熟度的一種量化的表示方法。
工藝成熟度和技術(shù)成熟度是相互關(guān)聯(lián)的，兩者都是識別相關(guān)風(fēng)險的。
標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)不成熟和設(shè)計不穩(wěn)定都將影響產(chǎn)品制造工藝，如果產(chǎn)品技術(shù)不成熟或設(shè)計不穩(wěn)定的話，工藝成熟度就無從談起。
因此，在每一個工藝成熟度等級定義中都包含了相應(yīng)的技術(shù)成熟度等級，也就是說當(dāng)工藝成熟狀態(tài)達到某一等級時，其技術(shù)成熟狀態(tài)必須達到相應(yīng)的技術(shù)成熟度等級，其定義如下：
PRL 1：工藝基本原理被發(fā)現(xiàn);
PRL 2：制造工藝概念得到確認(rèn);
PRL 3：工藝方案被確認(rèn)，工藝方案的可行性得到驗證;
PRL 4：具備生產(chǎn)出原理樣件的能力，該原理樣件通過了試驗室環(huán)境的驗證;
PRL 5：具備生產(chǎn)出樣件的能力，該樣件安裝到分系統(tǒng)級樣機，并通過了模擬使用環(huán)境的驗證;
PRL 6：具備生產(chǎn)試生產(chǎn)件的能力，該試生產(chǎn)件安裝到系統(tǒng)級裝備中，并通過了典型使用環(huán)境的驗證;
PRL 7：具備小批量生產(chǎn)的能力，生產(chǎn)線能力得到驗證;
PRL 8：生產(chǎn)線可接受的量產(chǎn)和可生產(chǎn)性水平得到驗證;
PRL 9：全速率生產(chǎn)能力得到驗證。
4.2 工藝成熟度等級詳細定義
工藝成熟度等級僅給出了一個粗略的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，還需要針對工藝成熟度每一級定義制定一套具體的評價準(zhǔn)則，評價準(zhǔn)則在工藝成熟度評價過程中，起到提示的作用，啟發(fā)專家從哪些方面考慮問題，從哪些方面來評價工藝成熟度，但又不局限于這些問題。
一般來說，工藝成熟度等級的第1，2的技術(shù)不足以定義一個制造過程，因此，從3開始，其評價準(zhǔn)則如下：
PRL 3：工藝方案被確認(rèn)，工藝方案的可行性得到驗證。
PRL 3等級是對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線的制定，并且制造工藝在實驗室環(huán)境下得到驗證，并評估關(guān)鍵部件的當(dāng)前工藝方案的可生產(chǎn)性; PRL 4：具備生產(chǎn)出原理樣件的能力，該原理樣件通過了試驗室環(huán)境的驗證。
當(dāng)工藝成熟度達到4級時，技術(shù)成熟度應(yīng)該達到相應(yīng)的等級之上。
此時，應(yīng)該已經(jīng)具備生產(chǎn)樣件的原材料;關(guān)鍵工藝得到確認(rèn)并在實驗室環(huán)境下得到評估;解決可生產(chǎn)性不足的風(fēng)險降低措施得到確認(rèn);
PRL 5：具備生產(chǎn)出樣件的能力，該樣件安裝到分系統(tǒng)級樣機，并通過了模擬使用環(huán)境的驗證。
當(dāng)工藝成熟度達到5級時，表明產(chǎn)品已經(jīng)進入工藝開發(fā)階段。
此時，材料消耗定額已經(jīng)確定，對工藝裝備、試驗和檢測設(shè)備的選擇及鑒定原則和方案的制定已經(jīng)完成，但過程能力不足，產(chǎn)品成品率低。
PRL 6：具備生產(chǎn)試生產(chǎn)件的能力，該試生產(chǎn)件安裝到系統(tǒng)級裝備中，并通過了典型使用環(huán)境的驗證。
當(dāng)工藝成熟度達到6級時，生產(chǎn)所需的原材料性能、數(shù)量、進度滿足生產(chǎn)要求，對產(chǎn)品特點、結(jié)構(gòu)、特性要求進行了工藝分析及說明，對關(guān)鍵件、重要件、關(guān)鍵工序的識別，以及質(zhì)量控制點的合理設(shè)置，特殊過程工藝試驗和檢測項目的正確性，過程能力滿足要求，產(chǎn)品成品率處于一般水平。
PRL 7：具備小批量生產(chǎn)的能力，生產(chǎn)線能力得到驗證。
當(dāng)工藝成熟度達到7級時，產(chǎn)品初始質(zhì)量水平得到驗證，具備小批量試生產(chǎn)能力，工裝、檢測和測試設(shè)備在生產(chǎn)環(huán)境下得到驗證，工藝流程得到驗證，過程能力充分，具備工序控制點精度保證及質(zhì)量穩(wěn)定性控制的能力，產(chǎn)品成品率處于行業(yè)較高水平，表征產(chǎn)品工藝水平的關(guān)鍵指標(biāo)處于行業(yè)中等水平，所有設(shè)計要求得到了滿足。
PRL 8：生產(chǎn)線可接受的量產(chǎn)和可生產(chǎn)性水平得到驗證。
當(dāng)工藝成熟度達到8級時，產(chǎn)品生產(chǎn)過程能力非常充分，產(chǎn)品成品率處于行業(yè)高水平，表征產(chǎn)品工藝水平的關(guān)鍵指標(biāo)處于行業(yè)較高水平，設(shè)計穩(wěn)定，很少或者沒有設(shè)計變更，制造工藝充分得到理解而且控制在相應(yīng)的質(zhì)量水平，生產(chǎn)線達到要求的穩(wěn)定水平。
PRL 9：全速率生產(chǎn)能力得到驗證。
工藝成熟度達到9級時，產(chǎn)品生產(chǎn)過程能力絕對充分，產(chǎn)品成品率處于行業(yè)最高水平，表征產(chǎn)品工藝水平的關(guān)鍵指標(biāo)處于行業(yè)最高水平，生產(chǎn)線運行達到要求的質(zhì)量水平之上，穩(wěn)定的生產(chǎn)。
4.3 關(guān)鍵工藝特性確定
工藝成熟度評價準(zhǔn)則僅給出了一個寬泛的評價指標(biāo)，而最終能夠指導(dǎo)評定專家展開工藝成熟度評價工作的是根據(jù)這個評價準(zhǔn)則，以具體產(chǎn)品為評定對象，通過識別產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝，制定關(guān)鍵工藝特性判定細則，最后根據(jù)該關(guān)鍵工藝判定細則進行工藝成熟度評價工作。
所謂的關(guān)鍵工藝特性是指在特定的工藝方案中存在影響產(chǎn)品功能性能的不穩(wěn)定制造工藝、制造過程控制的不確定性及生產(chǎn)過程不可檢驗項目等決定該工藝方案的關(guān)鍵工藝參數(shù)的總和稱為關(guān)鍵工藝特性。
4.4 評價實施
工藝成熟度評價過程的實施主要包括兩個階段：
4.4.1 識別關(guān)鍵工藝特性
這一階段主要是項目負(fù)責(zé)人根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境和功能確定基本工藝特性清單，然后被評定方根據(jù)產(chǎn)品工藝流程及工藝特點提供初始關(guān)鍵工藝特性清單，向評定專家組提供被評價項目的關(guān)鍵工藝特性初始清單，評定專家組針對基本工藝特性清單和關(guān)鍵工藝特性初始清單進行評審并確定最終關(guān)鍵工藝特性清單。
然后，被評定方根據(jù)最終確定的關(guān)鍵工藝特性制定關(guān)鍵工藝評價細則，提交評定專家組進行評審、修訂并補充形成最終評價細則。
評審專家組最終根據(jù)確定的關(guān)鍵工藝成熟度評價細則進行評審工作。
4.4.2 評價關(guān)鍵工藝的成熟度
評定專家組按照工藝成熟度評價準(zhǔn)則和關(guān)鍵工藝評價細則逐級、逐項評價每一項關(guān)鍵工藝的情況，深入了解該工藝研究與應(yīng)用情況，分析工藝原理的掌握程度，掌握工藝攻關(guān)的完成情況，搞清亟需突破的技術(shù)瓶頸，并按工藝成熟度評價細則，評定其工藝成熟度等級。
評價的依據(jù)是工藝成熟度評價準(zhǔn)則、關(guān)鍵工藝成熟度評價細則和相關(guān)關(guān)鍵工藝的基本數(shù)據(jù)。
該階段主要包括關(guān)鍵工藝成熟度評價、關(guān)鍵工藝成熟度評價結(jié)果協(xié)調(diào)和完成工藝成熟度評價報告等工作。
5 裝備研制階段對電子元器件選用要求建議
電子元器件的質(zhì)量、性能與可靠性是整機裝備成敗的關(guān)鍵因素之一。
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，某航天產(chǎn)品在初樣研制階段發(fā)生的32項重大質(zhì)量問題中，15項是由電子元器件質(zhì)量問題引起的，特別是在裝備總裝測試過程中發(fā)現(xiàn)的13個重大質(zhì)量問題中，有高達8項是由電子元器件引起的，電子元器件在整機裝備研制生產(chǎn)過程中存在的問題，必須引起高度重視。
電子元器件工藝成熟度等級定義貫穿于裝備研制的整個階段，因此，應(yīng)在立項論證階段、方案階段、初樣階段、試樣階段和整機定型階段的各個階段過渡前進行電子元器件工藝成熟度評價工作，并將其作為立項論證、轉(zhuǎn)階段評審的重要依據(jù)之一。
如圖1所示，立項論證階段時的工藝成熟度應(yīng)至少達到三級，方案階段轉(zhuǎn)初樣階段工藝成熟度應(yīng)達到五級，試樣階段工藝成熟度應(yīng)達到六級，整機定型階段電子元器件的工藝成熟度等級應(yīng)至少達到七級。
6 結(jié)束語
對電子元器件工藝成熟度的評估，可對軍用電子元器件承制單位的工藝水平做出評估，從而為裝備用電子元器件的選用提供依據(jù)。
通過對產(chǎn)品工藝成熟度的評價，可以有效地識別電子元器件制造工藝過程中存在的各種風(fēng)險、及時了解產(chǎn)品工藝的行業(yè)水平，有利于企業(yè)找出工藝控制能力方面的薄弱環(huán)節(jié)及對工藝投資的決策，并且可以借鑒同行業(yè)的經(jīng)驗及各評定專家的意見，改進和提升本單位的工藝水平。
參考文獻
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[2]馬寬，王聲，劉瑜，周少鵬.制造成熟度及其在我國航天的應(yīng)用研究[J].航天器工程，2014，23(02)，132-137.
[3]高原，高彬彬，董雅萍.制造成熟度管理方法研究[J].制造技術(shù)與機床，2012(03)：30-36.
[4]余斌.航天電子元器件質(zhì)量保證體系研究[D].國防科技大學(xué)碩士畢業(yè)論文，2009.
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