本期专栏文章将讨论零缺陷为什么可能是一个理想但却并不现实的目标。我将分享一些行业数据来证明我的观点，可以使用这些数据作为基准测试产品的缺陷级别。我还将讨论在选择元器件时所做的抉择将会对您所期望的缺陷级别产生重大影响。

我想阐明一个要点。回流焊后产品零缺陷可能是不现实的，但我们确实需要努力实现发送给客户的产品零缺陷。这是检验、测试和返修的基本原因，尽管它们是非增值工艺步骤，但仍是必要的步骤。毕竟，您不希望客户在其工厂或现场发现这些缺陷。

下个月的专栏文章将讨论坏的缺陷和好的缺陷。是的，即使所有的缺陷都是不可接受的，有不良缺陷，也有没那么糟的缺陷。提醒：几乎所有公司的产品都有不良缺陷。尽管有严格的测试和检验制度，还是会漏检某些缺陷。

为什么我们达不到零缺陷？

大多数公司都试图通过试错来获得更高的SMT产品良率，但代价相当高昂。30多年来，虽然我们一直在大量生产SMT产品，但只有不到10%的公司的直通率超过了90%。这意味着90%的公司直通率要低得多。

我将1985年作为开始生产大批量主板的起点。你们中的一些人可能还记得第一批使用Intel286的电脑，Intel286是非常快的6 MHz处理器。虽然有20%的英特尔员工折扣，我仍花了5000美元购买了一台。我承认我买了两张软盘和大量内存（256KB，不是MB），但我确实省了很多钱，因为我没有再花1600美元买30MB的硬盘。当我有一个高密度的1 MB软盘驱动器时，为什么我还再需要一个硬盘？这对于我的第一版教科书《表面贴装技术：原理与实践》的写作来说已经足够了。

认真地说，从那时起，主板的设计和工艺步骤一直没有改变过。但是，新主板的复杂性只随着必须用一些旧封装（包括通孔）所采用的技术加工的小节距封装而增加。无铅材料和免清洗助焊剂的使用也使问题更加复杂。

稍后我将在本专栏中提供一些缺陷数据，而且最重要的是90%的公司都在做太多的返工。返工增加了产品的成本，并降低了焊点的可靠性，因为每次重新回流焊点时金属间化合物厚度都会增加。高缺陷率的原因包括：

• 工艺速度非常快
• 完成生产必须采用的设备
• 必须彻底描述设备的特征，可以定义为了解影响设备性能的所有参数
• 供应商可能会说这很容易，但事实并非如此
• 大多数大公司都指派工程师进行优化，而小公司则随时随地学习。
• 随时随地学习不是一种可选方案，因为收入或产品计划（或两者）可能会受到不利影响。

当今电子工业的缺陷水平是多少？

让我先引用Stig Oresjo的一篇论文^[1] 。这是一篇旧论文，但随着细节距和超细节距QFP、高针数BGA、0402、0201和01005电阻和电容器的广泛使用；无铅材料和免洗助焊剂的广泛使用，良率问题没有任何改善。我还必须提醒，本论文中的结论与我在咨询工作期间在不同客户现场的发现非常相似。

Stig Oresjo对15家美国和欧洲一级大型OEM和EMS公司进行了广泛的研究。他使用了325000多个电路板，550多种电路板配置，总计超过10亿个焊点。可以肯定的说，这项研究使用了大量的样本，这些制造商是一级组装厂，他们可以负担成本超过50万美元的AXI检查系统。

在本研究中，只采用AXI机器确定缺陷，没有采用功能性或在线测试（ICT）设备。考虑到AXI机器的局限性，如果同时使用ICT和功能测试，则累计缺陷可能更高。尽管如此，研究中的缺陷水平在650至10000 PPM之间变化，所有板的缺陷平均值为1100 PPM。

您必须遵循正确的程序来计算PPM水平。例如，如果电路板上有100个元器件，所有元器件共有1000个引线，那么缺陷的总机会是1100个（即：所有元件都是坏的，所有焊点都是坏的）。希望，你的运气没那么糟（也不会有人那么糟），产品只有11个缺陷。PPM水平将是10000（11除以1100乘以一百万）。

计算PPM的好处是电路板是简单还是复杂并不重要。然而，虽然直通率是一种有效的质量测量方法，但它并不能区分有1000个缺陷机会的一块非常简单的板和有10000个缺陷机会的一块复杂的板。复杂电路板的直通率要低得多，这可能比简单电路板的较高直通率更能反映质量。我们应该用这两种方法作为基准来衡量电路板的质量水平。

元器件类型、节距和缺陷水平

了解元器件类型与其缺陷水平之间的关系很重要。例如，本研究中一个有趣的发现是元器件类型和缺陷之间的密切关系。例如，尽管我们在波峰焊通孔元器件方面有近70年的经验，但它们的缺陷水平非常高（4000 PPM）。相比之下，鸥翼形器件的缺陷水平为1400PPM，而BGA器件的缺陷水平仅为600PPM。所有这些元器件的平均缺陷水平为1100 PPM。

对缺陷影响最大的是元器件的节距。节距的定义是相邻引脚中心到中心的距离，而不是相邻引脚之间的距离。元器件的节距决定了加工它们所需的焊料球粉末的大小、焊膏类型、丝印机和贴装机的类型。例如，研究发现，鸥翼形器件的PPM水平随节距的不同而变化。研究结果见表1。

节距	PPM
16 mils (0.4 mm)	13088
20 mils (0.5 mm)	1878
25 mils	950
50 mils	650

表1：QFP缺陷水平与节距

不言而喻：采用20mil或0.5 mm以下节距的鸥翼形器件时要小心。

产品的目标缺陷水平

我已经看到了非常低的缺陷水平，例如一个Intel产品达到了6PPM，马来西亚的一个EMS公司达到了4.5 PPM。然而，即使在这些公司，并不是每个产品都能达到如此低的缺陷率。虽然低于50 PPM非常罕见，但低于100 PPM并不罕见或不是不可能。但是，正如我在2019年5月专栏文章中所强调的，您不仅需要有内部书面的DFM和工艺文档，而且（更重要的是）要遵循它们。

此外，正如本文章前面提到的，一些元器件，例如波峰焊接的通孔元器件和节距低于0.5 mm的鸥翼形元器件，很难达到较低的PPM水平。只有在没有其他选项时才使用这些元器件。

实现低PPM缺陷水平对于高产量和可靠性很重要，但还不够。缺陷类型仍需要适当，这将是下一篇专栏文章的主题。

References

Ray Prasad是Ray Prasad咨询集团的总裁，也是《表面贴装技术：原理与实践》教科书的作者。普拉萨德刚刚获得了电子行业的最高荣誉----入选IPC名人堂，在SMT的各个领域拥有数十年的经验，包括他在波音和英特尔实施SMT的领导作用；帮助全球的OEM和EMS客户建立公司内部强大的、自我完善的SMT基础设施；以及现场教学、开办深度SMT课程。可通过smtsolver@rayprasad.com与他联系。可访问www.rayprasad.com，了解更多详情。如需阅读往期专栏或联系Prasad，请单击此处。