工艺技术在电子设备中的作用
QCHAO · 2009-05-09 00:49 · 33556 次点击
一、工艺技术的基本概念
电子设备在研究、试制和生产过程中,科学地、有计划地利用先进的加工手段和确定经济合理的加工方法,以实现预期的研制目的,这一过程就是工艺过程。工艺技术是在电子设备的研制过程中利用各种原材料或半成品进行加工或处理,最后使之成为电子产品的一种技术,它与电路、结构技术在一起,构成电子设备的三大技术要素,三者相辅相成,缺一不可。工艺是电子设备研究、试制、生产技术基础之一,它是实现电子设备技术方案不可缺少的一个环节,亦是保证设备质量的重要手段之一,工艺技术水平的高低,直接影响到设备的生产周期和效益。
二、电子设备工艺技术特点
1、工艺技术范围广,工种专业杂
电子设备工艺技术除有普通的电装、电调等工艺技术之外,还有在高频或极微弱电流等应用场合的特殊工艺,有的加工工艺需在显微镜下进行,有的则需巨型加工设备,有的需要进行超微、超细、超薄精密加工,有的还需要在超净、恒温、恒湿等特定条件下进行机械、光学、化学、电子的综合加工;有的采用常规工艺,有的就要采用精密机械加工工艺、物理化学工艺、超声波加工工艺、激光加工工艺、离子束加工工艺、等离子加工工艺、高速高能成型、电磁成型,有的要采用各种贵重或稀有金属和非金属材料、特殊材料进行成型和复杂的热处理或清洗处理等。
2、工艺要求严格,技术“诀窍”多
许多电子设备不但关键零部件多、零部件种类多、内外协作关系多,而且工艺要求很严格,不能差之丝毫,不能错装、漏焊和虚焊,更不能违反工艺规程,凑合了事,否则最后的成品必定经受不起恶劣环境的考验,或者带来严重的可靠性问题。在研制超大规模集成电路时,还需开发微米级或亚微米级线宽的微细加工工艺技术,也就是要改变集成电路用光学曝光的制作方法,推广、试验和采用微结构新工艺,开发用X射线束或电子束来进行曝光,使微细加工线宽小于LUM的新技术,这是一种高难度的新技术。正因为工艺技术“诀窍”多,所以人们对此严格保密、高度封锁,特别是国外的电子设备,大力宣传的是性能如何先进,造型如何美观,而对其加工生产中的工艺技术都不露真言,这些充分说明工艺技术在电子设备的研制、试验、试制、生产中的重要意义。
3、设计变化频繁,改型快
电子设备的工艺技术工作,一方面是大多数为单件、小批量、多品种,另一方面是电路、结构的修改频繁;在生产过程中,一方面是多种产品综合交叉、改型快,另一方面是生产准备工作量大,准备周期长,这些都给工艺技术工作带来不少困难,如能合理解决这些问题,将有效促进产品开发工作,例如“改型快”与“周期长”的矛盾,一般要靠雄厚的工艺技术基础,但是以提高工艺技术管理水平来解决也是不可忽视的,据统计,在开发电子设备的试制、生产总周期中,工艺技术准备占周期的(20~25)%,可见,缩短这一周期必定能加快多品种、小批量电子设备的开发进程,从而可解决市场急需的矛盾。
4、既要搞预研,又要解决现实工艺问题
为了满足用户求变心理,现在已进入多品种、小批量、改型快的柔性生产,使产品个性化、多样化,以适应不同层次的需求,不搞产品的预研,工艺技术不先行,产品将会失去市场,缺乏竞争力。当然,只重视新工艺的研究开发,忽视基础工作的稳定,不解决生产过程中的工艺技术问题,显然是不行的,加此应该两者兼顾,合理安排。
5、工艺既与电路、结构相辅相成,又有其独特功能
工艺、电路、结构是电子设备的三大要素,缺一不可,一台完美的电子设备,不但要有完美的电路方案和合理的结构设计,更要有先进的工艺技术,因为产品的最后实现的很大程度上取决于工艺技术能否过关和是否先进。再好的电路、结构,如果做不出产品来,只能是一纸空文。“工艺”与“技术”、“制造”是紧密相关的,先进的工艺技术可以促进先进电路和结构设计的实现,反之则做不出产品来,或者加工周期拖得太长,致使产品做出来后失去先进性和竞争性,然而不重视工艺技术和轻视工艺人员的现象至今尚有存在。应该认识到,科学的、合理的工艺技术可以促进科学技术的发展,而落后的工艺技术必然会影响它的发展,例如没有先进的多层印制电路板技术,就没有电子设备的小型化;没有超净化加工技术就谈不上电子设备的可靠性。某些电子设备在设计上的差距,往往可以通过买样机、样品,进行严密的“反求工种”得以参考借鉴,但在工艺上这种“反求工程”则是难以奏效的,因为工艺是作为重要“诀窍”而被严格保密,因此在研究、生产活动的全过程中,电路、结构、工艺设计三者是一个不可分割的连续过程,关系非常密切。实践证明,如果电路、结构设计师具备和熟悉了相应的工艺技术知识,他的设计就能体现产品的良好的工艺性,即在可能的手段和条件下制造出性能优越、满足设计要求的精良产品,电路设计师、结构设计师和工艺设计师之间的知识互相渗透和深化,是构成产品生命力的重要条件之一。
三、电子设备工艺技术的作用
电子设备中的电路、结构设计是解决做什么的问题,而工艺技术则是研究解决怎么做的问题,工艺技术的作用,通常表现为以下四个方面:
1、从制造技术上保证实现电子设备设计要求的重要环节
电子设备的电路、结构设计图纸以及有关文件资料,是研制、生产的技术语言,而工艺设计则是从制造技术上保证设计要实现的主要环节。电子设备在试制和生产前的工艺技术工作,主要是根据电路、结构设计图纸,选好原材料和元器件、公差尺寸配合,并根据适合工艺技术要求的结构图形和装配图形,以及工艺装备的继承性和使用性,提出关键工艺,推荐新的工艺技术,进行工艺性、先进性、经济性的合理分析与审查,编制出工艺技术实施方案和工艺规程。对于小批量生产的产品,则要在通过试生产(中间生产),不断修改和完善工艺方案与工艺规程,并提出必要的、成熟的工艺技术文件之后,才能组织大量生产或规模生产。
2、电子设备研制、生产组织管理工作的重要依据
工艺设计技术文件是管理和生产加工的重要依据,要结合本单位研制、生产类型的各自特点,做好工艺技术准备工作,各单位的研制、生产类别除了产品固有的技术特性之外,还应考虑各个产品生产批量的变化,因为产品批量的大小,会明显地影响工艺技术设计工作,也会涉及到管理体制和生产加工的组织。通过标准化、系列化、通用化工作,通过零部件类集等工艺工作,通过类型工艺水平的提高,可使单件小批量生产逐步转化为成批或大量生产,有利于生产组织,通过塑料化、无切削加工等工艺结构改革,也是改进生产组织的重要途径。工艺工作要根据本单位生产类型的总估价以及该新产品所属生产类型之特点,来决定工作内容和方法,以适应生产组织管理的需要。在工艺技术准备工作中需提供的有关技术依据有:产品用原材料消耗技术用量、为编制工时定额用的工艺过程以及专用工艺装备明细表等资料,这些工艺资料在不同生产加工阶段,以不同程度的内容和形式提供使用。在老产品生产过程中,还要汇编工艺性技术组织措施以及为提高工作效率而增设的生产流水线。
3、实现优质、低耗、节能、高效益研制的重要保证
工艺技术在生产加工实践中不断总结与提高,工艺技术文件也相应地不断改进,由于工艺技术是科研试制、加工生产管理的重要依据。因此,随着工艺技术水平的提高,必然反映到电子设备产品质量的提高,物资消耗的降低,能源耗费减少,试制、生产效率的提高,周期的缩短,经济效益的增多,试制、生产过程中的合理调整和劳动条件的不断改善等一系列活动中,因而能对电子设备试制、生产工作起到积极的促进作用,所以,要实现电子设备的优质、低耗、节能和高效益,必须依靠改革不合理的工艺技术和加工手段。
4、促进科研、生产现代化的重要途径
新工艺、新材料、新技术的不断推广应用是改变电子设备落后面貌的重要途径,被誉为电子组装革命的表面贴装技术(SMT)及表面贴装元件,近几年来获得迅速发展,片状电子元器件的发展,加速了表面贴片(SMI)工艺技术的发展,表面贴装技术广泛定义为把电子元件贴装在印制电路板表面,在浸锡焊或气相焊,这种工艺改变了过去电子设备装配元器件弯脚后插入印制电路板的小孔中,再经锡焊剪脚等过程的老式插件安装方法,使电子元器件在印制电路板的装配摆脱了传统的方式,这是电子工业生产技术上的一项新突破。表面贴装技术的推广应用,就要求电子元器件小型化、片状化、无线化,带动了元器件向微小型发展,从而缩小了整机体积,减轻整机重要,更为重要的是它具有接触面大、装配密度高、重量轻、高可靠性、高自动化的特点。电子工业模具设计与制造技术是反映国家模具水平的主要标志,其制造精度、结构复杂、高速高效已得到模具同行专家们的公认,在工艺技术方面,目前除已大量应用电加工工艺制造模具外,已经成功地进行模具计算机辅助设计与计算机辅助制造,实现模具设计、制造一体化。
四、结束语
工艺技术在电子设备的试制与生产中占有不容忽视的重要地位,而电子工业本身的薄弱环节之一是生产工艺与结构设计落后,而且不被重视。对于一代技术决定一代工艺,一代工艺决定一代产品,以及对一个时代,一种生产方式,依靠一代工艺生产技术的支撑的工艺技术的重要性认识不足。同时,我们应该清楚地看到,电子设备的差距主要在于产品的性能价格比上,而性能价格比则在于技术秘密,而技术秘密恰恰是工艺问题。因此,需要全面衡量工艺技术在科研、生产中的地位和作用,要使工艺技术发挥自己的应有作用,至少要做到:编制出必要的、完整的工艺技术文件资料,及时地、准确地处理和解决试制、生产过程中的工艺技术问题,主动地、灵活地考虑能适应试制和生产需要的组织形式,科学地、认真地开展新工艺、新材料、新技术工作。实现工艺技术的改进可有三种途经:一是自己研究开发新工艺技术,二是移植其它行业的工艺技术,三是引进国外的先进工艺技术,我们应以自力更生为主,对三者均应足够重视,以加速科研、生产现代化的进程。总之,我们应该从完整性、及时性、适应性和先进性四个方面,去评价工艺技术在电子设备中的作用。