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十二年150多万芯片还荣获国家专利,他是华为的修“心”人

心声社区  · 公众号  ·  · 2017-11-28 21:30

正文

十二年前,我研究生毕业后加入华为制造工程部,参与公司所有产品的芯片维修工作。我至今还清晰记得和部门主管第一次谈话的情景。


主管问我:“你知道BGA(球栅阵列)维修吗?”


我知道BGA芯片是产品的“心脏”,但我对它的维修知识却了解不多,只能摇了摇头坦言:“不知道,但我送修过家电和手机,我看他们维修很简单,就是直接换板。”


“那只是一线维修的一种方式。而我们作为技术部门,需要指导他们用什么设备、方式,将换下来的故障主板维修好。”


随后主管指着我的实验数据问:“你为什么认为360°这个温度值最好?361°、362°怎么样呢?”


在学校做了三年试验的我,从来没想过这样的问题,只好无奈地再次摇头。


主管随后给我推荐了两本书——《再流焊接工艺及缺陷侦断》和《六西格玛管理知识》,并且明确后续由我来接管芯片维修业务。


这次谈话让我感觉像被人在背上抽了一鞭子。我曾以为自己寒窗苦读多年,还有外企生产线的实习经历,胜任这份工作不在话下,可主管的几个问题就把我问得哑口无言。于是我当晚就开始破卷阅读,决定一切从“心”开始。


1
方案创新,从10分钟到2分钟


我找到之前负责维修业务的同事石工,希望能从他那里得到一些资料及指导,结果他给了我一份“BGA返修操作指导书”,把我介绍给维修的操作员就走了。


那会儿两位老维修工都在忙,还时不时地指导一下新维修工小周植锡球,就是用锡球填充拆除下来的零部件上的焊点。


我观察了半天,觉得这个似乎很简单,就提出来让我试试。没想到我在填锡球的过程中就遇到了不少困难,好不容易植好了,有个锡球用镊子轻轻一碰又脱落了。正当我手足无措时,老维修工赵师傅一手用镊子夹起锡球,一手拿着烙铁对锡球加热,不到一分钟就补好了。我赞叹赵师傅妙手回春,对小周感慨道:“没想到植球这么难,比绣花的针线活还难。相信我,一个月后,我会努力将这个操作变简单,让咱们这种小白鼠也能快速植好。”


谁知,一直没说话的另一位老维修工郑师傅开口了:“是吗?你能扛住一个月再说。”


我后来才知道,在我之前的几任工程师都没人真正研究过这个技术,半年内我已是第三任了。


于是,我深扎生产线,仔细观察分析植球的每个动作以及焊接出现的问题,优化植球钢网和细化作业手法,但改善效果不明显。我又查阅大量资料,调研了业界多个芯片生产商,但大批量生产模式不适合我司零星业务需求。难道植球方案真的很难改进了吗?


芯片植球是芯片维修中一项非常重要和通用的技能,如果能提高这个成功率,将极大提升我们的维修效率。我不愿意放弃,继续冥思苦想,后来在一次与芯片返修供应商沟通交流时,偶然发现他们的简易工装植球方式成功率在80%左右,缺点是每种芯片要制作一套工装和植球钢网。我经过多次工装改版设计,首创使用阶梯植球钢网设计,打破了原有流程,最终将植球时间从10分钟降至2分钟,成功率由不足60%提升至95%以上,还实现了批量植球,并解决了细间距植球成功率“0”的窘境,我也因此荣获了一项国家专利。


但这项新的改进方案在推行中又遇到了困难:老维修工们熟悉自己旧有的工作方法,不愿改变。我就先找小周和一些刚入职的菜鸟让他们试用新方案,他们很轻松就完成了植球,效率高质量好。两位老师傅看到徒弟比自己还快,顿觉脸上无光,于是请徒弟吃饭,偷偷让他们传授操作方法。终于大家都慢慢接受了新方案。


这件事情让我和维修工们拉近了距离,通过他们了解到了芯片返修的痛点,做了几个有关芯片返修能力提升的6Sigma项目。项目中的各项措施他们都积极配合落实,芯片返修也由之前的“自管自营”过渡到“规范化”,返修成功率从70%提升至95%以上,达到业界主流厂商同等水平以上。


在此过程中,我也逐渐成长为这一业务的专家,研发的同事在开发新单板涉及器件布局及新器件应用时,都会主动找我评审确认可维修性。遇到贵重单板维修时,看到我在现场坐阵指导,他们心里就非常踏实、有信心。在他们看来,只要我确认芯片可以维修就一定能修,不能维修的就肯定修不了,那他们的布局就要适当调整。


这样的认可让我感觉到了自己肩上责任更重,不断鞭策自己提升返修技术水平,减少对单板布局的局限性,提升单板布局密度,尽量避免因为器件布局的可维修性问题而影响单板开发进度。



2
“疑案”探测,解决业界难题


转眼间到了2012年,随着欧盟环保要求的发布,无铅器件应用越来越多,有铅与无铅器件并存,衍生出一新组装工艺叫“混装工艺”。如何在解决无铅器件维修的同时不损坏有铅器件?对维修带来前所未有的挑战。


同年11月,泛网络MRRU模块在老化前测试发现告警,打开模块时发现芯片从单板上脱落,反查同一任务令共有20片不良,不良高达10%,是共性问题还是偶发事件?


此时,我已从“菜鸟”逐渐成长为同事眼中的“维修工艺专家”。我根据经验初步判断是开焊问题,就是因焊点未有效连接导致电路不通。


我首先使用高倍显微镜对断口外观形貌进行观察分析,发现断口呈大面积重熔现象;接着用红墨水倒在其他单板相同位置的芯片上,然后通过外力将芯片从单板上拔起,发现芯片的焊球上存在不同程度的染色,由此可以明确缺陷为开焊导致。


那是什么原因导致了开焊?我又反查单板的加工记录,发现此批单板均返修更换过芯片,且返修芯片离脱落芯片8mm左右。我按照原有工艺返修后测试,故障复现,其他任务令单板返修也存在同样问题,因此明确了此问题是由于单板返修过程中,相邻芯片焊点出现重熔,导致开焊。


要解决此问题,重点是找到隔热或快速降温技术。我查阅大量技术文献,翻看了早已落满灰尘的热力学书,尝试了各种各样的隔热方法及散热方案,都无法达到理想效果。后来我在一次电脑维修中得到启发:维修人员只在CPU下方刷涂了一层新的导热硅酯,就解决了主板发烫的问题。那我是否也可以采用类似方法散热降温?于是我结合水蒸汽散热原理,设计出一款适合我司所有产品的芯片散热块,并加装吸水海棉,有效达成了降温效果。


但实验测试结果与实际返修能一样吗?方案评审时大家提出各式各样的疑问:水蒸汽散热时,水珠会不会滴落在单板上导致芯片受潮分层?水蒸汽挥发时,会不会烫伤人?于是,我们最终决定用5块单板进行小批量现场验证。


在确认每一个动作都按照我的要求做到位后,我启动了程序按钮。大概过了4分钟后,有水蒸汽从散热槽中冒出来了。不一会儿,水蒸汽越冒越多,最后形成小白雾,但来不及停留在单板上就消失得无影无踪。待程序运行到最高温度时,设备伸出吸杆,干脆利落地将芯片从单板上分离。水蒸汽还在不停地挥发,直至程序运行完毕。随后负责质量的同事拿着放大镜将单板仔仔细细地检查了一遍,肯定地说道:“单板上没有任何水迹,芯片焊盘完好无损。”


听到这句话,在场的同事都开心地笑了,我紧皱的眉头也稍微舒展。后来,我们又经过了芯片的焊盘清理和焊接、外观检测、功能及温循测试,以及2012实验室的验证。最终所有测试通过后,大家全票通过此方案。历经1个月悬而未决的故障板,终于有机会完好无损地修复出货了。


经历这件事情之后,我越发觉得开阔思维的重要性,要善于观察,成功也许就蕴藏在生活的一些细节中,正是“细节决定成败”。


3
实现维修业界首创,并非“痴人说梦”


虽然每次批量维修都能“有惊无险”地完成,但是在实施过程中“弦”一直紧绷,还要协调维修技能熟练的操作员,压力和成本都很高。那我们是否能实现“全自动化维修”呢?若是有一条这样的样板线,一切问题都可以迎刃而解。


当我提出这个想法时,同事都说我是“痴人说梦”。在他们看来维修是手工作业,断点多、维修的芯片种类多、布局受限太多,难以实现自动化。但我却不愿放弃这个梦想。我抓住一切与业界交流学习的机会,参加各种自动化展,与供应商交流,寻找技术实现的可能性,成功吸引了几家供应商一起投入工程人员进行技术研究。


我组建团队和供应商讨论技术方案,要想实现自动化维修,首先得将芯片维修动作进行拆分,实现由设备完成。我遇到的第一道难题就是:如何将离线作业的拆焊设备更改为在线作业?


有人提议采用上板机自动进板,拆焊设备实现“左进右出”,但如何从“人机结合定位”过渡到由“设备自动定位”?这些问题对于前端SMT(表面贴装技术)加工来说是很成熟的技术,可对于维修却是首次大胆的尝试。为了保证设备走位精度,我们将步进马达更改为控制精度更高的伺服马达,芯片的拆卸方案总算有点眉目了。


可是接下来的难题又让大家犯了难——“单板焊盘的清理”没有成熟的技术方案可以借鉴,需要自主设计。就在大家对方案争论不休时,我脑海里闪现出多年前老赵一手拿着烙铁、一手拿着真空吸锡枪维修插件孔的画面,当即拍板定了“非接触式真空吸锡”方案。








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