来自J-STD-033标准的挑战

就表面上来看，J-STD-033标准似乎对在装配过程中会导致灾难性结果的问题，做了一个简单明了的答复，事实上它也是。但是在实际操作过程中执行起来却是非常困难的，尤其是制造厂商试图采用手工的办法来处理这件事情的时候更是如此。为了能够识别对潮湿敏感的器件，而采用填写表格、进行有关数据和时间的计算等等，是一项非常花费时间的工作，另外，也非常容易产生人为的误差。事实上，追踪在盘带上或者托盘中对潮湿敏感性程度各异的单个元器件几乎是不可能的事，特别是在高度混合的生产环境中。

对MSD器件的自动追踪

采用自动控制设备来对盘带或者掺杂在托盘中的各种各样元器件进行追踪是一种相对简单和有效的方法。这种设备的最早目标是避免所装配的元器件超过所允许的吸湿限度。这种设备能用来实现自动地追踪每个盘带或者一叠托盘从它原始的干燥包装袋中取出，一直到所有的元器件被安置到基板上准备进行再流焊接以前这段时间的情况。

其次，也是非常重要的，是着眼于通过采用来源于工业标准(J-STD-033)和环境条件的所有合适的规则，使得干燥周期持续的时间和数量降低到最小的程度，与此同时提供实时状况和先进的期满警示。

对MSD器件的识别

欲对MSD器件进行有效的控制，首先遇到的问题是如何对元器件和相关的容器等等进行识别。IPC/JEDEC标准规范要求将"对潮湿敏感（“moisture-sensitive”简称MS）的标签贴在干燥袋的外面。然而，当单个的盘子和盘带从袋中取出以后，有关的信息可能会丢失掉。为了能够自动地追踪这些元器件，一些能够自动标识的标记必须直接标识在生产车间工人手工操作的容器上面。

绝大多数的MSD器件遵循JEDEC的标准规范的要求，采用塑料托盘进行包装。但遗憾的是，这些托盘没有足够大的表面用于粘贴有关的标识，而在托盘中的元器件不能够采用条形码进行标识。标识设备必须具备ESD安全性，每种类型的容器应该具有承受标准烘焙温度的能力（对于托盘来说为125℃，对于盘带来说为40℃）。此外，它必须不妨害常规托盘的堆垛，以及适应不同类型的机械供料装置。

关于RFID技术

一项能够精确地自动进行追踪，以及胜任装配和J-STD-033挑战的技术是RFID，它利用无线电频率进行识别。在一台RFID设备中最主要的要素是射频（radio frequency 简称RF）标签--也称为应答器--它能够附着在托盘和器件上面。

RF标签能够用来区别无源器件、半无源器件或者说有源器件，这主要取决于在标签上被激活和读取的信息如何。一台基本的RFID设备是由三部份组件所组成：一根天线、一台具有译码装置的无线电收发机和一个应答机（它是一个RF标签）。该标签中安置有一块芯片和相关的电子线路。它可以通过特定的信息进行程控，能够通过手持式"阅读器"从几公分到几米的距离范围内进行“读取”，距离的长短主要取决于所采用的技术如何。为了能够有效地对MSD器件进行追踪，RF标签是一种无源器件。

RFID在制造自动化行业的使用已经有10年以上的时间了，主要使用在不能使用条形码的各种各样非常恶劣的环境之中。RF标签比起条形码标签来说，提供的可靠性要高得多，它可以在一个较大的范围内进行读数，另外它的形状和连接方式可以非常的灵活。RF标签的缺点在于比起一张印刷的标签来，显得非常的昂贵。然而，如果所采用的连接方法许可它们重复编程和重复使用的话，标签的单次成本可以被长期的使用所分摊。另外，它们比起在MSD追踪过程中所采用的一次性印刷标签要来得便宜。

一项能够满足JEDEC托盘的最佳设计包含一个小型弹性塑料夹子，它能在托盘的尾部钩状标签上滑过。对于盘带来说，一个薄薄的圆盘被插在具有胶粘剂的袋中，设计时采用了非常方便的开口，可以用来插入和去除可反复使用的RF标签。

在RFID设备中，为了能够对MSD器件进行有效的监测，每个RF标签包含有一个唯一的标识符，可以用于追踪和识别具体的容器。使用RF标签的另外一个好处就是，它们包含有一个可编程的存储器，它能够用来贮存对材料进行识别和处理的数据。这样就意味着在一个闭环的系统中，同样的标签能够获取到网络数据库的全部优势；它们也能够用于独立的计算机阅读者，通过供应链进行数据的传输。

对RF标签的信息进行处理

在自动追踪MSD器件的应用设计中，RF标签包含有所有的相关材料和工艺过程的信息，包含部件的编号（part number 简称PN）、MS的等级，以及到期的日期/时间。它们也能够包含元器件的身体厚度和进行烘干的相关类型等。当它们被首次附着到托盘和盘带上的时候，在进行预置期间，有关的信息被贮藏在RF标签中。从在干燥的袋子外面所贴有的条形码标签上，可以粗粗的看到PN数值。有关MS等级和器件体的厚度一般无法通过条形码获取到，而必须输入或者从下拉菜单中进行选择。有关这样的信息能够被贮存在一个MS元器件数据库中，使得在随后所使用的相同部件号期间，消除任何数据录入。

基于元器件的厚度，该设备能够选择适当的形式进行烘焙处理。当对潮湿敏感的元器件发生了不良的包装和标识的时候，维护好MS元器件数据库对于检测进入的元器件是非常有用的。否则，它们可能按照常规对潮湿非敏感器件的检测方法进行检测，从而绕过了有关的控制过程。

当元器件从它们的干燥袋中开始取出时，截止日和时间将由RFID系统进行自动计算而获得。最低寿命和与之相关的截止日和时间可以根据工厂的环境状态进行调整（增加或者减少）。有关实际的状况可以通过设备打印输出，或者利用温度和RH传感器进行自动测算而得到。

剩余的最低寿命在自然状态下是一个动态的信息，这意味着在基于元器件暴露的历史情况下，所给定的一批元器件的生命周期是可能发生变化的。为了能够对这些暴露的情况以及所采用的标准规则进行追踪，对于某一时间所给定的托盘或者盘带来说，当它从这一环境状态下移动到另外一个环境状态的时候，有关的日期和时间都必须进行记录，其中包括什么时候从干燥袋、干燥柜、烘焙炉中放入和取出等等。

对于一个操作人员来说，在采用手工进行原始操作时提出要加快速度的要求，是令人十分头痛的一件事情，因为在增加和减去日期和时间方面是十分麻烦的。在进行手工操作的时候，对于进行这些基本的操作需要化费大量的时间和工作努力，即使对于一个经过严格训练的操作者也是如此。另外，采用人工方式也容易出现失误现象。

从另一方面来说，采用RF标签在阅读器前面能够快速地进行扫描阅读，利用控制系统所有的运算工作可以迅捷地进行实施。当盘带或者托盘从一个地方移动到另外一个地方的时候，操作人员只要对RF标签进行简单的扫描，所有的追踪工作就可以完成了。计算机的用户界面允许操作者进行适当的环境选择，如果说发现了未按有关规定进行的操作时（举例来说，在贴装设备未曾装载以前，进行了烘焙操作），该装置可以提供报警提示。


实现实时的观察

一旦有关器件被装载在供料器上、或者说在一台贴装设备上面的时候，即使对托盘和盘带进行适当的观测，MSD信息的获取也可能很困难。因为缺少实时的观测，当MSD器件贮存在机器、供料器架子上、供料器贮料库内等等的时候，可能会暴露在外很长的时间。可能的情况是，个别元器件将最终超过它们的最大暴露时间，因为它们呆在使它们长期暴露的地方。因为这个原因，实施实时观察对于在贴装设备上的所有元器件来说是非常重要的。

解决方案是每当潮湿敏感的元器件从贴装设备上上载和下载的时候，对RF标签进行扫描。在现场的阅读器和控制器能够用来配置为对所有潮湿敏感的元器件进行实时列单显示，同时也能显现组件仍具有的最少使用寿命。附加的功能，例如声音或者视觉的报警系统，能够用来提示操作者在元器件到达它的寿命期限以前尽快予以使用。如果这些信息在加载的过程中进行打印的话，警铃和警报也能够识别有关托盘或者盘带的精确的供料位置。

在每种产品进行变换期间，部分的托盘会从贴装设备上移下，然后放置在一个干燥的贮藏容器中，一直到下一次需要的时候再拿出来。用于干燥的贮藏容器具有两种形式，这在J-STD-033标准规范中给予了明确的规定：具有去湿功能的反复密封的干燥袋和干燥柜。对在干燥容器中的所有材料进行实时观测是非常关键的，因为当先前暴露的元器件被重新放回入干燥贮藏容器中以前，计算暴露时间的时钟仍在不断进行计时。当有关的部件到达使用期满和需要进行烘焙的时候，自动化的控制设备能够提供有关的警示和警报作用。先进的警示作用能够在部件被要求再次加工生产以前，实现长期的烘干循环操作。

在IPC/JEDEC 的标准规范(J-STD-033)中，有关的预防说明在于影响干燥贮藏的干燥方法，称之为"短期持续规则（short duration rule）"。它允行用户在组件暴露小于8小时的情况下，遵循在干燥贮藏器中持续五倍时间的原则，重新调整时间。自动化控制设备能够根据每个组件在各自所处的环境中所度过的精确的时间来应用这一规则。当然，一旦时间设置为零的话，它将呆在那里，直到该部件再一次从干燥贮藏器中取出为止。

由于组件在装入干燥袋或者干燥容器以前必须进行仔细检测，同样的设备系统可能进一步用在自动化处理该工艺的工艺过程中。举例来说，阅读器和控制器能够安置条形码打印机，自动地生成一个条形码标签，该标签按照有关的标准规范模式，在它上面包含有所有相关的材料信息，与此同时还有以前暴露的状态。它也能够用来确保对其在机柜内部所处的物理位置或者搁置面积，甚至于对指定的ID位置进行追踪，就像一台自动存储和检索系统一样。

对MSD器件实施烘焙

对于烘焙工艺程序来说，呈现出一系列的难度。最理想的烘焙周期将随着封装类型、MS的等级以及每个元器件身体厚簿的变化而变化。一旦合适的温度和持续的时间被确定以后，在避免对下面和上面的元器件进行烘焙加热的时候，操作人员必须能够追踪在不同日期和时间相同步的烘焙操作周期。有关的标准也规定了每个元器件应该仅被烘焙一次。这就意味着托盘或者盘带可以经历一次烘焙周期的方式被确认。

当烘焙工艺实施过程中RF标签被扫描的时候， 自动控制系统将确定最佳的烘焙操作时间，并且在烘焙炉中提供一个所有材料的实时清单，上面列出了相关的操作时间。所采用的警报和警告方式，将能够保证组件从烘焙炉中取出时的安全。它也在RF标签上面直接记录下成功的烘焙过程，并且提供当试图进行第二次烘焙时会发出警告。

其它功能

除了所有对潮湿敏感的元器件的数据库以外，自动控制系统具有一个记录所有操作运行的历史数据库。这样一个数据库可以用来精确的测定控制系统的关键度量能力，和进行有关材料的计算，例如烘焙循环的次数、平均的暴露时间等等。所有这一切对在识别领域的改善来说，只是迈出了第一步。

自动控制系统实质上是一个标准的组件，具有小型占地面积的控制器可以随着产品生产要求的变化，实施移除或者添加。复合操作平台可以与网络进行连接，从而获得在生产现场的关于所有材料的集中信息，其中包括剩余的最低寿命和相关的物理位置等等。这种系统也能够扩展成追踪部分的PCB装配工作，当电路板上的两侧均安置有MSD器件的时候，这项工作是非常有价值的。

使用RF标签来追踪元器件给人们提供了多种机会。内置的存储器提供了确保追踪其它材料信息的能力，例如批量和产量等。它能够非常有效的改善对存量器件的追踪和对贵重元器件的追踪。利用该项技术也能够与现有的采用条形码的设备相综合，以满足供料机构的设置确认、元器件的批量追踪等等。不同类型的RF标签也能够被用于追踪其它有储存期限限制或者无储存期限限制的材料。

结束语

追踪和控制MSD元器件对优化生产成本和及时交付产品是非常关键的，而不是仅仅为了所谓的防止电路板失效的产生。在以往工艺实施条件中的绝大多数场合下，能够及时地编制适当的规程，但是在随后的操作中往往是会产生问题的。对于复杂的手工操作规程来说，实际的操作水平将会是变化非常大的，这主要因为它基于每个操作者的个人技巧，以及所受的训练水平。这些变化情况有可能会导致MSD的暴露时间水平超过可以接受的程度，从而使它可能会危及电路板的质量和可靠性。

自动化的材料和过程控制设备能够提供具有良好性价比，通过使用RFID技术，可以获得追踪和控制对潮湿敏感的元器件的强有力的解决方案。改善工艺控制的目的，在于进一步提高电路板组件的质量和可靠性，以及降低材料和制造中所产生的成本。