芯片包封:一个夭折项目的思考

背景介绍:2016年年底,一个客户让我提供一种胶粘剂,帮助他们解决芯片在沸水中蒸煮容易失效的问题,后来这个项目黄了(后面会提到原因),但是解决问题的思考过程值得分析和记录,回头想想还有好多收获,所以将和这个项目有关的思考整理在此,希望能增强在解决问题和分析问题中的方法论,就像我现在在读的《创新算法》一书所提炼的triz方法那样。

项目:客户指出芯片在沸水环境中蒸煮容易失效,希望我们能提供一种灌装胶,把芯片包裹严实再放入水中,避免水汽侵蚀同时又不影响芯片功能;在找到我们之前,客户已经沿着这条路线测试了多种材料,但是都不理想,询问我做的胶粘剂是否能解决这个问题。

我:解决什么问题?

客户:把芯片用胶粘剂包裹起来,避免在八九十度的热水中因为水汽侵蚀造成芯片失效。

因为之前做过一点环氧灌装胶产品,所以我发现,这个芯片包封有两个关键问题,一是胶粘剂性能达标即避免水汽侵蚀,二是如何实现360度完整包封。

针对第一个问题,具体要求是(1)50度以下固化,(2)固化时间尽量短,(3)沸水蒸煮不会导致芯片失效;直接筛选环氧体系的固化剂即可;后续又添加了抗跌落要求,即改善环氧树脂的性脆问题,添加环氧增韧剂控制平衡点即可,此处和本文主题相关不大,所以不展开介绍。

第二个关键问题更有意思,因为这不完全是专业范围内的问题,不学化学的也能想到一两种解决办法。具体要求是芯片要包裹完整以避免水汽侵蚀,不同于我之前接触的灌装胶只浇灌电子产品的表面;芯片四周有1-3mm的包封厚度要求。

这就像一个琥珀,芯片在中间,胶在四周包封固化,但是不能先固化一半,再放上芯片再固化上半部分,因为这样会产生空隙,可能会导致水汽沿着缝隙进入(我没有做实验去测试,这只是我的猜测)。

所以我就想到要支撑芯片(在3D打印体系中也有支撑材料),控制芯片在胶中的合理位置,同时避免支撑点成为水汽侵蚀的入口,想了好多解决办法,比如用吸盘,或者用铁丝提前勾住芯片,或者加横梁提前架住芯片。实际执行过程中,使用现有的设备,我有几块聚四氟乙烯板,板上有很多螺丝,于是我就控制螺丝漏出聚四氟乙烯板的高度来控制胶的厚度,然后在合适的固化时刻(不能太早也不能太晚),把螺丝拧到和聚四氟乙烯持平,保证一个平衡点——胶既能把螺丝所在的区域填满,又能支撑住芯片不会下沉。

当时想到这个办法,高兴的不行,心想这肯定是最简化的解决办法。

但是这个方法也有明显的缺点,比如拧松螺丝的时间不会把握,需要和固化速度保持对应,固化温度必然也会影响最佳的拧螺丝的时间。

因为同时还在做另外一个高触变的胶粘剂;后来忘了是什么事情刺激,心想为什么一定要用螺丝钉之类的材料去支撑芯片呢,可以完全不用支撑材料。如果不需要支撑,即做到芯片自身不下沉,直接摁进去。但是不能确定芯片下面的胶厚度,所以这个方法不好。

又过了几天,心想我为什么不控制上面的深度呢,反过来就是下面的深度,新的问题就解决了。(这也算是一种逆向思考吧)所以我可以使用不需要支撑的高触变体系,同时能控制芯片的位置。

但是一个问题解决,又带来了新的问题,那就是高触变胶黏剂流动性差,难以获得平整的包封表面。

这个问题很好解决,芯片上边使用高流动性低触变的胶黏剂浇灌,就类似于现在的电子灌装胶那样。

于是芯片的完整包封就变成了下半部分是高触变胶黏剂,目的是保证芯片的位置;上半部分是低触变高流动性胶黏剂,目的是保证芯片的表面流平,为了避免上下两层的缝隙,两种胶黏剂的配方很接近,只是触变剂的差异。(但是我其实没有做测试,证明这样的上下两层就真的不会有水汽能渗入的缝隙。又是一个猜测。)

最后的实验也表明,这样是完全可以的。我也是按照这个方法给客户做样品送样。

但是问题能解决,不代表真的就足够了。皮之不存,毛将焉附。

春节前几天,客户来找我沟通项目的进度,他说现在因为着急,所以选择了曲线解决的办法,设备需要浸泡到沸水中的时候,就把芯片取下来,等设备从沸水中拿出来的时候,再把芯片按上。这个解决办法可行,只是辛苦了操作工人,因为如果成功实现芯片包封,就可以一直安装在设备而不需要反复取下和装上的操作。我当时一听对方的这个解决办法,心里的第一念头就是“一个问题都有多种解决办法”,第二个念头是“这个项目要黄了”。

芯片包封只不过是问题的一种解决方法,但不是唯一的和性价比最高的解决办法。对方之所以没有使用我的芯片包封的方法,是因为要测试芯片的长期沸水蒸煮的信号稳定性。对方给我说测试结果是信号随时间衰减,但是好过没有包封的芯片,后者在沸水中蒸煮几次就会直接失效。我说信号衰减的原因需要明确,是芯片自身的耐热性差所致,还是芯片被水汽侵蚀所致。为了明确原因,需要增加一个对照实验,测试高温但无水汽的环境下的芯片衰减情况即可。对方说,没有测试过。我暗自想,糟糕,我们要解决的问题是否是真正的问题?

之后几天,客户给我说,和芯片提供商确认,芯片确实自身的耐高温性不足。这进一步确认了我的担忧,从一开始,我们就是在解决一个错误的问题,所以完美的实现了芯片包封,也不能解决真正的问题。

最近几年一直在读和解决问题方法论的图书,斗胆用上面的例子,对应解决问题方法论中的几个道理。

收获1: 清晰的问题描述才有清晰的问题解答。

不要被客户的倾向式描述误导,即使是客户的无意识倾向性描述导致我们解决了错误的问题,依然是我们自己的问题,最起码浪费了我们的时间。

《创新算法》一书介绍了几个例子,强调别人给我描述问题,总是喜欢描述他们的现状是什么——他们尝试解决后能获得最好状态是什么——然后再希望我们解决他们目前遇到的问题;但此时更重要的是客户原始的和真正问题是什么。

收获2:每个问题都有多个解决方法

很多问题都是开放性的问题,都有多种解决办法,只不过受限于我们的经验和专业知识,我们有自己的倾向性,首先想到要怎么做,然后就直接深挖这个方法怎么实现,却忘了其他可能的解决方法可能是更简单更完美。

查理芒格提到的铁锤人倾向——在拿锤子的人眼中,全世界都是钉子。所以我做胶黏剂,什么坏了我都想到能不能粘起来。

 

收获3:从整体看待问题

问题就像一个俄罗斯套娃,或者就像剥洋葱,一层一层,一个问题接着一个问题的解决;但是切记别拿错了套娃和洋葱,后面做得再好也于事无补。这就像雷军的那句话“别用战术上的勤奋,掩盖战略上的懒惰”,没有足够的问题定义和背景分析,就直接去解决眼前的问题,很可能好心办了坏事——完美的解决了错误的问题,忽略了真正的问题所在。

 

补注1:原本想画一个示意图,展示“拧上螺丝支撑芯片并控制胶层厚度,特定时间拧出螺丝保证完全包封”的效果,可惜右脑不够发达,没有画出核实的效果,放弃。

补注2:2016.12.25写思路,2017.3.31整理第一稿, 2017.4.8和4.9整理成文并发表。