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SMT工艺管理

九方电子2017-10-31

以组装工艺技术为中心,<<<<注意到日常问题的处置上。SMT应用和管理中的一个核心理念。

有些时候,生产线上呈现效率或质量问题,其主要原因就在于我没有从工艺的角度来分析和处理,而是把焦点放在诸如设备和设计等其他问题上。

如果我生产现场走一走,一些SMT生产线上,也许会经常看到有一些员工在调整焊膏印刷机上的某些参数,有一些员工在贴片机旁调整供料器,有一些员工则在贴片机的入口处检查贴片结果和推动调整移位的器件等等现象。

一条自动化的SMT生产线,却需要四、五位员工在场监督调整,这当然是个效率问题。而呈现这类问题的主要原因,大多数时候并不是设备或材料等出了什么毛病,而是因为工艺管理的意识单薄或者是因为员工的工艺管理知识缺乏所造成的所以,要很好地解决生产现场的效率和质量问题,还应该从工艺管理上入手。

为什么容易忽略工艺管理

工艺,对原材料或半制成品进行加工,使其成为更完善的半制成品或成品的做法和过程。

工艺虽然可以通过原理来描述解释,但它相对加工资料和设备工具等实物来说,要抽象得多;因此,人们注意力,往往被加工资料和设备工具等这些实物所吸引;加上SMT业界在知识交流和推广的过程中又十分缺乏对工艺管理方面的重视,更使得许多用户对于工艺管理的重要性缺乏认识。

注意到日常问题的处置上,很多技术人员其实没有很好地分清楚什么是属于资料问题;什么是属于设备、工具问题;什么是属于设计问题;而什么又是属于工艺问题。虽然我一般都会把问题的成因归结为其中的一项,但归纳的过程却经常是含糊不清和缺乏准确性的甚至有的时候,对于工艺和设备因素等的定义还搞不清楚。比方说在焊膏印刷工艺中的刮刀压力”这一特性,很多的用户,甚至包括设备或资料供应商,都把它当作是个“工艺参数”来描述或处理。其实,这不是个“工艺参数”而是个“设备参数”工艺的设置需要这个“设备参数”来达到所要的条件,但它绝对不应该被理解为“工艺参数”因为一旦这么理解,就很自然地在处置工艺问题时,直接往这个“设备参数”上来“靠”去改变或调整这个虚假的工艺参数”也就成为非常“自然”行为。这也就是许多问题不能得到根治的原因之一。

 

这种现象的呈现,主要是因为以上所提到设备、工具、设计、资料、工艺,都是影响最终产品质量的因素,一种综合性的经过和结果;所以,如果没有充沛地掌握各方面的知识,很难清楚、正确地对它加以区分的而如果我无法很清楚地区分各个因素以及理清它之间的关系,就很难控制住它

常向用户强调:设备只是个工具,真正使您成功的工艺!因为工艺不行,再好的设备也无济于事;但设备能力缺乏,很多时候却可以通过更好的工艺知识防止问题的呈现。

工艺在SMT中的重要性

自从电子板组装技术呈现了SMT后,可以看到以下的一些技术上的重大发展和变化:

1.加速了电子产品的微型化进程,精度控制要求不时提高;

2.需要处置的器件封装和焊点种类日益繁多,设计技术日趋复杂;

3.器件的散热因素由主要的对流散热变为传导散热,对无引脚的SMD焊点寿命不利;

4.通过外观检查来发现问题的能力越来越单薄,甚至几乎不可能;

5.不良产品的返修越来越困难;

6.产品的故障因素从原先的器件为主转到以组装工艺为主;

7.可供选择的工艺较插件技术多出许多,各有优缺点和不同的选择考虑;

例如,双面回流比起单面回流板来说,双面回流板拥有更高的组装密度,这是优点。但双面回流板对第一次回流焊接工艺的预热、器件重量/焊端总面积比值等要求较高,焊点的寿命也较难控制,这又是缺点。单面回流中我不注重器件的重量/焊端总面积比值,但在双面回流中却不能不理,所以在选择上有不同的考虑。

8.生产速度不时加快,呈现废品的速度也随之加快,需要很好的预防和及时更正。

以上的这些变化,加上竞争带来的对产品设计和制造时间缩短;对质量要求越来越高、本钱越来越低的发展趋势,告诉我要很好地应用这门技术,很难再靠传统的事后处置为主的做法了只有靠正确、准确和可控的工艺,才干确保竞争的优势。也就是说,所需要的一个“完善”生产过程。

另一方面,持久以来人们已经认识到工艺对制成品的质量有直接的关系。虽然如此,除了某些行业(如汽车、医疗电子行业)外,大多数的用户对于产品质量的概念或关注,还只是停留在厂内制成品测试合格率的层面上。也就是说,只照顾到交货时的质量,而忽略了产品的服务寿命。随着越来越多的行DEK配件业强调以质量作为竞争手段,以及越来越多用户对质量的认识的提高,开始有更多的人关心产品的寿命问题了

当我关心产品的寿命时,将会面对一个问题,就是如何丈量和判断产品的寿命。有效可靠的丈量方法,不只是时间长,投资大,最大的问题是都属于破坏性的测试方法(DestructTest不可能在生产线上推行,而只能是试验室中使用。那么,生产线上,如何才干有效地控制和保证产品的寿命呢?最实用的方法,就是设计和控制良好的工艺。

首先,通过对材料的要求和工艺流程的固化”把试制出来的小量产品,通过破坏性的寿命测试来认证他一致性和可靠性。如果这个小批量的产品是合格的那么我就可以假设在大批量生产时,只要资料的品质和生产工艺不变,生产进去的产品应该是能够达到可靠性或寿命要求的

其次,对于那些对寿命要求特别高的产品,还必需配合批量抽样寿命测试来进一步确认。否则,只需要在生产环境或条件有改变的情况下才进行相关的工艺、资料或产品质量认证。如果这种方法执行得当,确保寿命和直通率的效果可以做得很好。这也就是工艺和工艺流程管理的好处和重要性。

SMT一门以工艺为中心的技术

为什么似乎绝大多数的问题都是和工艺相关的呢?这是因为SMT技术的一个特点就是以工艺技术为中心的

SMT组装多为自动化或半自动化的过程,也就是说,产品大多是由设备组装进去的而产品的质量也因此似乎是由设备来决定的其实,设备和产品质量之间,还存在着一个抽象的不容我忽视的工艺”也正是由于它笼统特性,容易被我所忽视,其实这是很致命的

设备虽然是自动化的但不可能自动化到懂得如何依照产品的工艺性设置适合的参数值。所以一切的设备,都需要工程技术人员来设置其操作的参数值,这就是工艺设置(注一)再好的设备,如果工艺参数设置不当,产品的质量也不会好。所以,设备和产品质量之间,还有着“工艺”这一“东西”相隔,而不是直接关联的

产品的设计也决定产品的质量。产品的工艺性越好,或可制造性的设计越好,其生产质量也就会越好。

什么是可制造性设计?简单来说,就是设计进去的产品,必需能够,并且较容易和稳定地用设备制造进去。而什么决定该产品的设计是否容易被制造进去呢?工艺!

比方在波峰焊接工艺中,对于SOICPLCCQFP等封装的器件,焊盘设计上都需要有个“偷锡焊盘”而且位置必需是器件离开波峰的一边。这个“偷锡焊盘”用来增加锡的回收拉力,防止过多的锡残留在后排引脚间而造成“桥接”工艺原理上,基板器件离开熔锡时,脱锡的过程中有引脚间向前上方的张力,以及锡槽中往后下方的张力,后者必需足够大,才干够把引脚间多余的锡拉回。设计时必须考虑到这一工艺原理,也就是说“工艺”必需是个把“设备”和“设计”联系在一起的桥梁”

SMT应用强调技术整合。质量、设计、资料、设备都不能够单独地考虑处理,而能把这一切连接在一起的正是工艺”所以,说SMT一门以工艺为中心的技术,这也是胜利处置SMT技术的关键之所在

保守制造做法上的缺点

工艺在SMT中的重要性”一节中,提到有关产品寿命问题是如何通过工艺管理做法来得到保证的其中的关键在于,如何确保资料的品质和工艺的质量。资料多来自外部,将在技术供应链管理”中进行详细讨论)本文中,先假设资料品质受控,着重讨论一下企业内部的工艺和质量控制。

上面我提到要控制好工艺,使工艺“不变”即同样工艺下的产品质量应该是一致的那么什么是同样”工艺呢?

拿常用的SMT单面板回流技术来说,一般的自动化组装工艺是1自动上板;2焊膏印刷;3SMD贴片;4回流焊接;5自动收板。如果现在有数条生产线,设备配置都支持以上的5个步骤的工艺,各条线使用的设备也是相同的型号,这样是否也算是相同的工艺呢?如果使用不是相同的设备型号配置,那是不是相同工艺呢?

由于粗的流程都很类似,所以许多用户都误以为自己已经采用了工艺管理的做法,其实,只是一种错误的理解。从我观察中了解,真正较正规的采用工艺流程管理的SMT用户的确是很少。以下两种常见的典型例子可以说明这一点。

第一种类型的保守制造管理做法:

产品设计后制造出一两块“样板”交由制造部的工程师判断有无制造上的困难,如果没有就开始投入试生产。一般试生产的做法是把设备参数调整到组装结果达到满意的合格率后就算合格,开始转入正式批量生产。大批量生产时,线上设立固定的检查站,把发现的不良品进行工艺改正(如贴片移位、掉件时补上)或抽出返修。

以上的做法目前还在一些小规模,管理经验缺乏或产品附加值低的加工企业中通行。这种通过“制造-检查-调整-返修-再调整”典型做法已经十分落后,其主要问题在于:

1.不能照顾到废品寿命的问题,甚至产品的直通率也难以保证;

2.生产效率难以达到最优化,本钱难以达到最低;

3.生产稳定性较差,随机性很强;

4.效益或竞争实力属于短期性,容易陷入忙乱的工作状况,难以做长期改进;

5.不容易进入较高档次的加工竞争。

以上做法我称它为保守制造做法,一些附加值较低的产品制造上还可以接受,但在中、高档次的电子加工行业中并不多见。

第二种类型的保守制造管理做法:

产品设计过程中,如果有新封装器件时,设计人员会交由工艺工程师协助判断是否可以使用。评估方法是通过供应商资料、外表判断,和在必要时(较不确定时)做少量试验来决定。除此之外,CA D布局时,工艺工程师也会参与设计布局评审,确保所有布局符合规范,所有工艺路线和工艺规程明确后,产品的设计才算通过。

设计通过后,一般会有一个新产品试制期。试制工作多由中试部接管,对于没有设立中试部的则由生产部接管。由于试制不是由设计部执行,试制前还有不少进行设计工艺性检查的过程。小批量试制中,如果没有问题,或是有问题而又可以通过调整设备参数加以更正的则试制基本上算是通过。如果有问题而又无法有效地通过调整来解决的则按判断要求设计更改或要求来料供应商处理。

一旦试制通过开始大批量生产后,生产线在每次开始生产时进行首检(即生产的头一两块板进行详细地检查)确认没有问题后开始常速生产。生产过程中也设立检查站,检查站大多设在焊接后的外观检查作业。对于贴片较不稳定的也有在焊接前检查的另外还有些采用焊膏印刷后检查的做法,人工检查还是较常使用的做法。较有规模的企业采用如AOI之类的自动检查。检查中发现问题的按故障和企业内部情况给予现场改正或批量收集后送返修站进行返修。一些企业对故障的记录还使用SPC控制图显示。如果问题严重,则可能进行设备调整或停线查找问题原因。

此外,生产以外的设备人员可能对关键设备有一套保养计划,进行日、周、月、季度和年进行不同层次的颐养工作,以此保证设备的可靠性。

以上的做法,看似有一定的工艺管理;因为其中有设计规范、有新封装认证、有设计审查、有新产品试制、有批量生产前的首检、有生产过程的产品检查、有SPC应用、还有设备颐养维护等等确保产品质量的各种做法。但我如果从另外一个角度来看,每天不时地重复以上的工作,而许多产品或设计类似的产品都已经投入生产很长的时间,为什么我还经常在生产线上看到重复而熟悉的问题呢;这是否表示我所做的一切并没有真正地起到作用呢?

按道理说,如果资料没有问题,设备得到有效维护,工艺又正确的话,现场就不应该有质量问题了这就是工艺受控的表示。但是许多企业即使推行了以上的做法,工艺也没有受控,还是会经常遇到重复的故障现象和生产问题。那么,问题究竟出在哪里呢?

问题出在执行的细度和程度上。比方有些工艺工程师把焊膏印刷整体过程当作是一个工艺,但较好的工艺工程师会把焊膏印刷当成是定位”填充”刮平”脱模”和“擦网”五个不同的工艺。把焊膏印刷整体当作是一个单独工艺的工程师,遇到印刷结果的外形不良问题时,可能会试图通过调整印刷机的刮刀压力、速度等等各种参数,来解决问题。而把焊膏印刷整体过程当作五个不同工艺的工程师,则会通过观察印后焊膏外形和位置的特征,来判断问题是属于五个工艺中的哪一个。因为“填充”刮平”或“脱模”不良,调整和解决做法是不同的填充”问题需要照顾到刮刀的压力、速度和起跑距离的配合;刮平”问题需要照顾刮刀的下降水平、压力和速度的配合;而“脱离”问题则需要照顾模板和基板界面、脱模等待时间、脱模距离和速度的方面;这其中是有很大区别的把工艺当成单一和五个分工艺来处理,差异就在细度上。如果做得不够细,就会造成研究不到位,而问题自然就难以得到完全的解决。

工艺管理

国内的SMT用户一般在工艺管理上做得不够细,这种现象其实许多从事工艺的业界朋友都已经意识到多年来和国内同行的交流中,经常听到人们认为国内仍然存在重设计、轻工艺”现象;这对于SMT这一以工艺为主的技术来说,发展道路上的障碍,而且可能呈现的更严重的问题是这些意识几乎多在技术人员的层面,而关键的管理层却往往没有这方面的危机感。

前面我谈到工艺管理的重要性,以及SMT个以工艺为核心的技术。工艺既然是SMT核心,那我就非得注重对工艺的管理不可了不过什么是工艺管理呢;特质和管理要点又是什么呢?

工艺管理是一门以工艺为动身点和考虑重心的管理方法。什么是以工艺为动身点和考虑的重心?比方我决定开发设计产品之前,总会评估其工艺性是否合理,否有效益;引进新生产线之前,总会考虑工艺的具体要求;决定生产现场应该执行什么方式和程度的质量管理活动之前,也总会先考虑所制造产品的工艺性和现场的工艺能力等等。这些决策都必需参考工艺条件的做法,这就是以工艺为中心的工艺管理法。涉及到应该是整个的技术面,包括产品开发、基础工艺研发、设备应用和维护、质量管理、技术推销、IT管理和人才管理等等,而不再是停留在单纯的处置工艺问题上了

简单地说,工艺管理法有以下几个主要方面:

1.建立企业制造工艺技术蓝图;

2.工艺管理平台的设计和建立;

3.以工艺规范为中心的4大技术规范,以及其管理体系的建立;

4.工艺技术知识和相关技能的培育;

工艺技术蓝图

和国内企业接触这些年的经历中,感到有些惊讶的很多企业并没有一份明确的制造工艺技术蓝图(ManufacturProcessDevelopRoadmap其实这是个重要的工作和管理工具。没有蓝图可能表示我还没有足够的发展计划,处于一种被动式的管理情况;或是对SMT解的不够(认为它没什么,不需要发展蓝图)但不论是哪一个原因,缺乏一份蓝图对企业的工艺管理是有利的

工艺技术蓝图,应该是整个企业发展蓝图中的一部分。整个企业的发展蓝图众多,和工艺蓝图相关的有“市场发展蓝图”产品发展蓝图”制造作业发展蓝图”以及“供应发展趋势蓝图”等。缺乏这些计划和情报的管理,就像是盲人骑瞎马”胜利的随机性很大。

今天的工艺水平如何,否最适合(最有效益)目前的生产和竞争情况,下一步又应该往什么方向走,什么时候需要达到新的境界,什么时候应该开始走,不走的风险又有多大?等等。以上这些管理问题如果从未呈现在脑海中,从未在终年发展和重要管理会议中出现的话,那我就可能在不知不觉中被淘汰出局了因此,设计一份“工艺技术蓝图”工艺管理工作中一个重要部分。

曾有一个客户,一批产品的生产中遇到许多质量问题,废品的寿命问题也很值得怀疑。这种情况是无法有效地处理某种器件的通孔回流焊接工艺时出现的但在讨论中SMT刮刀,却了解到远在两年前他已经在同样的问题上尝试和失败过了还发现他企业内并没有制定我上述类似的各种蓝图。两年前呈现这种情况,可能就是一个需求的显示,这种需求可能来自市场,即客户的要求或竞争对手在这方面做得很好;也可能来自供应商,即某类器件只有此封装等等。不管如何,从通孔波峰焊接工艺到未做过的通孔回流焊接工艺,工艺上是个改革,必需有发展蓝图。如果两年前这家企业把这种需求制定在发展蓝图中,今天有一个成熟的通孔回流焊接工艺是绝对没有问题的

前不久,有一家用户引进了6台AOI自动光学检查设备,结果过了4个月都还没有很好地用上。现场了解情况后发现,也是缺乏蓝图的问题。没有蓝图就没有宏观计划,只是搞个引进新设备的项目,而没有考虑到这个变化对整体发展的影响。缺乏明确的工艺路标,就无法知道自己现在正处于怎样的工艺技术状况,自然也就无法想象AOI技术会对他现有的DFM造成什么影响,以及DFM该如何配合才干顺利有效的引进这类AOI技术。

技术的发展,外必需很好地配合市场要求和供应商东莞九方电子。而在内则必须考虑到各相关技术的整合。也只有当我有了明确的蓝图以后,才可能管理好相关方面的工作。


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