SMT工艺控制与质量管理64362726.ppt

SMT工艺控制与质量管理 一 工艺为主导 产品质量是企业的生命线 SMT是一项复杂的综合的系统工程技术 必须从PCB设计 元器件 材料 以及工艺 设备 规章制度等多方面进行控制 才能保证SMT加工质量 高质量 高直通率 高可靠 寿命保证 a再流焊工艺 印刷焊膏贴装元器件再流焊 b波峰焊工艺 印刷贴片胶贴装元器件胶固化插装元器件波峰焊 再流焊与波峰焊工艺比较 再流焊仍是当前SMT的主流工艺 再流焊与波峰焊相比较 具有很大优势 从再流焊工艺过程分析再流焊工艺特点 1 有 再流动 与自定位效应2 每个焊点的焊料成分与焊料量是固定的 工艺 设备工具 制造 设计 基板元器件材料 考虑所有问题时应以SMT工艺特点为基础再流动 自定位 焊料成分与焊料量是固定的波峰焊是熔融焊料循环流动的群焊工艺 通过工艺控制实现以下目的 1 尽量保证高直通率 2 质量一致性 3 把工艺可控展示给客户 达到客户满意 4 获得竞争优势和更高的利润 二 预防性工艺方法 供应商 来料检查 组装生产 成品检验 采购 设计 返修 包装交货 用户 用户服务 市场返修 市场 过滤把关 事后改正 1 传统质量管理做法 被动的 制造管理 观念 检验 传统品质管理的问题 高成本 检查速度经常无法配合生产速度 非所有的问题都能被检测出 返修会缩短产品寿命 依赖检查 返修的质量管理有以下缺点 2 新的质量管理理念 先质后量的制程管理 在未能保证品质的情况下提高产量 只会造成浪费和损失 材料 时间 设备使用 能源的浪费和公司名誉上的损失 通过制程管理可以实现 高质量 高直通率 高可靠 寿命保证 新的质量管理理念 不提倡检查 返修或淘汰的 贯做法 更不容忍错误发生 任何返修工作都可能给成品质量添加不稳定的因素 新的质量管理理念 质量是在设计和生产过程中实现的 而不是通过检查返修来保证的 质量是企业中每个员工的责任而不只是品质部的工作 DFM 工艺优化 供应链管理 质量是通过工艺管理实现的 工艺监控 3 新的工艺管理方法 DFM工艺优化和改进工艺监控供应链管理 DFM 实施DFM 必须配合产品设计 设备技术和质量水平要求来进行 要求技术人员对元器件 材料 工艺 设备 设计有全面的认识 要求设计与工艺良好的沟通 工艺优化和改进 组装方式与工艺流程应按照DFM规定进行 要求技术人员了解设备的特性 功能 掌握操作技术 由于首次设计未必能将所有工艺参数都定得最优最完善 因此需要微调改正 例如贴片程序 印刷参数 温度曲线等工艺改进包括设计在内的全程整合处理和改进 工艺改进不仅给企业带来生产效率和质量 同时带来工艺技术水平的不断提高 对优化后的制造能力做出计量 并初步确定监控方法 工艺监控 工艺监控是确保生产效益的和质量的重要活动 由于生产线上的变数很多 设备 人员 材料等等都有其各自许多变数 每天在不同程度上的互相影响 互相牵制着 如何能采取有效足够的监控又不会影响生产以及提高生产成本 是一项不易做得好的工作 要求技术人员具备良好的测量知识 统计学知识 因果分析能力 以及对设备性功能的深入了解等等 供应链管理 稳定的原材料货源与质量是保证SMT质量的基础 举例 再流焊工艺控制 设备控制不等于过程控制 必须监控实时温度曲线 必须对工艺进行优化 确定再流焊技术规范 设置最佳温度曲线 再流焊炉的参数设置必须以工艺控制为中心 必须正确测试再流焊实时温度曲线 确保测试数据的有效性和精确性 通过监控工艺变量 预防缺陷的产生 设备控制不等于过程控制 必须监控实时温度曲线 再流焊炉中装有温度 PT 传感器来控制炉温 例如将加热器的温度设置为230 当PT传感器探测出温度高于或低于设置温度时 就会通过炉温控制器 可控硅继电器 停止或继续加热 新的技术是控制加热速度和时间 然而 这并不是实际的工艺控制信息 由于组装板的质量 层数 组装密度 进入炉内的组装板数量 传送速度 气流等的不同 进入炉子的组装板的温度曲线也是不同的 因此 再流焊工序的过程控制不只是监控机器的控制数据 而是对制造的每块组装板的温度曲线进行监控 否则它就只是机器控制 算不上真正的工艺过程控制 必须对工艺进行优化 确定再流焊技术规范 设置最佳温度曲线 确定再流焊技术规范的依据 a 焊膏供应商提供的温度曲线 b 元件能承受的最高温度及其它要求 例如 钽电容 BGA 变压器等器件对最高温度和耐受时间的要求 c PCB材料能承受的最高温度 PCB的质量 层数 组装密度以及铜的分布等情况 在实施过程控制之前 必须了解再流焊的焊接机理 具有明确的技术规范 再流焊技术规范的一般内容 最高的升温速率预热温度和时间焊剂活化温度和时间熔点以上的时间 液相时间 及峰值温度和时间冷却速率 举例 某产品采用某公司Sn Ag3 0 Cu0 5焊膏再流焊的技术规范 再流焊炉的参数设置必须以工艺控制为中心 根据再流焊技术规范对再流焊炉进行参数设置 包括各温区的温度设置 传送速度 风量等 但这些一般的参数设置对于许多产品的焊接要求是远远不够的 例如当PCB进炉的数量发生变化时 当环境温度或排风量发生变化时 当电源电压和风机转速发生波动时 都可能不同程度的影响每个焊点的实际温度 这些不确定因素对于较复杂的组装板要使最大和最小元件都能达到0 5 4 m界面合金层 金属间化合物 厚度会产生影响 如果实时温度曲线接近于上限值或下限值 这种工艺过程就不稳定 由于再流焊工艺过程是动态的 即使出现很小的工艺偏移 也可能会发生不符合技术规范的现象 由此可见 再流焊炉的参数设置必须以工艺控制为中心 避开技术规范极限值 这种经过优化的设备设置可容纳更多的变量 同时不会产生不符合技术规范的问题 必须正确测试再流焊实时温度曲线 确保测试数据的有效性和精确性 测试再流焊实时温度曲线需要考虑以下因素 热电偶本身必须是有效的 定期检查和校验必须正确选择测试点 能如实反映PCB高 中 低温度热电偶接点正确的固定方法并必须牢固还要考虑热电偶的精度 测温的延迟现象等因素再流焊实时温度曲线数据的有效性和精确性最简单的验证方法 将多条热电偶用不同方法固定在同一个焊盘上进行比较将热电偶交换并重新测试进行比较 通过监控工艺变量 预防缺陷的产生 当工艺开始偏移失控时 工程技术人员可以根据实时数据 进行分析 判断 是热电偶本身的问题 测量端接点固定的问题 还是炉子温度失控 传送速度 风量发生变化 然后根据判断结果进行处理 通过快速调整工艺的最佳过程控制 预防缺陷的产生 目前能够连续监控再流焊炉温度曲线的软件和设备也越来越流行 美国KIC公司温度监控系统 KICVision自动测量炉温曲线的系统 4 故障预防性生产 正确选择元器件 材料 工艺过程控制 高质量 焊膏 元器件 基板 印刷焊膏 贴片 回流焊接 包括设备工具 可制造性设计PCB加工质量 高质量 高直通率 高可靠 寿命保证 返修的潜在问题 返修工作都是具有破坏性的 特别是当前组装密度越来越高 组装难度越来越大 尽量避免返修 或控制其不良后果 返修会缩短产品寿命 过去我们通常认为 补焊和返修 使焊点更加牢固 看起来更加完美 可以提高电子组件的整体质量 但这一传统观念并不正确 5 预防性工艺方法 同样的设备条件 不同的工艺就有不同的效益 a把CIMS 计算机集成制造系统 应用到SMT制造中 b以过程控制为基础的ISO9000质量管理体系运行模式c数据处理技术的应用d 6 质量管理理念 SPC 策略 1 控制输入2 控制输出3 培训4 坚持按照规定操作5 持续改善6 审核 方法 建立必要的检查表对机器监测元器件 材料等过期控制更改日志校验日志纠正措施日志工艺监测对流程进行认证首件确认SPC数理统计工艺控制信息反馈 三 SMT制造中的质量管理 1 制订质量目标 SMT的质量目标首先应尽量保证高直通率质量目标应是可测量的再流焊不良率的世界先进水平 10ppm 10 6 例如 制订近期目标300ppm中期目标100ppm远期目标20ppm 2 过程方法 从SMT产品设计 采购控制 生产过程控制 质量检验 图纸文件管理 产品防护 服务提供 人员培训 数据分析编制本企业的规范文件 DFM 通用工艺 检验标准 审核和评审制度 通过系统的管理和连续的监视与控制 以实现SMT产品的高质量 提高SMT生产能力和效率 SMT产品设计 印制电路板 PCB 设计是保证表面组装质量的首要条件之一 PCB的可制造性设计 包括 机械结构 电路 焊盘 导线 过孔 阻焊 可制造性 可测试性 可返修性 可靠性设计等 设计评审 设计检验 设计确认的关系图 设计评审 设计验证 设计确认的比较 采购控制 根据采购产品的重要性 将供方和采购产品分类 对供方要有一套选择 评定和控制的办法 采购合格产品 制定一套严格的进货检验和验证制度 SMT主要控制 元器件 工艺材料 PCB加工质量 模板加工质量 举例 元器件质量控制 a 尽量定点采购 要与元件厂签协议 必须满足可贴性 可焊性和可靠性的要求 b 如果分散采购 要建立入厂检验制度 抽测以下项目 电性能 外观 共面性 标识 封装尺寸 包装形式 可焊性 包括润湿性试验 抗金属分解试验 c 防静电措施 d 注意防潮保存 e 元器件的存放 保管 发放均有一套严格的管理制度 做到先进先出 帐 物 卡相符 库管人员受到培训 库房条件能保证元器件的质量不至于受损 表面组装元器件的运输和存储 国际电工委员会IEC标准 不适合的运输和存储条件会导致元器件质量下降 引起可焊性差 造成各种焊接缺陷 运输条件应带包装运输 避免超温 超湿以及机械力的影响 最低温度 40 温度变化 在 40 30 范围内低压 30Kpa压力变化 6Kpa min运输时包装箱不可变形 并不应有直接作用在内部包装上的力 总运输时间 指不在受控的存储时间 尽可能短 最好 10天 运输条件取决于电子元器件的敏感性 优先选择受控的货舱空运 不建议海运 存储条件温度 40 30 相对湿度 10 75 总共存储时间 不应超过2年 从制造到用户使用 到用户手中至少有一年的使用期 存储期间不应打开最小包装单元 SPU SPU最好保持原始包装 不要存储在有害气体和有害电磁场在环境中 使用时遵循先到先用的原则 静电敏感元器件 SSD 运输 存储 使用要求 a SSD运输过程中不得掉落在地 不得任意脱离包装 b 存放SSD的库房相对湿度 30 40 RH c SSD存放过程中保持原包装 若须更换包装时 要使用具有防静电性能的容器 d 库房里 在放置SSD器件的位置上应贴有防静电专用标签 防静电警示标志 e 发放SSD器件时应用目测的方法 在SSD器件的原包装内清点数量 SMD潮湿敏感等级 敏感性芯片拆封后置放环境条件拆封后必须使用的期限 标签上最低耐受时间 1级 30 90 RH无限期2级 30 60 RH1年2a级 30 60 RH4周3级 30 60 RH168小时4级 30 60 RH72小时5级 30 60 RH48小时5a级 30 60 RH24小时 1 设计在明细表中应注明元件潮湿敏感度 2 工艺要对潮湿敏感元件做时间控制标签 3 对已受潮元件进行去潮处理 生产过程控制 生产过程直接影响到产品的质量 因此对工艺参数 人员 设备 材料 加工 监视和测试方法 环境等影响生产过程质量的所有因素加以控制 使其处于受控条件下 受控条件 a 设计原理图 装配图 样件 包装要求等 b 产品工艺文件或作业指导书 如工艺过程卡 操作规范 检验和试验指导书等 c 生产设备 工装 卡具 模具 辅具等生产手段及始终保持合格有效 d 配置并使用合适的监视和测量装置 使这些特性控制在规定或允许的范围内 有明确的质量控制点 STM生产中的控制点和关键工序有 焊膏印刷 贴片 炉温调控 对质控点的要求是 现场有质控点标识 有规范的质控点文件 控制数据记录正确 及时 清楚 对控制数据进行分析处理 定期评估PDCA和可追溯性 SMT生产中 对焊膏 贴片胶 元器件损耗应进行定额管理 作为关键工序或特殊过程的控制内容之一 关键岗位应有明确的岗位责任制 操作工人应严格培训考核 持证上岗 有一套正规的生产管理办法 如实行首件检验 自检 互检及检验员巡检制度 上道工序检验不合格的不能转下道工序 产品批次管理 产品要做好标识 生产批号 数量 生产日期 操作者 检验员都标识清楚 可以实现追溯 如计划文件 工序卡 随工单等 不合格品控制 不合格品控制程序对不合格品的隔离 标识 记录 评审和处理作出明确的规定 通常SMA返修不应超过三次 元器件的返修不超过二次 生产设备的维护和保养 按照设备管理办法 对关键设备应由专职维护人员定检 使设备始终处于完好状态 对设备状态实施跟踪与监控 及时发现问题 采取纠正和预防措施 并及时加以维护和修理 生产环境 a 生产线环境 水电气供应 SMT生产线环境要求 温度 湿度 噪音 洁净度SMT现场 含元器件库 防静电系统SMT生产线的出入制度 设备操作规程 工艺纪律b 生产现场实行定置管理 做到定置合理 标识正确 库房材料 在制品分类储存 码放整齐 台帐相符 c 文明生产 清洁 无杂物 文明作业 无野蛮无序操作行为 d 现场管理要有制度 有检查 有考核 有记录 每日进行 5S 活动 人员素质 SMT是一项高新技术 对人员素质要求较高 不仅要技术熟练 还要重视产品质量 责任心强 专业应有明确分工 一技多能更好 SMT生产中除生产线配备经严格培训 考核合格 技术熟练的生产工人 检验人员外 还必须配备下列人员 a SMT主持工艺师 SMT工程技术负责人 b SMT工艺师 c SMT工艺装备工程师 d SMT检测工程师和质量统计管理员 e 生产线线长 质量检验 a 机构 质量检验部门应独立于生产部门之外 职责明确 有专职检验员 能力强 技术水平高 责任心强 质检部门负责对原材料 元器件进货检验和过程产品 工序 最终产品检验 合格放行 b 检验依据文件齐全 严格按检验规程 检验标准或技术规范进行 c 检验设备 主要检验设备 仪表 量具齐全 处于完好状态 按期校准 少数特殊项目委托专门检验机构进行 图纸文件管理 要制订文件控制程序 对设计 工艺文件的编制 评审 批准 发放 使用 更改 再次批准 标识 回收和作废等全过程活动进行管理 确保使用有效