SMT工艺控制与质量管理.ppt

1、SMT工艺控制与质量管理,顾霭云,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

2、 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

3、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

4、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。

5、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

6、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

7、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

8、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0.54m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

9、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

10、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： KIC Vision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,

11、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

12、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10 ppm （10- 6） 例如：制订近期目标 300 ppm 中期目标100ppm 远期目标 20 ppm,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

13、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

14、、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。

15、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： 3040%RH。 (c) SSD存放过程中保持原包装，若须更

16、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%RH 1年 2a级 30，60%RH 4周 3级 30，60%RH 168小时 4级 30，60%RH 72小时 5级 30，60%RH 48小时 5a级 30，60%RH 24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

17、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

18、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

19、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“

20、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