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SMT裝配工藝缺陷預防的方法
  檢查其實是一個篩選過程,因為它企圖找出不可接受的產品去修理。事實十分清楚,大量的檢查不一定提高或保證產品品質。德明(Deming)十四點中的第三點說,“不要指望大批檢查”。德明強調,一個強有力的工藝應該把重點放在建立穩定的、可重復的、統計上監測的工藝目標上,而不是大批量的檢查。檢查是一個主觀的活動,即使有相當程度的培訓,它也是一個困難的任務。在許多情況中,你可以叫一組檢查員來評估一個焊接點,但是得到幾種不同的意見。
  檢查可以經常提醒你,你的裝配工藝是不是還有太多的變量。即使在你的制造工藝能夠達到持續的零缺陷生產之后,某種形式的檢查或者監測對于保證所希望的質量水平還是必要的。表面貼裝裝配是一系列非常復雜的事件與大量單獨行動。我們的訣竅是要建立一個平衡的檢查(inspection)與監測(monitering)的策略,而不需要進行100%的檢查。本文要討論的是檢查方法、技術和手工檢查工具,以及回顧一下自動檢查工具和使用檢查結果(缺陷數量與類型)來改善工藝與產品的質量。
  操作員疲勞是為什么100%檢查通常找不出每一個制造缺陷的原因,另外,這是一個成本高、無價值增值的操作。它很少達到更高產品質量和顧客滿意的所希望目標。
  檢查是一種以產品為中心的活動,而監測是以工藝為中心的活動。兩者對于一個品質計劃都是需要的,但是,長期的目標應該是少一點產品檢查和多一點工藝監測。產品檢查是被動的(缺陷已經發生),而工藝監測是主動的(缺陷可以防止) - 很明顯,預防比對已經存在的缺陷作被動反應要有價值地多。
  幾年前,我們開始了使用“過程監測”這個術語,而不是檢查員,因為我們想要將生產場所的思想觀念從被動反應轉變到主動預防。一個檢查員通常坐在裝配線的末尾,檢查產品。在一個理想的情況中,工藝監測活動是產品檢查與工藝監測之間的一個平衡 - 例如,確認正確的工藝參數正在使用,測量機器的性能,和建立與分析控制圖表。工藝監測承擔這些活動的一個領導角色;它們幫助機器操作員完成這些任務。培訓是一個關鍵因素。工藝監測員與機器操作員必須理解工藝標準(例如,IPC-A-610)、工藝監測的概念和有關的工具(例如,控制圖表、Pareto圖表等)。工藝監測員也提高產品品質和過程監測。作為制造隊伍中的關鍵一員,監測員鼓勵一種缺陷預防的方法,而不是一種查找與修理的方法。
  過分檢查也是一個普遍的問題。在許多情況中,過分檢查只是由于對IPC-A-610工藝標準的錯位理解所造成的。例如,對于插入安裝的元件,許多檢查員還希望板的兩面完美的焊接圓腳,通孔完全充滿。可是,這不是IPC-A-610所要求的。檢查質量隨著檢查員的注意力緊張與集中的程度而波動。例如,懼怕(管理層的壓力)可能提高生產場所的注意力集中程度,一段時間內質量可能改善。
  可是,如果大批檢查是主要的檢查方法,那么缺陷產品還可能產生,并可能走出工廠。
  我們應該回避的另一個術語是補焊(touch-up)。在正個行業,許多雇員認為補焊是一個正常的、可接受的裝配工藝部分。這是非常不幸的,因為任何形式的返工與修理都應該看作是不希望的。返工通常看作為不希望的,但它是灌輸在整個制造組織的必要信息。重要的是建立一個把缺陷與返工看作是可避免的和最不希望的制造環境。
  對于多數公司,手工檢查是第一道防線。檢查員使用各種放大工具,更近地查看元件與焊接點。IPC-A-610基于檢查元件的焊盤寬度建立了一些基本的放大指引。這些指引的主要原因是避免由于過分放大造成的過分檢查。例如,如果焊盤寬度是0.25~0.50 mm,那末所希望的放大倍數是10X,如有必要也可使用20X作參考。
  每個檢查員都有一種喜愛的檢查工具;有一種機械師使用的三個鏡片折疊式袖珍放大鏡是比較好的。它可以隨身攜帶,最大放大倍數為12X,這剛好適合于密間距焊接點。或許,最常見的檢查工具是顯微鏡,放大范圍10-40X。但是顯微鏡連續使用時造成疲勞,通常導致過分檢查,因為放大倍數通常超過IPC-A-610的指引。當然在需要仔細檢查可能的缺陷時還是有用的。
  對于一般檢查,首選一種配備可變焦鏡頭(4-30X)和高清晰度彩色監視器的視頻系統。這些系統容易使用,更重要的是比顯微鏡更不容易疲勞。高質量的視頻系統價格不到$2000美元,好的顯微鏡價格也在這個范圍。視頻系統的額外好處是不止一個人可以看到物體,這在培訓或者檢查員需要第二種意見時是有幫助的。Edmund Scientific公司(edmundscientific.com)有大量的放大工具,從手持式放大鏡到顯微鏡到視頻系統。
  概括起來,建立一個介于0-100%檢查的平衡的監測策略是一個挑戰。從這一點,關鍵的檢查點,我們將討論檢查設備...。
  自動化是奇妙的;在許多情況中,比檢查員更準確、快速和效率高。但可能相當昂貴,決定于其復雜化程度。自動化檢查設備可能會淡化人的意識,給人一個安全的錯覺。
  錫膏檢查。錫膏印刷是一個復雜的過程,它很容易偏離所希望的結果。需要一個清晰定義和適當執行的工藝監測策略來保持該工藝受控。至少要人工檢查覆蓋區域和測量厚度,但是最好使用自動化的覆蓋、厚度和體積的測量。使用極差控制圖(X-bar R chart)來記錄結果。
  錫膏檢查設備有簡單的3X放大鏡到昂貴的自動在線機器。一級工具使用光學或激光測量厚度,而二級工具使用激光測量覆蓋區域、厚度和體積。兩種工具都是離線使用的。三級工具也測量覆蓋區域、厚度和體積,但是在線安裝的。這些系統的速度、精度和可重復性是不同的,取決于價格。越貴的工具提供更好的性能。
  對于大多數裝配線,特別是高混合的生產,首選中等水平性能,它是離線的、安裝臺面的工具,測量覆蓋面積、厚度和體積。這些工具具有靈活性,成本低于$50,000美元,一般都提供所希望數量的反饋信息。很明顯,自動化工具成本都貴得多($75,000 - $200,000美元)。可是,它們檢查板速度更快,更方便,因為是在線安裝的。最適合于大批量、低混合的裝配線。
  膠的檢查。膠的分配是另一容易偏離所希望結果的復雜工藝。與錫膏印刷一樣,需要一個清晰定義和適當執行的工藝監測策略,以保持該工藝受控。推薦使用手工檢查膠點直徑。使用極差控制圖(X-bar R chart)來記錄結果。
  在一個滴膠循環的前后,在板上滴至少兩個隔離的膠點來代表每一點直徑是一個好主意。這允許操作員比較帝膠循環期間的膠點品質。這些點也可以用來測量膠點直徑。膠點檢查工具相對不貴,基本上有便攜式或臺式測量顯微鏡。還不知道有沒有專門設計用于膠點檢查的自動設備。一些自動光學檢查(AOI, automated optical inspection)機器可以調整用來完成這個任務,但可能是大材小用。
  最初產品(first-article)的確認。公司通常對從裝配線上下來的第一塊板進行詳細的檢查,以證實機器的設定。這個方法慢、被動和不夠準確。常見到一塊復雜的板含有至少1000個元件,許多都沒有標記(值、零件編號等)。這使檢查困難。驗證機器設定(元件、機器參數等)是一個積極的方法。AOI可以有效地用于第一塊板的檢查。一些硬件與軟件供應商也提供送料器(feeder)設定確認軟件。
  協調機器設定的驗證是一個工藝監測員的理想角色,他通過一張檢查表的幫助帶領機器操作員通過生產線確認過程。除了驗證送料器的設定之外,工藝監測員應該使用現有工具仔細地檢查最初的兩塊板。在回流焊接之后,工藝監測員應該進行對關鍵元件(密間距元件、BGA、極性電容等)快速但詳細的檢查。
  同時,生產線繼續裝配板。為了減少停機時間,在工藝監測員檢查最初兩塊回流之后的板的同時,生產線應該在回流之前裝滿板。這可能有點危險,但是通過驗證機器設定可以獲得這樣做的信心。
  X射線檢查。基于經驗,X射線對于BGA裝配不一定要強制使用。可是,它當然是手頭應該有的一個好工具,如果你買得起的話。應該推薦對CSP裝配使用它。X射線對檢查焊接短路非常好,但對查找焊接開路效果差一點。低成本的X射線機器只能往下看,對焊接短路的檢查是足夠的。可以將檢查中的物體傾斜的X射線機器對檢查開路比較好。
  自動光學檢查(AOI)。十年前,光學檢查被用作可以解決每個人的品質問題的工具。后來該技術被停止不用,因為它不能跟上裝配技術的步伐。在過去五年中,它又作為一種合乎需要的技術再次出現。一個好的工藝監測策略應該包括一些重疊的工具,如在線測試(ICT)、光學檢查、功能測試和外觀檢查。這些過程相互重疊、相互補充,都不能單獨提供足夠的覆蓋率。
  二維的(2-D)AOI機器可以檢查元件丟失、對中錯誤、不正確零件編號和極性反向。另外,三維(3-D)的機器可以評估焊接點的品質。一些供應商開提供臺式、2-D AOI機器,價格低于$50,000美元。這些機器對于最初產品的檢查和小批量的樣品計劃是理想的。在較高性能的種類中,2-D獨立或在線機器價格在$75,000-125,000美元,而3-D機器價格$150,000-250,000美元。AOI技術有相當的前途,但是處理速度和編程時間還是一個局限因素。
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