生产管理知识_smt质量与生产管理

SMT质量与生产管理 2011年8月 SMT质量与生产管理 现代质量管理强调 零缺陷 一次把事情做好 这在今天的高密度组装领域不仅仅是一种理念 而是客观的需要 概述 要获得良好而坚固的工艺 行之有效的做法就是从两方面下手 一是建立有效的工艺质量控制体系 二是针对具体的PCBA 对SMT参数进行优化 二者相辅相成 互为补充 SMT质量与生产管理 SMT质量与生产管理 SMT工艺质量 企业间存在着明显的差别 焊点的不良率从几个ppm到几百个ppm 究其原因 除了产品本身的复杂程度外 主要源于不同企业的不同 做法 ppm 不良焊点率 一般用百万焊点中的不良焊点数表示 单位ppm Ppm ds Ot x106 式中 ds 焊点缺陷数 Ot 总焊点数 SMT质量与生产管理 纵观国内外先进水平的电子制造企业 它们在工艺质量控制方面确实有一些共同点 例如 都立足于 预防 为主的策略 从源头对工艺质量进行控制 都以工艺优化为工作核心 都以建立完整的工艺质量控制体系为目标 实践证明 这些做法对建立 稳定的工艺 有着十分有效的作用 内容概述 第1章工艺质量控制基础第2章基础过程管理与控制第3章核心工艺能力建设第4章工艺支持系统第5章生产管理第6章现代质量管理模式 第1章工艺质量控制基础 1工艺质量控制概述2工艺管理体系3工艺规范体系4工艺质量评价体系 1工艺质量控制概述1 1基本概念SMT工艺质量 组装质量 指企业按照与客户达成的规格要求或IPC A 610的要求生产和提供印制电路板组件 PCBA 的质量 第1章工艺质量控制基础 一般用交付合格率 一次焊点不良率 直通率等指标来衡量 反映的是工艺 本身 的质量或者说是工艺的工作质量 它关注的是 焊点 及其组装的可靠性 它不完全等同于 制造质量 的概念 不涉及器件本身的质量问题 如PCB内层短路 元件内部短路 边缘性能元件 影响功能的元件 第1章工艺质量控制基础 工艺质量控制就是要对影响SMT工艺质量的主要因素进行有效地管理 使SMT的工艺水平处于良好的受控状态 第1章工艺质量控制基础 一般而言 一个设计精良 经过优化而且受控的工艺 在正常情况下 不会产生严重的质量问题 而工艺质量控制的目的就是要建立一个受控的工艺 第1章工艺质量控制基础 设计质量 制造质量与工艺质量间的关系如图1 1所示 电子产品的质量 设计质量 制造质量 工艺质量 物料质量 关注的是 焊点 及组装的可靠性 图1 1设计质量 制造质量与工艺质量间的关系 第1章工艺质量控制基础 1 2影响工艺质量的因素影响SMT工艺质量的因素有很多 不外乎来自 人 机 料 法 环 五方面 结合工艺在产品研发制造各阶段的任务 按照其性质 可以把它归结为设计 物料 工艺和现场等四大类因素 如图l 2所示 第1章工艺质量控制基础 物料因素 元器件的工艺质量PCB的工艺质量储存 配送管理 设计因素 组装方式 决定了工艺流程 所用元器件的封装类型元器件的布局及密度设计焊点可靠性与工艺性设计PCB的结构 材料及工艺设计 工艺因素 钢网厚度及开口尺寸和形状印刷参数再流焊温度曲线的设置焊膏成分与性能贴片精度等 现场因素 操作规范性工序关键控制点的管理防静电管理温湿度控制6S 正确 不正确 波峰焊面元件的不合适布局 第1章工艺质量控制基础 1 3工艺质量的控制 图1 4SMT工艺工作流程 第1章工艺质量控制基础 1 4工艺质量控制体系SMT工艺质量控制体系的组成 如图l一5所示 工艺质量控制的实质就是按规范设计 按规范制造 按规范检验 因此 可以说工艺规范是工艺质量控制最基本的工具和手段 第1章工艺质量控制基础 工艺管理体系 主要包括两方面 即业务的组织架构和岗位的绩效评价体系 不同业务组织架构决定了工艺质量控制的成效 良好的组织架构设计是工艺质量控制的组织保证 工艺质量的评价体系 主要由DFM评审通过率 焊点缺陷率 交付合格率等指标组成 它是工艺质量改进的基础 第1章工艺质量控制基础 2 1工艺管理体系的组织架构设计工艺管理是一项系统工程 贯穿于产品设计 物料采购 制造 销售的全过程 工艺管理是企业的基础管理 是稳定 提高产品质量 提高生产效率的重要手段和保证 不同企业 由于产品的种类和生产批量大小 可靠性要求 成本要求不同 工艺体系的组织架构也会不同 但不管什么样的组织架构 基本的业务和岗位设置必须健全 如图l一6所示 它是高效管理的基础 也是规范化管理的必须 第1章工艺质量控制基础 组织架构的设计 主要基于资源 效率和执行力的考虑 在电子制造服务企业 EMS 多实行矩阵化的架构设计 技术部门 如工程部 为资源平台 市场部门 客户经理组成 为业务平台 这是一种由客户需求牵引的 以工艺支持为主的工艺管理体系 这种管理体系设计的关键是岗位设置和职责划分 一条总的原则是 任务驱动 职责清晰 接口唯一 第1章工艺质量控制基础 2 2DFM岗位的职责与绩效评价项目DFM 即可制造性的设计 随着元器件封装的细间距化 工艺窗口越来越小 不断地提高PCBA的工艺能力 Cp 立体化及组装密度的提高 减少制造中的缺陷自然就成为DFM的核心任务 第1章工艺质量控制基础 Cp CpkCp 指工艺能力指数 台湾企业称为制程能力指数 即用户的规格范围 与自己 技术能力范围 的比较 Cp USL LSL 6 式中 标准差 反映了数据各点到其平均数距离的平均值 即正态分布 钟 形图形的肥瘦 越瘦说明工艺能力越强 CPk 工艺能力管理指数 反映的是正态分布 钟 形图形的居中性 Cpk等于 USL X 3 或 LSL X 3 的最小值 第1章工艺质量控制基础 2 2 1职责依据工艺设计规范和生产工艺流程 结合产品需求 完成工艺路线与可制造性设计 DFM 任务 主要职责 l 参与硬件设计阶段的器件选型工作 根据PCBA的组装密度 选用工艺性良好的封装 2 根据PCBA使用的元器件封装类型 数量 确定PCBA的组装工艺路线 可制造性设计规范 确定PcBA正反两面的元器件布局方案 工艺性设计 提高Cp 第1章工艺质量控制基础 2 2 2绩效评价项目DFM评审通过率 主要控制设计的规范符合性 通过评审的PCB数当月提交的评审PCB总数组装直通率 也叫一次合格率 主要控制设计的工艺性 通过检查的PCBA数检查的PCBA总数 x100 DFM评审通过率 YFT 第1章工艺质量控制基础 2 3工艺试制岗位的职责与绩效评价项目工艺试制 是新产品生产导入的一项重要工作 应该在生产前完成 正确的试制 应该建立在工艺优化的目标上 通过试制获得最优化的工艺条件 获得最稳定的工艺质量 同时 通过试制 了解到生产 问题区 并提出预防措施 强化管理 第1章工艺质量控制基础 2 3职责验证设计 确认合适的工艺参数和控制方法 主要职责 l 验证设计工艺 产品工艺 2 找出优化的工艺参数并确定其控制方法 第1章工艺质量控制基础 2 3 2绩效评价项目试制绩效的评价应该是工艺的质量和稳定性 工艺质量一般可采用以下指标进行评价 印刷不良率印刷不良率 单位时间段内不合格板与印刷总板数之比的百分值 第1章工艺质量控制基础 飞片率飞片率 单位时间段内飞片数与所贴元件总数之比的百分值 焊点不良率焊点不良率 单位时间段内缺陷焊点与总焊点之比的PPm值 工艺稳定性的评价没有规范的做法 可以根据企业的工艺环境进行个性化设计 第1章工艺质量控制基础 2 4工艺监控岗位的职责与绩效评价项目工艺监控基本的做法就是在焊膏印刷工序 贴片工序 再流焊接后设置检查工位 对影响装焊质量的关键工艺参数或焊接缺陷的发生概率与分布进行监控 以便根据趋势图进行纠偏 第1章工艺质量控制基础 工艺监控的常用方法就是统计过程控制 SPC 数据的采集手段有人工采集和自动光学检查等 近几年 随着元器件封装的小尺寸化 组装的高密度化 AOI逐渐成为一种必备设备 它的检查比人工更科学 更具时效性 可以做到连续的 实时的 动态的监控 第1章工艺质量控制基础 2 4 1职责通过过程工艺参数的收集与趋势分析 及时纠偏 确保工艺的稳定 产品的质量符合要求 主要职责 l 编制 改进 优化品质控制方案 2 收集 分析过程工艺参数数据 产品质量数据 及时纠偏 3 对操作员的操作规范性进行检查 监督 这是监控非常重要的内容 应该予以重视 第1章工艺质量控制基础 2 4 2绩效评价项目单板交付合格率用户确认的合格板数交付给客户的总板数焊点不良率焊点不良率 单位时间段内缺陷焊点与总焊点之比的PPm值 单板交付合格率 第1章工艺质量控制基础 2 5工艺研究与开发岗位的职责与绩效评价项目装联工艺是一门复杂的工程技术 涉及的知识面很宽 需要有经验的工程师对生产中出现的问题进行分析研究 这些问题是设计 生产中必须面对的问题 都需要通过试验 分析 得出结果并转化为操作层级的工艺文件 作业指导书 这些工作都是基础工艺岗位的工作 第1章工艺质量控制基础 2 5 1职责1 PCB可制造性设计研究与规范 2 生产物料工艺质量的控制方法与规范 3 工艺材料的选型与应用条件研究 4 基础工艺数据库的建立与开发 5 工艺研究 开发与应用 新工艺导入 6 生产中工艺问题的解决与工艺优化 第1章工艺质量控制基础 2 5 2绩效评价项目基础工艺岗位 属于创新型的技术工作 非一般运作型的技术工作 如DFM 特别是生产中疑难问题的解决 往往不可预知 工艺任务随机 难度不同 很难按指标进行管理 建议按项目管理 计划完成率 成果的转化率 第1章工艺质量控制基础 3工艺规范体系SMT的规范 包括技术要求 操作规程 指导手册 控制流程 检查单 Checklist 它应该覆盖到设计 工艺 设备 质量等四个方面 根据实际的运营需求 以下的标准规范是必须要建立的 第1章工艺质量控制基础 3 1PCB的工艺设计规范 与DFM有关的 1 PCB的可制造性设计要求 包括与PCB裸板制造有关的要求 与SMT组装有关的要求 与质量有关的要求以及其他需要统一规定的要求 2 PCB的元器件布局指南 3 PCB基板选择指南 第1章工艺质量控制基础 4 元器件的焊盘设计手册 5 PCB的设计评审流程 6 PCB的评审检查单 7 DFM设计案例库 第1章工艺质量控制基础 3 2制造工艺规范1 钢网 stellcil 的设计工艺规范 厚度 开口形状与尺寸 2 焊膏的使用管理规范 3 焊膏的印刷操作规范 焊膏的添加 擦网方法及频率 PCB的支撑 参数设置等 4 再流焊温度曲线的测试与温度设置规范 第1章工艺质量控制基础 5 波峰焊温度曲线的测试与参数设置规范 6 手工焊接的工艺规范 7 PCBA的组装通用工艺规范 8 贴片胶的点涂工艺规范 9 CSP FP器件的底部填充工艺规范 第1章工艺质量控制基础 3 3设备工艺规范1 焊膏印刷机的维护 保养规范 2 贴片机的维护 保养规范 3 再流焊机的维护 保养规范 4 波峰焊机的维护 保养规范 第1章工艺质量控制基础 5 AOI的维护 保养规范 6 焊膏印刷机的调试 操作指导书 7 贴片机的调试 操作指导书 8 再流焊机的调试 操作指导书 9 波峰焊机的调试 操作指导书 10 AOI的调试 操作指导书 第1章工艺质量控制基础 3 4质量控制规范l SPC实施指南 2 PCBA的DPMO计算方法 3 PCB的工艺质量检验方法与要求 4 元器件的工艺质量检验方法与要求 5 焊膏 焊剂 贴片胶 固定胶 工艺胶纸等工艺材料的认证技术要求 第1章工艺质量控制基础 DefectsPerMillionOpportunity 6 静电敏感器件的验收 储存 配送 预加工和装焊过程的管理 7 湿敏器件的验收 储存 配送 预加工和装焊过程的管理 8 焊点质量的检验要求 9 PCBA的组装质量的检验要求 10 各种检查 检测仪器的工艺缺陷判别指南11 现场工艺质量问题的反馈 处理流程 第1章工艺质量控制基础 4工艺质量评价体系PCBA组装工艺如何 通常会用到直通率 不良焊点率 综合制造指标等概念 一般情况下 这些指标反映的都是SMT组装工程内的质量水平 没有涵盖工程外发现的焊点缺陷数 第1章工艺质量控制基础 4 1直通率直通率 也称首次通过率PCBA合格率 用百分比表示 通过检查的PCBA数检查的PCBA总数 x100 YFT 第1章工艺质量控制基础 这个指标是以所组装的板为特定目标的 在同一工艺条件 不同密度和大小的板其直通率相差很大 各厂对直通率的计算节点不完全一致 有的就是以再流焊后的合格板进行统计的 有的以测试后合格板进行统计的 它包括了工艺对物料的质量影响 因此建议直通率以测试合格的板进行统计 第1章工艺质量控制基础 4 2焊点不良率焊点不良率 一般用百万焊点中的不良焊点数表示 单位PPm 式中 缺陷焊点数 总焊点数 第1章工艺质量控制基础 焊点不良率 是针对不符合要求的焊点进行统计的一个指标 反映了SMT工艺的结果质量 相对于每百万机会缺陷数 DPMO 它不需要对印刷 贴片工序进行缺陷统计和再流焊接后对焊点缺陷原因进行甄别 比较简单 易于操作 但另一方面 它不能反映组装全过程各工序的控制水平 不能得到各工序的工艺控制质量数据 如工序的DPMO数据 不利于过程的改进 第1章工艺质量控制基础 4 3每百万机会缺陷数 DPMO 根据IPC 7912定义的理解 每百万机会缺陷数 DPMO 可以用下式表示 第1章工艺质量控制基础 式中 焊膏印刷缺陷数 以印刷缺陷的板数计 贴片缺陷数 以贴装缺陷的元件数计 焊点缺陷数 以焊点缺陷数计 焊膏印刷缺陷机会数 以印刷板数计 贴片机会数 以贴装元件数计 焊点机会数 以焊点数计 第1章工艺质量控制基础 直通率与PCBA的焊点总数有关 焊点总数越多 直通率就越低 而DPMO与PCBA的焊点不良率 根据平均统计数据 基本上有一个比例关系 其大小约为焊点不良率的l 3 因此 与其他企业工艺能力进行对比 最好选取焊点不良率指标为好 第1章工艺质量控制基础 4 4焊点缺陷的判定焊点是否符合要求 一般根据IPC A 610进行判别 除非客户有特别要求 IPC A 610的可接受条件基于对产品的分级而确定的 第1章工艺质量控制基础 SMT组装质量相关标准 1 IPC标准IPC是美国的印制电路行业组织 起源于1957年9月成立的印制电路协会 IPC InstituteofPrintedCircuits 为适应印制电路行业和相关技术的发展需要 1977年改称为电子电路互连与封装协会 TheInstituteforInterconnectingandPackagingElectronicCircuits 1999年再次改称为电子制造业协会 AssociationConnectingElectronicsIndustries 由于IPC的知名度很高 所以改名后IPC原有的标记和简称仍然不变 目前 全世界多数国家都采用IPC标准 或参照IPC标准 IPC标准具有权威性 系统性 先进性 实用性特点 IPC的标准体系包括终端产品验收条件 组装工艺 设计 元器件 印制电路板 PCB 工艺材料 检验与测试等电子组装设计 工艺 管理 设备 测试与验收等各环节形成了一整套电子组装及其相关技术标准体系 具有相当的系统性与完整性 IPC A 610电子装连的可接受条件作为电子装配的标准 为人们广泛地接受 其焦点是集中在焊点上面 二OO五年二月 IPC发行了期待已久的更新版本 IPC A 610D版 IPC A 610 电子组装质量验收本标准描述为产生优质的焊点及PCBA所用的材料 方法以及合格要求 无论用什么其它可行的方法 必须能生产出符合本标准描述的合格要求的完整的焊点 本标准适用于试制和生产现场的质量检验人员及工艺人员在进行PCBA外观检验时使用 IPC A 610相关概念 表1 2相关文件及内容 2 外观质量验收要求 本标准的有关外观的内容体现了现有标准以及其他可适用性规范的要求 为了使用户引用和使用好相关资料 涉及的组件或产品应完全符合现有相关文件的要求 如果组件不能完全符合这些文件的要求或相当的要求 那么可接受条件则需由客户和供应商来进行确定 3 验收条件的使用 通常 在考虑产品性能要求时 需要对其特殊特征进行特别的规定 这些规定必须有用户的参与和认可 有关要求也必须包括对产品验收条件所达成的一致意见 4 术语和定义 对电子产品划分为三个级别 分别是 1级 通用类电子品2级 专用服务类电子产品3级 高性能电子产品 1级 通用类电子产品 包括消费类电子产品 部分计算机及其外围设备 那些对外观要求不高而以其使用功能要求为主的产品 2级 专用服务类电子产品 包括通讯设备 复杂商业机器 高性能 长使用寿命要求的仪器 这类产品需要持久的寿命 但不要求必须保持不间断工作 外观上也允许有缺陷 3级 高性能电子产品 包括持续运行或严格按指令运行的设备和产品 这类产品在使用中不能出现中断 例如救生设备或飞行控制系统 符合该级别要求的组件产品适用于高保证要求 高服务要求 或者最终产品使用环境条件异常苛刻 5 用户责任 用户对产品使用何级条件进行验收负有最终责任 接收和 或 拒收的判定必须以与之相适应的文件为依据 如合同 图纸 技术规范 标准和参考文件 6 合格性判断 对各级别产品均分有四级验收条件 目标条件 可接受条件 缺陷条件和过程警告条件 目标条件是指近乎完美或被称之为 优选 当然这是一种希望达到但不一定总能达到的条件 对于保证组件在使用环境下的可靠运行此条件并不一定非达到 1 目标条件 可接受条件是指组件在使用环境中运行能保证完整 可靠但不是完美 可接收条件稍高于最终产品的最低要求条件 2 可接受条件 缺陷条件是指组件在使用环境下其完整 安装或功能上可能无法满足要求 这类产品可以根据设计 服务和用户要求进行返工 修理 报废或 照章处理 其中 照章处理 须取得用户的认可 3 缺陷条件 过程警示是指虽没有影响到产品的完整 安装和功能 但存在不符合要求条件 非拒收 的一种情况 由于材料 设计和 或 操作 或设备 原因造成的既不能完全满足目标条件又非属于拒收条件的情况 4 过程警示条件 除非被认定对最终用户所规定的产品完整 安装和功能产生影响 拒收条件和过程警告