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SMT之家论文中心 / 表面贴装质量 / 挑战SINGLE PPM
挑战SINGLE PPM
2004-01-10    作者:john97    http://www.smthome.net    点击: 9251
挑战SINGLE PPM

  由于近年来通信市场的快速发展,吸引了许多IT厂家转向移动通信终端产品的生产;其中一些厂家从OEM或ODM做起,一些实力较强的厂家还拥有了自己的品牌。
  在和这些“新成员”的SMT生产技术人员的交流中,他们经常会问:“手机生产中的不良率,控制在多少才合适?”。我认为,如果做得足够好就可以达到SINGLE PPM(即小于10PPM的不良率)。

  就我所了解的,有一家公司通过2000年底至2001年初的SINGLE PPM试验,最终在2001年达到了SINGLE PPM的月不良率。下面,我们就介绍一下该项试验的情况。
  
不良率的定义
  因为各个厂家的不良率计算方法有所不同,有些是按照元件焊点进行PPM计算的,有的则是用元件数量来计算的;一般来说,最后的计算结果大致相同。
  这家工厂对不良率PPM的定义方法是:
  不良率(PPM)=不良元件数量/贴装元件总数×1000000
  
试验用设备、材料及其他相关条件

  生产线及其设备
  生产线使用的设备都是当时最新的设备;印刷机、贴片机和回流炉均为松下(PANASERT)公司生产。
  生产线的布局如下表所示:
  
  基板、焊膏及元件
  印刷电路板的厚度是0.75mm。
  采用普通铅锡焊锡膏。
  每部手机所用元件数在400个左右,其中,阻容元件主要以1005元件(1.0×0.5mm)为主,同时有微型二极管、三极管、IC、LED和SOP元件等,比较特殊元件包括BGA、CSP、QFP(0.4pitch)和异型元件(I/O接口、耳机插口)等。
  
  其他相关条件
  在试验中,没有对PCB设计的问题进行验证,因为当时产品在设计上基本没有导致SMT制造的不良因素,产品也是比较成熟的产品。
  为了避免操作上的失误,配备了操作熟练的工人,他们基本上能够迅速解决日常生产中发生的问题,并具备较高的职业素质和敬业精神。
  在材料方面,生产线人员有权对他们认为任何可以导致质量问题的材料进行更换,以免不良元件严重影响质量,他们可以将有问题的材料交给相关人员进行分析。
  为了更好地分析生产线中产生不良的原因,技术人员还进行了如下图所示的调整:
  

  高速录像设备的使用是为了记录贴片机在贴装中可能产生的问题。通过对元件识别状况的高速录像,可以及时发现元件被吸起时的状态、识别情况和设备识别过程中产生的偏差。
  通过在回流炉前后设置的检查设备,可以比较回流焊曲线设置的变化情况对质量的影响。(当然,收集到的数据也需要SMT技术人员投入大量的时间进行分析和比较。)
  此外,该厂还建立了及时的质量反馈系统,使生产线的制造不良问题可被及时地反馈给生产线操作人员。此系统主要是运用AOI设备的检查分析结果,由统计分析人员对数据及时分析后提供给生产线人员进行质量的改善。通过局域网,与实验项目有关的人员可以随时进行质量数据的查询,并建立起每日质量分析会议制度,由专门的质量人员和工艺工程师根据数据进行分析,将质量改善活动及时贯彻到生产实践中。
  
  试验目的
  由下表我们可以发现,当不良率的月平均值降低到SINGLE PPM时,手机在制造过程中基本上可以达到0.4%的质量标准,检查和焊接修理人员的工作时间将大幅度的缩短。
  
  而当时的情况是SMT制造质量水平在40PPM以下,质量问题的分布如下图所视:
  
  试验中技术人员主要对以下方面的课题在试验生产线上进行验证:

    1、 元件偏移和元件欠品的发生条件验证;
    2、 提高印刷精度以减少联焊的发生,以应对窄间距的元件贴装;
    3、 元件的不良导致的SMT制造不良因素验证;
    4、 通过提高生产线反馈速度,以避免突发性不良的产生;
    5、 通过缩短生产中设备保养周期来验证对质量的影响。

  这家工厂进行此次的试验目的不同于一般的质量改善或提高活动,因为该厂此前的生产质量达到了较高的水平,不良率的月平均值为40PPM左右。此次试验的目的,在于找出表面贴装生产线产生不良的原因(40PPM以下的不良),并由此制定出防止产生不良的工艺标准,以创造更大的价值。

    问题与改善
  在几个月的试验过程中,技术人员发现了以下平时不容易发现的问题,并进行了相应的改善活动:
    1.吸嘴的设计问题——导致真空力小,元件吸起错误。
         通过加大吸嘴的厚度从而提高吸嘴的强度和真空力加以解决(吸嘴厚度由图3改为图4)。
      图3   ==〉   图4
  2.吸嘴被元件表面污染的问题1——导致元件识别判断错误后产生的元件偏移和欠品(图2 导致 图1问题的产生)。
  图1 图2
  3.吸嘴被元件表面污染的问题2——元件在制造中的残渣堵住了吸嘴的孔,吸嘴的吸力减小,造成元件的欠品和偏移(图8、9所示)。
  图8 图9
    上述两个问题通过缩短设备保养的周期,加快吸嘴的清洗频率,减少元件的污染给贴装带来的困难。当然,也可同时和元件设备厂家进行讨论,改善元件的制造工艺。
  4. 材料供料器的问题导致元件欠品和元件的翻转问题。
    通过设定专人加强供料器精度调整的工作加以解决。(见下图)
  
  5.元件电极尺寸的差异导致元件识别错误和元件错位问题。
    通过质量部门对部品厂家提出投诉,要求厂家予以修正。(见图5)
    
                图5
  6.不同厂家生产的同类型元件会有不同的元件颜色和电极尺寸导致元件的偏移和欠品问题。
    在设备中对不同厂家的元件应该设定不同的元件识别参数。
  7.QFN元件的联焊问题和耳机插口焊锡量少的问题。
    通过观察发现是丝网开口的问题,调整印刷丝网的开口尺寸后问题得到了解决。
       .......
  通过种种的改善活动,质量在5个月内在试验生产线上降到了9.4PPM,不良的分布也产生了很大的变化:   
  

试验结论
  通过试验,技术人员验证了手机制造生产线可以达到SINGLE PPM,并得出如下结论:

  1.元件偏移和元件欠品的发生与吸嘴的清洁程度相关,而导致此问题的主要原因来自于设备的环境和元件的污染,对元件厂家提出改善和缩短设备保养周期可以解决此问题。
  2.元件的不一致性导致了设备的贴装问题,需要具备自动智能修正功能的设备或制定新工艺来解决问题。
  3.速度影响质量。建立高速质量反馈系统,可以及时解决生产线的质量问题,将质量损失降到最小。通过IT技术来改善质量也是一种有效的方法。

  验证SINGLE PPM可以做到还不是很困难,但真正实现确实是非常困难的,因为在试验生产线用的是设计稳定的产品、熟练的操作人员、优良的设备以及优质的材料;此次的试验所动用的资源也非常的昂贵。
  通过了解这个工厂的试验结果,我们也对自己的工厂进行了SINGLE PPM改善活动,利用他们的试验结果并进行持续改善,在4个月内也曾经在PANASERT生产线上达到了SINGLE PPM,也证明了他们试验的结果。
  
目前存在的问题
  到了2002年,我们发现以上的分析在目前手机生产中又是不那么的充分,这是因为:

  1.目前的手机型号不再可能持续生产1年而不遭到市场的淘汰。许多手机产品的生命周期只有几个月,设计部门为了加快新产品的设计拼命地缩短设计周期,所以几乎不可能生产设计很稳定的产品,但可制造性设计的问题恰是我们在试验生产线中没有验证的。同时,设计部门对成本的崇拜已经超过了对工序质量(工序质量通过修理来补充)的关心。
  2.目前采用的无铅化技术使SMT质量有较大的倒退,无铅焊膏的特性影响了印刷质量和回流焊接质量。
  3.目前手机功能的增加,使SMT制造大量采用了新技术,对设备和工艺提出了新的要求,如3D贴装,1005使用0.3mm间距贴装,0603元件,flex PCB(柔性基板),COF的贴装等等,这些新工艺对设备也提出了更高的要求。
  4.目前SPC控制软件的发展尚未完全达到到生产线自动反馈和调整的水平,像具备自动根据印刷检查设备的判断结果调整印刷参数的设备尚在研制中,而完全依靠操作人员的素质对生产线质量的快速反馈和改善已无法满足日益提高的SMT速度。
  
结论
  新的SMT挑战SINGLE PPM的工作将致力于提高DFM设计水平,工厂将直接参与设计部门的工作,在设计移交给制造之前,同时也通过SMT DFM软件模拟SMT制造中可能产生的问题,提出修改的意见。
  我们也将致力于将SMT生产线数字化控制,我们把它称之为digital manufacture system(DMS,数字化制造)。设计部门的数据将被直接通过CIM系统转化为生产需要的数据,它包括制造印刷丝网的数据,SMT生产线的NC数据,材料清单并进行生产线的平衡配置,还可以提供生产流程图和作业指导书。
  生产线则通过检查设备和SPC软件相配合的数字系统进行统计、分析和修正,减少相同质量问题的反复出现,加速质量的反馈,并使质量稳定性大幅度提高。它和以前CIM系统中trace跟踪功能不同的是,此系统向操作人员提出问题报告的同时,将根据经验值对设备的参数进行调整,解决了操作人员水平不一和操作人员责任心不同的问题;它还可以及时向工程师提出设备保养的请求,避免以前定期保养而产生的真空。
  这套系统目前已经得到了一些软件公司的支持,SMT方面的专业软件已经初步具备系统中要求的DFM(可制造性分析),PLAN(生产计划),PROCESS(生产工艺制定),TRACE(工序跟踪功能),以及FEEDBACK(反馈)等功能。目前软件公司可以得到元件厂家的支持,在他们的DFM软件中已经有了很强大的元件库用于DFM的分析,甚至已经可以做到不断地进行网络升级。(但软件公司和设备供应商没有充分配合,设备的自动修正功能还不是很充分。)
  上述这一切将更快更直接地影响到SMT质量,这一切的目标也直指SINGLE PPM。它所带来的效益也不仅仅在于质量的改善,同时也使设计部门可以更快地将设计出的产品大量商品化,非常有效地提高公司的整体竞争能力。
  
  注:文中的照片和数据仅供参考。

责任编辑: skylee
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