smt生產質量管控（SMT全流程質量管控的實踐與思考）

2023-08-02 10:06:15

摘要：SMT全流程質量管控是一項系統工程，要獲得穩定的產品質量，除了對設計、工藝、物料和生產進行系統考慮、系統設計和系統管控之外，還需要掌握SMT工藝要領、工程知識和控制要點。介紹了SMT各工序的管控特點，結合NADCAP AC7120審核要求，提出SMT生產線在執行基本的工藝要求外，還需著重關注的質量控制要求。

關鍵詞：COC；FAI；FOD；ESD；MSD

SMT全流程質量管控是一項系統工程，要獲得穩定的產品質量，必須對設計、物料、現場工藝進行系統思考、系統設計、系統管控[1]。管控的目的是完整實現工藝要求，保持過程質量穩定，除了掌握SMT(Surface Mount Technology，表面貼裝技術)工藝要領（工藝方法與要求、工藝技術的關鍵點）、工程知識、常見焊接不良現象的產生機理與處置對策之外，還需要建立有效的質量控制體系，快速解決生產的工藝問題。

1 SMT工序管控特點

SMT工序管控著眼點主要是5P：PCB印製板、Parts零部件、Paste焊膏、Placement貼放、Profile曲線，即物料控制 印刷設計（模板設計 印刷控制） 貼片控制 溫度曲線設計[2]。

1.1 物料控制

PCB（Printed circuit board，印製板）是最主要的物料，來料後需要檢查廠家的COC（Certificationof Completion，符合性證書）證明（含金相切片報告、焊盤可焊性報告、清潔度測試、平面度測試等），裝配前需要預烘乾處理以去除板內潮氣，還需關注PCB有效期。

元器件需關注引腳可焊性，去金處理。對於需二篩的元器件還需關注共面性，因為二次篩選過程易受測試夾具夾持變形造成共面性不良。

1.2 印刷設計

印刷前需要設計模板，決定焊盤開口及模板厚度，決定模板加工方式，一般選擇不鏽鋼雷射切割＋內壁電拋光的模板。模板交付時需測試張力，應為40～50 N，每次使用前也需測試張力，確保反覆使用後不低於30 N。

在模板確定的前提下，影響印刷質量的因素有：焊膏品質及印刷工藝參數。應予以關注焊膏在使用前的測試、驗證，使用時的回溫、攪拌以及使用時間限制等。

工藝參數中刮刀壓力與刮刀大小有關，要求為1.97～2.76 N/cm。印刷速度與焊膏成分、印刷焊盤間距有關。

1.3 貼片控制

貼片需要檢查元器件引腳共面性，一般設置0.08～0.12 mm。

貼裝壓力一般控制在元器件引線壓入焊膏中的深度至少為引腳厚度的一半，需要注意的是對於脆弱的玻璃管殼類器件，貼裝壓力還需要下調以免損傷器件本體。

1.4 溫度曲線設計

回流焊溫度曲線需要對每種不同類型的PCBA（Printed Circuit Board Assembly，印製板組件）進行實際溫度測試，好的溫度曲線，最大熱容量處與最小熱容量處在預熱結束時溫度匯交，也就是整板溫度達到熱平衡。

溫度曲線設置與PCBA大小及層數、元器件規格及引腳鍍層、焊料規格有關。

2 NADCAP AC7120審核要求

NADCAP是國家宇航和國防合同方認可機構或授權項目對特殊工程管理系統的認證制度，AC7120對印製電路板組件進行審核的標準，涵蓋了印製電路板組件製造過程的全部工序，如CAD（Computer -Aided Design，計算機輔助設計）數據、編程、元器件放置、AOI（Automated Optical Inspection，自動光學檢驗）或X光機檢查、波峰焊、回流焊、手工焊、裝配、清洗、塗覆及密封、最終測試（飛針、針床、邊界測試、功能測試）、返工等[3]。

AC7120審核主要分為兩大部分：文件審核，主要是檢查工作程序、規範是否符合審核條款要求，是否完整、充分；執行的有效性審核，主要是通過樣板製作考察是否有效實施並符合文件規定要求（客戶要求、行業要求）。

2.1 審核基本要求

AC7120雖然是針對印製板組裝件製造過程的工藝符合性的審核要求，但是有一些基本要求是可以通用於其他產線管控，如：

a）人員要求：操作員及檢驗員IPC取證、視力檢查證明；對各類規範及崗位的熟悉；按要求作業。

b）物料要求：設計圖紙中需要規定；符合ESD（Electro-Static discharge，靜電放電）/MSD（moisture sensitive device，溼敏器件）管控；使用有效期、開封有效期、分包有效期標識及控制；入所均需驗收；使用中周期性測試。

c）設備要求：維護點檢表；授權人員操作設備；配置各類監測裝置；每班次測試並保存；

d）工藝要求：滿足國際或行業內標準；各工序後的確認及測試；程序管控；工藝方法合理性；

e）環境要求：溫度、溼度、EPA（ElectrostaticProtected Area，靜電保護區域）中的ESD要求、噪聲、照度、潔淨度。

這些要求文件審核時審核員會查閱，現場審核時會逐項核實。

2.2 質量管控要求

2.2.1 重視質量體系

AC7120專業審核始終基於單位質量管理體系要求的落實，具體涉及：質量手冊、程序及文件管控、人員資質、環境要求、物料管控、供應商管控、首件鑑定、不合格品管理及糾正措施、QA（Quality Assurance，品質保證）人員、內審有效性，結合過程審核這些要求都會被審核到，並要求提供執行證據。

2.2.2 重視糾正措施的有效性

關注以往審核過程中的不符合項糾正措施的有效落實及其結果的驗證。如糾正措施沒有得到有效落實並長久保持，則AC7120專業審核時會開出2個嚴重不符合項：一項為重複問題、一項為體系不能保持糾正措施落實的有效性。

2.2.3 重視追溯性

任何物料都必須能追溯到原廠家的批次號，尤其首件報告中必須附有COC。現場所有物料必須有分包裝標籤，註明：物料名稱規格、原包裝有效期、批號、開封有效期、分包人，並且隨工單必須移植物料批號。所有產品的卷宗永久保持，所有現場生產記錄保持5年以上。

2.3 工藝專業性要求

2.3.1 ESD控制

靜電控制首先是對EPA區域的控制：區域內硬體設施（地板、桌墊、椅子等均需採用防靜電材料）、設備接地、其他物件均應採用防靜電材料（周轉箱、垃圾桶、鑷子、吸筆），沒有條件採用防靜電材料的在操作時應配置離子風機。

ESD物料的靜電控制，防靜電口袋，取、放要戴防靜電腕帶。

人員的靜電控制，每天檢測防靜電鞋及手腕測試。

2.3.2 MSD控制

溼敏器件需要識別等級，根據原廠提示在裝配前進行烘乾處理，並遵循車間壽命內裝配使用。

2.3.3 PCBA清洗

由於PCBA涉及工序多，在第一面焊接後還有一段時間才最終完成裝配，對於整機交付的製造商，PCBA還需要單板調試後才清洗，PCBA焊接後往往超過8 h才清洗。而此時清洗效果已不能最有效地清除PCBA上的焊劑，因此NADCAP AC7120規定焊接後需要在8 h內清洗PCBA。如果採用水清洗或半水清洗，需要4 h的烘乾時間，會大大制約生產線的工序節拍，因此可以考慮氣相清洗。

2.3.4 返工返修控制

行業標準中對返工、返修只是有次數限制，而NADCAP AC7120強調的是返工，不允許返修，返修必須徵得客戶意見。

工藝專業性要求主要審核現場執行的有效性，也是AC7120審核的重點，現場審核時會關注每一項規定是否有正確的溯源，過程中的執行是否準確、到位，記錄是否完整，操作人員是否能得到現行有效的指導文件。凡是規定了的要求，就是組織的承諾，過程中必須履行。

3 實踐與思考

經歷了多次的NADCAP現場審核及內部審核後，感到有些管控要求的落實還存在理解上的偏差，執行上的偏離，因此總結幾條經驗分享。

3.1 文件的有效性

編制一份執行文件時，除了自己的試驗、經驗形成要求外，還需要依據標準、關注顧客要求，但有時候行業標準間存在差異及不協調處，此時需要仔細求證，驗證這些差異及不協調，採用國際通用規範、術語、要求，而不能拿來就用。

對於需要操作員填寫的表單，無論是產品卷宗中的隨工單還是因行政需要填寫的表單，都必須有出處，所有的表單必須有表單號及表單的版本號，能溯源到具體文件規定。

3.2 人員的崗位勝任

通常工藝或程序文件規定操作員、檢驗員需取得上崗證，而對人員是否崗位勝任的動態管理要形成有效的制度，需要定期或每年對這些人員進行實地考查和評價，詢問並見證其操作：

a）員工描述自己的崗位是什麼，要求每個員工必須清楚地知道自己從事的崗位及職責；

b）實際操作一遍，要求每個員工的操作完整無誤；

c）員工能否查詢到操作的依據性文件，要求每個員工都清楚地知道依據的有效SOP是什麼，從哪能獲取。

3.3 FAI首件檢驗

在執行首件檢驗文件規定時，要關注每道工序及最終檢驗是否合格，整個過程有無偏離，此外，以下三方面要求需要重點關注：

a）物料的質量證明書，確保對來料質量有追溯性，物料包括外購件、PCB等外協件；

b）零部件的FAI（first article inspection，首件檢測），如PCB、機箱的FAI報告；

c）特殊工藝、特性尺寸檢測，這些需要檢測的特性都需要在圖紙中明確規定，這樣才能從設計、工藝到執行能完整實現，以確保產品的符合性。

3.4 隔離

為了防止非預期使用，現場需要隔離的有：不合格品或有問題的待處理品、過期件、多餘物。通常程序文件規定的比較粗獷，只提出需要標識並隔離的要求，沒有具體的執行步驟。現場執行中需要進一步明確：

a）由誰負責提出隔離要求；

b）隔離品的範圍（在制品、已製品），出廠品是否需要追回；

c）隔離要求發放的部門，以避免遺漏執行步驟；

d）決策者。

3.5 生產線的6s管控

並非需要真正的環境監測系統量測一個數據來表徵生產線環境是否達標，而是通過整體6s塑造良好的作業環境：

a）如何控制環境中的汙染物，最大程度減少FOD（Foreign Object Debris，外來物）；

b）員工進出生產線是否洗手，確保對產品無害，也對自己無害；

c）工作檯面、地面的整潔程度；

d）波峰焊、回流焊設備排煙管道的清潔程度；

e）防靜電袋和箱等容器底部、周邊的清潔程度；

f）冰箱內部、助焊劑筆、化學試劑的清潔程度。

3.6 風險管控

風險無處不在，可能來自誤操作、來自不執行、來自損壞，必須採取有效的防範措施防止風險的發生。SMT生產線上有諸多環節可能存在的風險，需要通過落實設備的本質安全、生產線的自動化改造來減少或化解風險，結合當前的實際就是採用自動智能化手段。

a）生產線溫溼度控制，最優做法是採用24 h精密溫溼度空調控制，一旦超標即刻報警；略次做法是24 h針式畫線實時記錄方式，確保監控不間斷；最差的做法是人為每隔2 h看表巡查的方式，缺少實時監控，一旦超標再採取措施已經對產品產生影響。

b）員工ESD檢測，最優做法是設立門禁系統，用閘門及紅外報警提示禁止未通過檢測的；略次做法是只檢測，沒有報警系統；最差的做法是員工每天進出生產線不檢測。

c）手腕帶的測試，最優做法是在線檢測，只要佩戴手腕，實時監測腕帶阻值，一旦佩戴不良即刻報警提示員工重新佩戴或插拔；略次做法是在進出生產線時測試一次，不能發現佩戴中的問題，導致對產品產生影響；

d）烘箱設定時間控制，最優做法是烘箱可進行時間設定並自帶報警提醒裝置；略次做法是人為設置提醒時間，並在烘箱門上貼封條，提醒他人不要隨意打開烘箱，防止因中途開箱影響被烘物料。

e）貼片、焊接等程序管控，每個編程裝置應有編程員、操作員兩個窗口權限，防止程序被改動；每次調用程序時需要進行確認。

3.7 統計要求

過程處處有統計，統計是為了觀察波動以更好地改善，是為了維持好的工藝、操作、方法。組織要編制統計技術的應用要求，規定統計責任單位、統計範圍、統計頻次、統計後的分析、採取的措施。統計也不只是產品數據才需統計，SMT生產線可以統計的因素有：

a）PCBA焊接質量、PCBA塗層厚度、PCBA清洗後離子濃度等產品質量數據；

b）生產線的產能統計，以確定人力、設備等各類資源的配置；

c）產線質量周報、月報、季報、年報，查看質量目標的實現情況；

d）設備能力統計，如波峰焊設備的熱補償、冷卻、鏈速穩定性等；烙鐵頭的溫度、阻抗等；

e）物料測試值統計，如助焊劑、焊膏黏度、錫鍋雜質。

4 結論

SMT全流程質量管控含義很廣，不應局限於工藝文件、質量程序規定的執行性要求，還涉及與5M1E相關的方方面面，包括人因工程。只要與產品有關，影響產品質量的，都需要納入管控範圍，都要基於過程方法、PDCA循環和風險的思維，進行策劃，形成相應的規範、制度，進行有效的管控。

作者：佘紅英，吳紅

參考文獻：

[1]袁寧 . 微型化異形板的 S M T 組裝工藝設計 [ J] . 電子工藝技術,2016,37(5):283-286.

[2]吳紅 . P C B A 焊點焊接不良的研究 [ J] . 電子工藝技術,2016,37(1):24-27.

[3]Nadcap. Audit Criteria for Circuit Card Assemblies: AC7120—2011[S].Warrendale, PA, USA: Nadcap,2011.

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