Розробка технологічної системи процесу контролю якості

Розробка технологічної системи процесу контроля якості

ЗМІСТ Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів Вступ

1. Аналіз технічного завдання

1.1 Технічна діагностика радіоелектронної апаратури

1.2 Історія розвитку систем контролю якістю

2. Аналіз завдань, які необхідно вирішити при розробці технологічної системи контроля якості

3. Розробка та обгрунтування процесу контролю якості

3.1 Дефекти, які можна виявити при контролі якості

3.2 Обгрунтування процесу контролю якості

3.2.1 Вхідний контроль

3.2.2 Міжопераційний контроль

3.2.3 Вихідний контроль

3.2.4. Технологічні тренування

3.3 Розробка статистичного методу контролю

3.4 Автоматизація процесу контролю якості

3.5 Розробка методики досягнення запланованого рівня якості

4. Вибір і обґрунтування технологічного устаткування

4.1 Транспортно — технологічна схема

4.2 Характеристики обраного устаткування

5. Оцінка надійності технологічної системи

5.1 Оцінка надійності за параметрами продуктивності

5.2 Оцінка надійності за параметрами якості виготовленої продукції

6. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях

6.1 Аналіз умов праці в лабораторії контролю

6.2 Промислова безпека в лабораторії контролю

6.3 Забезпечення виробничої санітарії в умовах виробництва

6.4 Пожежна безпека в лабораторії контролю

6.5 Безпека в надзвичайних ситуаціях

7. Економічна частина

7.1 Опис розробки технологічного процесу

7.2 Опис ринку збуту

7.3 Розрахунок трудомісткості розробки виробу і заробітної плати робітників

7.4 Розрахунок конкурентоспроможності

7.5 Розрахунок точки беззбитковості і показника ризику9

Висновки Перлік посилань Додаток, А — Демонстраційний матеріал

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

ТС — технологічна система;

ТП — технологічний процес;

РЕА — радіоелектронна апаратура;

ЕРЕ — електрорадіоелемент;

ДП — друкована плата;

ІМС — інтегральна мікросхема;

АОІ - автоматична оптична інспекція;

ЕОМ — електронна обчислювальна машина;

РЕМ — радіоелектронний модуль;

ОК — операція контролю;

ТО — технологічна операція;

АСК — автоматизована система контролю.

ВСТУП

У виробництві радіоелектронної апаратури визначальну роль грає якість продукції, що виготовляється. Велика кількість систем контролю радіоелектронних засобів дозволяє забезпечувати високу якість виробів на етапі розробки і виробництва.

Збільшення функціональних можливостей електронних пристроїв, підвищення інтеграції мікросхем, зменшення розмірів провідників і кроку сітки друкованої плати, збільшення кількості електронних елементів і разом з тим жорсткі вимоги до якості продукції, що виготовляється, зробили контроль електронних вузлів досить складним завданням.

При виробництві електронних модулів витрати фірми-виробника на контрольну та діагностичну апаратуру досягають 40−50%. Великий обсяг виготовлених виробів окупає витрати на створення спеціалізованих стендів та діагностичних пристроїв, що забезпечують стовідсотковий контроль електронної техніки.

Підвищення інтеграції електронних вузлів, і, як наслідок, підвищення вимог до достовірності контролю і діагностики несправностей, вимагає наявності універсальною, простої в експлуатації, надійної системи контролю якості та діагностики несправностей радіоелектронних модулів.

Таким чином, існує актуальне завдання створення технологічної системи контролю якості складально-монтажних робіт і діагностики несправностей радіоелектронних модулів адаптованої до умов цеху.

Метою дипломного проекту є аналіз видів та методів контролю та розробка технологічної системи процесу контроля якості радіоелектронних модулів першого рівня розукрупнення в процесі серійного виробництва.

Система технічного контролю на сучасному підприємстві крім об'єктів контролю включає в себе завдання, принципи, види, методи та засоби контролю.

Для вирішення поставленої задачі необхідно вирішити ряд завдань:

— проаналізувати види та методи технічного та діагностичного контролю якості;

— ознайомитись з історією розвитку систем контролю;

— визначити основні дефекти, які виникають в процесі виготовлення електронної апаратури, а токож причини їх виникнення та методи усунення;

— запропонувати систему, яка дозволить мінімізувати можливості виникнення дефектних виробів:

— розробити статистичний метод контролю, який дозволяє отримати уявлення про приховані причини дефектів, а також допомагає виявити причину появи дефекту;

— автоматизувати систему контролю якості;

— розробити методику досягнення запланованого рівня якості;

— розробити транспортно-технологічну схему, та обґрунтувати вибір устаткування;

— провести оцінку надійності технологічної системи за декількома показниками.

1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ У технічному завданні на дипломне проектування поставлена?? задача розробити технологічну систему процесу контроля якості складання радіоелектронних модулів першого рівня розукрупнення (РЕМ-1).

Забезпечення якості продукції - одна з важливих функцій організації виробництва на підприємстві. Для реалізації цієї функції формується система забезпечення якості продукції, що являє собою комплекс організаційних заходів, що мають на меті створення необхідних умов для випуску продукції належної якості.

Система технічного контролю на сучасному підприємстві крім об'єктів контролю включає в себе завдання, принципи, види, методи та засоби контролю.

Завданнями технічного контролю є: попередження, виявлення і усунення всіх відхилень від нормального ходу виробничого процесу; вивчення причин, що впливають на зниження якості продукції, і розробка рекомендацій щодо скорочення браку і поліпшення якості продукції; попередження потрапляння до споживача неякісної продукції; контроль за дотриманням технологічної дисципліни та загальної культури виробництва; сортування придатної і бракованої продукції; облік продукції та заключне оформлення технічної документації про ступінь її готовності.

До числа заходів, покликаних забезпечити необхідну якість виробів, в тому числі і їх надійність, відноситься контроль. Операції контролю здійснюються практично під час усього життєвого циклу, виробництва та експлуатації радіоелектронної апаратури (РЕА). Метою контролю є визначення якісних і кількісних характеристик виробів, оцінка відповідності параметрів об'єкта контролю вимогам конструкторської та технологічної документації. При відхиленні параметрів від норми на величини, що перевищують допуски, виріб визнається некондиційним.

На етапі виробництва здійснюють:

— вхідний контроль комкомплектів і матеріалів;

— контроль технологічних режимів виробництва і міжопераційний контроль;

— заходи щодо виявлення причин некондиційності (браку) виробів, а також випробування РЕА.

Вхідний контроль проводиться лабораторією вхідного контролю. У процесі вхідного контролю перевіряють матеріали, напівфабрикати і комплектуючі вироби, а також документацію на них, шляхом проведення аналізів і випробувань.

Контроль в процесі виробництва здійснює бюро технічного контролю. При контролі проводиться оцінка якості РЕА. Метрологія з виявлення причин некондиційність є одними з найважливіших у відділі технічного контролю. Для проведення цієї роботи залучаються розробники, лабораторії, відділи, цехи. Остаточні випробування РЕА відбувається в лабораторіях типових випробувань. При їх проведенні виявляється вплив кліматичних і механічних навантажень на якість РЕА.

Класифікацію видів технічного контролю (рис. 1.1) можна проводити за цілою низкою ознак: засіб контролю, відношенню до виробничого процессу, ступеня придатності виробів до використання, ступеня охоплення, характеру впливу контролю на хід виробничого процессу, періодичності контролю, ступеня участі людини в процесі контролю.

Необхідно відзначити, що ряд операцій контролю не робить впливу на якість виробу (неруйнівний контроль), інші ж погіршують якість (руйнуючий контроль). Руйнуючий контроль частіше зустрічається при оцінці надійності і міцності.

Рисунок 1.1 — Класифікація видів контролю якості

Розглянемо основні засоби контролю.

Візуальний контроль здійснюється шляхом зовнішнього огляду виробу з метою виявлення поверхневих дефектів і невідповідності виробів кресленням. При проведенні візуального контролю використовують оптичні засоби — лупи, мікроскопи. Вони необхідні для огляду прихованих поверхонь. Важливий також огляд рознімних з'єднань і перевірка відсутності зламів проводів і жил багатожильних кабелів в місцях пайки.

Геометричний контроль проводять за допомогою замірів вимірювальними інструментами розмірів і форм деталей та виробів і порівняння з кресленнями або зразками.

Механічний контроль здійснюється шляхом застосування статистичних або динамічних навантажень з метою перевірки міцності з'єднань і кріплень, а також контролю якості матеріалів, використаних в деталях, що піддаються механічним впливам. Для проведення механічного контролю можуть використовуватися як динамометри, так і центрифуги, вібраційні та ударні стенди.

Електричний контроль складається з вимірів опорів і напруг відповідно до програми контролю, складання діаграм контролю та порівняння їх з нормою. Крім того, здійснюється перевірка електричної міцності та опору ізоляції.

Фізико-хімічний контроль включає дослідження фізичних і хімічних властивостей матеріалів, які використовуються для виготовлення деталей.

По відношенню до виробничого процесу розрізняють поточний (міжопераційний) контроль процесу виробництва і вихідний контроль готових виробів. Міжопераційний контроль використовується в ході технологічного процесу (ТП) після найбільш складних, нестабільних операцій, що дають високий рівень браку. Введеня операційного контролю дозволяє вилучити брак, тим самим усунувши витрати на свідомо некондиційні вироби, виявити причину браку і вжити заходів до їх усунення.

За засобами визначення ступеня придатності виробів до використання контроль можна класифікувати за ознаками контролю.

При контролі за кількісною ознакою з деякою точністю визначається чисельне значення контрольованого параметра. При здійсненні контролю за якісною ознакою використовується таке поняття, як подія. Виріб може потрапити в допуск і бути кондиційним або ж, вийшовши за його межі бути браком.

За ступенем охоплення виробів контролем розрізняється суцільний і вибірковий контроль. Стовідсотковий контроль дозволяє вирішити задачу видалення некондиційних виробів при операційному контролі з подальшого виробництва та забезпечити високу якість готових виробів при вихідному контролі. Вибірковий контроль застосовують у разі стійкості ТП при масовому і багатосерійному виробництві.

За періодичністю контроль буває безперервним, періодичним і інспекціонним. Якщо безперервний і періодичний контроль заздалегідь планується і закликає підтримувати необхідну стабільність ТП, то інспекторський проводиться при збільшенні браку або виявлення порушення в технології виробництва.

За ступенем участі людини в процесі контролю розрізняють ручний, напівавтоматичний і автоматичний.

1.1 Технічна діагностика радіоелектронної апаратури Діагностичний контроль якості призначений для ефективної перевірки справності, працездатності, правильності функціонування технічних об'єктів (деталей, елементів, вузлів, блоків, заготовок, пристроїв, виробів, агрегатів, систем). Діагностування технічного стану об'єктів проводиться при виготовленні та експлуатації, в тому числі під час, до і після застосування за призначенням, при ремонті та зберіганні.

Діагностування здійснюється або людиною безпосередньо (наприклад, зовнішнім оглядом, «на слух»), або за допомогою апаратури. Об'єкт і засоби діагностування в сукупності утворюють систему діагностування. Результатом є висновок про технічний стан об'єкта — технічний діагноз, наприклад: справний, несправний і т.д.

Розрізняють системи тестового та функціонального діагностування. Системи першого виду застосовують при виготовленні об'єкта, під час його ремонту та профілактики і при зберіганні, а також перед застосуванням і після нього, коли необхідна перевірка справності об'єкта або його працездатності і пошук дефектів. У цьому випадку на об'єкт діагностування подаються спеціально організовувані тестові сигнали.

Системи другого виду застосовуються при використанні об'єкта за призначенням, коли необхідна перевірка правильності функціонування і пошук дефектів. При цьому на об'єкт надходять тільки передбачені його алгоритмом функціонування сигнали.

Розробка і створення систем діагностування включають:

— вивчення об'єкта, його можливих дефектів і їх ознак;

— побудова алгоритмів діагностування;

— налагодження і випробування системи.

Алгоритм діагностування передбачає виконання деякої умовної або безумовної послідовності певних експериментів з об'єктом. Експеримент характеризується тестовим або робочим впливом і складом контрольованих ознак, що визначають реакцію об'єкта на вплив. Розрізняють алгоритми перевірки і алгоритми пошуку.

Алгоритми перевірки дозволяють виявити наявність дефектів, що порушують справність об'єкту, його працездатність або правильність функціонування. За результатами експериментів, проведених відповідно до алгоритму пошуку, можна вказати, який дефект або група дефектів (з числа розглянутих) є в об'єкті.

Приклад структурної схеми роботи об'єкту діагностування приведен на (рис. 1.2).

Функціональний аналіз передбачає побудову функціональнологічної схеми об'єкта чи таблиці станів. Основою для побудови функціонально-логічної схеми може бути використана структурна або функціональна схема об'єкта діагностування.

Рисунок 1.2 — Структурна схема об'єкту діагностування На функціонально — логічній схемі (рис. 1.3) кожен зображений елемент може перебувати в двох станах: справному і несправному.

Рисунок 1.3 — Функціонально-логічна схема об'єкту діагностування За функціонально-логічної схемою проводиться побудова алгоритму (дерева перевірок) діагностування (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 — Дерево перевірок Засоби діагностування є носіями алгоритмів діагностування, зберігають можливі реакції об'єкта на впливи, виробляють і подають на об'єкт тестові впливи, «зчитують» фактичні реакції об'єкта і складають діагноз, порівнюючи фактичні реакції з можливими. Їх поділяють на:

— апаратурні;

— програмні;

— програмно-апаратурні.

Засоби двох останніх категорій застосовують для діагностування технічного стану електронних обчислювальних машин (ЕОМ), що працюють по змінній програмі. Апаратурні засоби бувають зовнішні (по відношенню до об'єкта) і вбудовані. Перші застосовуються в основному в системах тестового, другі - функціонального діагностування.

Зовнішні апаратурні засоби можуть бути автоматичними, автоматизованими або з ручним керуванням, універсальними або спеціалізованими.

1.2 Історія розвитку систем контролю якістю В історії розвитку систем якості можна виділити п’ять етапів.

Перший етап відповідає початковим завданням системного підходу до контролю, коли з’явилася перша система — система Тейлора (1905 г). Організаційно вона передбачала встановлення технічних і виробничих норм фахівцями та інженерами, а робітники лише зобов’язані їх виконувати. Ця система встановлювала вимоги до якості виробів у вигляді полів допусків і вводила певні шаблони, налаштовані на верхню і нижню границі допусків — прохідні і непрохідні калібри. Для забезпечення успішного функціонування системи Тейлора були введені перші професіонали в області якості - інспектори (технічні контролери). Система мотивації передбачала штрафи за дефекти і брак, а також звільнення. Система навчання зводилася до професійного навчання і навчання працювати з вимірювальним і контрольним устаткуванням.

Другий етап. Система Тейлора дала чудовий механізм управління якістю кожного конкретного виробу (деталь, складальна одиниця). Однак продукція — це результат здійснення виробничих процесів, і незабаром стало ясно, що керувати треба процесами.

У 1924 р. у «Bell Telephone Laboratories» (нині корпорація AT & T) була створена група під керівництвом Р. Л. Джонса, що заклала основи статистичного управління контролю якістю. Це були розробки контрольних карт, виконані В. Шухартом, перші таблиці вибіркового контролю якості, розроблені Г. Доджем, стали початком статистичних методів, які надалі отримали дуже широке поширення і надали істотний вплив на економічну революцію.

Третій етап. У 1950;і була висунута концепція тотального (загального) контролю якості - TQC (Total Quality Control). Її автором став американський вчений А. Фейгенбаум. До головних завдань TQC відносяться прогнозоване усунення потенційних невідповідностей у продукції на стадії конструкторської розробки, перевірка якості продукції, що поставляється, комплектуючих та матеріалів, а також управління виробництвом, розвиток служби сервісного обслуговування і нагляд за дотриманням відповідності заданим вимогам до якості. Фейгенбаум закликав звернути увагу на питання вивчення причин невідповідностей і першим вказав на значення системи обліку витрат на якість.

Оскільки на якість впливає безліч факторів, то ідея цього підходу полягає у виділенні основних з них. Крім того, потрібно також враховувати взаємозв'язок факторів, щоб впливаючи на один з них, передбачати реакцію інших. Для забезпечення комплексності контролю та управління якістю необхідно враховувати всі етапи виробництва, чіткий взаємозв'язок підрозділів, що беруть участь у вирішенні проблем якості.

Впровадження і розвиток концепції TQC у різних країнах світу здійснювалося нерівномірно. Явним лідером стала Японія, хоча всі основні ідеї TQC були розроблені в США і в країнах Європи. У результаті американцям і європейцям довелося вчитися у японців, однак це навчання супроводжувалося і нововведеннями. Слід зауважити, що етап розвитку системного, комплексного управління якістю не пройшов повз Радянського Союзу — було розроблено багато вітчизняних систем. Серед них: Саратовська система бездефектного виготовлення продукції (БВП), Ярославська наукова організація робіт по збільшенню моторесурсу (НОРМ), створена в Ярославському об'єднанні «Автодизель», Рибінська наукова організація праці, виробництва і управління (НОТПУ), розроблена на Рибінському моторобудівному заводі, Горьковская система «якість, надійність, ресурс з перших виробів» (КАНАРСПІ).

В основу системи БВП було покладено самоконтроль праці безпосередньо виконавцем. Виконавець ніс відповідальність за якість виготовленої продукції. Система НОРМ передбачала планомірний, систематичний контроль виробів і циклічне його збільшення на основі підвищення надійності і довговічності всіх вузлів і деталей, що визначають планований ресурс. Одна з кращих — система КАНАРСПІ, свідомо випередила свій час. Система впровадила комплекс інженерно-технічних і організаційних заходів, що забезпечують випуск продукції високої якості і надійності з перших промислових зразків.

Четвертий етап. У 80-і роки почався перехід від тотального контролю якісті (TQC) до тотального менеджменту якості (TQM). У цей час з’явилася серія нових міжнародних стандартів на системи якості - стандарти ІSО 9000 (1987р.), що зробили дуже істотний вплив на менеджмент та забезпечення якості. У 1994 р. вийшла нова версія цих стандартів, яка розширила в основному стандарт МС 9004, більшу увагу приділивши питанням забезпечення якості програмних продуктів, оброблюваним матеріалам, послугам.

Специфіка тотального управління якістю полягає в тому, що якщо раніше на підприємствах приймалися компромісні рішення по таких параметрах, як обсяг продукції, що випускається, терміни поставки, витрати і якість, то тепер на перший план висувається якість продукції, і вся робота підприємства підпорядковується цієї мети. Таким чином, управління всіма сферами діяльності підприємства організовується виходячи з інтересів якості.

П’ятий етап. У 90-і роки посилився вплив суспільства на підприємства, а підприємства стали усе більше враховувати інтереси суспільства. Це привело до появи стандартів серії ІСО 14 000, що встановлюють вимоги до систем менеджменту з точки зору захисту навколишнього середовища і безпеки продукції.

Впровадження стандартів ІСО 14 000 і QS 9000 — головне досягнення п’ятого етапу розвитку систем контролю якості.

2. АНАЛІЗ ЗАВДАНЬ, ЯКІ НЕОБХІДНО ВИРІШИТИ ПРИ РОЗРОБЦІ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СИСТЕМИ КОНТРОЛЯ ЯКОСТІ

Ознайомившись з історією розвитку систем контролю якісті, визначивши основні вимоги, які висуваються до систем контролю та проаналізувавши види й методи технічного та діагностичного контролю якості можно зробити висновок, що для забезпечення високої якості продукції являється пріоритетнім питанням на підприємствах приладобудування.

Для розробки технологічної системи (ТС) процесу контролю якості монтажно-складальних робіт необхідно вирішити наступні питання:

— визначити основні види дефектів, які можуть виникати при складально-монтажних роботах, причини їх виникнення та методі усунення;

— обґрунтувати процес контролю якості складально-монтажних робіт;

— автоматизувати систему контролю якості;

— розробити методику досягнення запланованого рівня якості

— виконати вибір і обгрунтування технологічного устаткування;

— розрахувати показники надійності технологічної системи.

3. РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЦЕСУ КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ

3.1 Дефекти, які можна виявити при контролі якості

Дефекти друкованих плат (ДП), які можуть бути виявлені при вхідному контролі, наведені в (табл. 3.1).

Таблица 3.1 — Дефекты друкованих плат

Деформація друкованих плат є одним з найбільш поширених дефектів базових матеріалів. Деформації можуть виникнути з таких причин:

— невідповідність вихідних матеріалів вимогам виробників друкованих плат. Наприклад, для склотекстолітів велике значення має перпендикулярність і рівномірність плетіння волокон склотканини. Якщо скловолокна не перпендикулярні і розташовані нерівномірно, це може привести до деформації матеріалу при його нагріванні і, як наслідок, до деформації готової друкованої плати;

— на етапі виробництва ДП. Наприклад, через вплив високих температур і вологості можуть виникнути такі види деформацій як вигин і скручування;

— помилки при проектуванні ДП.

Існує безліч способів, що попереджують і зменшують деформації на різних етапах технологічного процесу виробництва друкованих плат.

Баланс міді. Цей метод передбачає заповнення вільних від міді областей на ДП мідною фольгою. Правильний і збалансований друкований рисунок вирівнює поверхню плати.

Імерсіонні покриття. Для друкованих плат, фінішна товщина яких 0,8 мм і менше, доцільніше використовувати імерсіонні покриття (наприклад, покриття ENIG — Electroless Nickel / Immersion Gold — імерсійне золото по підшаровому нікелю або IS — Immersion Silver — імерсійне срібло).

Рекомендується використовувати симетричну структуру для багатошарових друкованих плат. Застосування несиметричної структури веде до неприпустимо великих деформацій плат.

При механічній обробці ДП свердлінням або різанням можуть виникати такі дефекти як: заусениці, вибоїни, відшарування, вибоїни і т.д. Види і причини виникнення дефектів наведено в (табл. 3.2).

Таблиця 3.2 — Основні дефекти механічної обробки

Глибокі і чисті канавки свердла в поєднанні з гострими ріжучими кромками — необхідна умова якісного свердління ДП. Свердління заготовок необхідно проводити з підкладкою з гетинаксу товщиною 0,8−1,5 мм. Можна як підкладку використовувати останню заготовку, а потім використовуючи її першою в наступному пакеті заготовок. При свердлінні шарів багатошарових плат рекомендується застосовувати підкладки з обох сторін.

Верстати повинні відповідати таким вимогам: частота обертання шпинделя повинна бути не менше 10 000 об / хв, подача шпинделя — не більше 0,1 мм / об, відхилення від перпендикулярності осі шпинделя до базової поверхні - менше 0,1 мм, биття свердла — менше 0,02 мм, посилення притиску навколо оброблюваного отвору 1,5−2,0 МПа, точність переміщення по координатах не більше ± 0,05 мм, швидкість руху повітря в патрубку відсмоктуючого пристрою — не менше 25 м / с.

Часто зустрічаються ситуації незадовільної паяемості ДП. Причини незадовільної паяемости можуть бути різними, включаючи неправильне зберігання та поводження з друкованими платами. Термін зберігання друкованих плат насамперед обмежений умовами зберігання і, звичайно, залежить від матеріалу фінішного покриття.

Розшарування структури виникає при використанні склеюючих прокладок з простроченим терміном придатності або низьким вмістом смоли, при неякісній підготовці шарів перед пресуванням, при порушенні режимів пресування або механічній обробці контура.

Вихід отворів за межі контактних майданчиків спостерігається через недостатню точность устаткування і технологічної оснастки, зміщення шарів при пресуванні, деформації діелектричних підстав і неправильного базування ДП при виконанні отворів.

Здуття відбувається, якщо між шарами залишилися повітря або волога. При пресуванні повний тиск прикладається раніше початку желатинізації клею.

Викривлення плат викликається незбалансованістю конструкції ДП, неоднорідністю склеючого матеріалу, зняттям заготовок з преса до повного охолодження.

Короткі замикання між елементами друкованого монтажу можуть бути викликані неякісним травленням, зміщенням слоїв при пресуванні, малими відстанями між елементами друкованого монтажу, попаданням сторонніх металевих включення між шарами при збірці. Розрив провідників обумовлюється наявністю глибоких подряпин на поверхні вихідного матеріалу, винекненням внутрішніх напружень при пресуванні, неякісною підготовкою поверхні отворів перед металізацією.

Одним з найбільш вагомих козирів у конкурентній боротьбі на сучасному ринку електроніки є ефективний дизайн виробів, що припускає максимально можливе використання автоматизованих складальних операцій при їх монтажі. Застосування технології групової пайки хвилею є, мабуть, найефективнішим способом монтажу друкованих вузлів. Далі будуть розглянуті основні дефекти, що виникають при пайці хвилею припою, а також причини їх виникнення та методи запобігання.

При виготовленні паяних виробів (конструкцій) утворюються дефекти пайки, які можна розділити на три групи:

— дефекти заготовок і складання виробу під пайку;

— дефекти паяних швів;

— дефекти готового паяного виробу.

Для забезпечення якості паяної конструкції в першу чергу необхідно забезпечити якість виготовлення заготовок і складання під пайку. При складанні звертають увагу на встановлення необхідних зазорів і надійне закріплення з'єднувальних елементів виробу[7].

Дефекти пайки хвилею припою приведено в табл.3.4 — 3.11.

Таблиця 3.4 — Дефекти пайки хвилею припою. Бурульки і прапорці

Причини виникнення бурульок і прапорців припою:

— неправильний підбір і застосування матеріалів:

а) недостатнє флюсування виводів компонентів. У цьому випадку на ДП крім прапорців припою утворюється павутина припою;

— неправильне налаштування устаткування:

б) неправильне налаштування ламінарної хвилі. Верхній шар припою в «мертвій зоні» рухається в напрямку, протилежному напрямку руху друкованої плати;

в) неправильно відрегульований кут нахилу конвеєра. Погане стікання припою з плати;

— особливості монтажу компонентів:

а) якщо бурульки припою розташовані на торцях виводів компонентів, причина виникнення дефектів може бути пов’язана з поганою паяємістю виводів, обрізкою і подальшим їх окисленням;

— неправильне налаштування параметрів технологічного процесу:

а) тривалий час контакту плати з хвилею припою.

Методи запобігання:

— поліпшити флюсування;

— відрегулювати швидкість конвеєра. Необхідно, щоб швидкість течії припою дорівнювала швидкості руху плати;

— відрегулювати кут нахилу конвеєра. Оптимальний кут нахилу конвеєра становить 7 °;

— використовувати пайку в інертному середовищі. Наприклад, в середовищі азоту. Пайка в азотному середовищі дозволяє домогтися зниження загального рівня дефектів на 55−60%;

— використовувати каніфольні флюси з більш високим вмістом твердих речовин оскільки вони забезпечують покращене змочування виводів компонентів і стікання припою без утворення перемичок і бурульок;

— не допускати окислення торців висновків компонентів.

Таблиця 3.5 — Дефекти пайки хвилею припою. Перемички припою між сусідніми виводами компонентів, що монтується в отвори

Можливі причини:

— неправильне налаштування параметрів технологічного процесу:

а) недостатнє флюсування висновків компонентів;

б) занадто великий час контакту з хвилею припою;

— неправильний підбір і застосування матеріалів:

а) зміна хімічного складу припою. Перевищення гранично допустимої концентрації домішок.

Методи запобігання:

— поліпшити флюсування;

— перевірити і відрегулювати параметри технологічного процесу;

— використовувати флюси з більш високим вмістом твердих речовин;

— виключити вплив домішок, які збільшують поверхневий натяг припою.

Таблиця 3.6 — Дефекти пайки хвилею припою. Кульки і бризки припою

Можливі причини:

— надмірна кількість флюсу на платі;

— низька температура попереднього нагріву. Не повністю вилучений розчинник на етапі попереднього нагріву призводить до кипіння флюсу в процесі пайки і розбризкування кульок припою;

— неправильна фіксація друкованої плати в конвеєрі або палеті;

— висока швидкість конвеєра. В результаті не повністю видаляється розчинник на етапі попереднього нагріву або ламінарна хвиля не встигає прибирати кульки припою, що утворюються при проході через хвилю;

— порушення покриття паяльної маски на провідниках. Якщо провідники мають покриття Sn / Pb або Sn, то в процесі пайки вони розплавляються, припой розриває паяльну маску і кульки припою прилипають (припаюються) до провідника;

— бризки припою можуть з’являтися через утворення великої кількості шламу;

— найбільш поширений випадок утворення павутини і бризок припою пов’язаний з його високою в’язкістю через забруднення сторонніми домішками. Високий вміст у припої домішок: Al, Cd, Zn, Au, Cu та ін Методи запобігання:

— налаштувати режим флюсування по скляній платі. Ширина змочування скляної плати флюсом повинна становити близько 1 см. Використовувати повітряний ніж для видалення надлишку флюсу, флюс не повинен капати з друкованої плати;

— відрегулювати температуру попереднього нагріву. Якщо для флюсів на спиртовій основі температура попереднього нагріву в діапазоні від 90 до 120 °C є оптимальною, то для флюсів на водній основі температура попереднього нагріву повинна бути збільшена до 130−140 ° С;

— відрегулювати швидкість конвеєра. Залежно від типу машини швидкість конвеєра регулюється в межах 80−140 см / хв;

— замінити флюс на більш активний. Провести заміну флюсу на свіжий в разі його забруднення;

— утворення шламу вимагає регулярного технічного обслуговування установки пайки хвилею припою. Очищення ванни припою від шламу здійснюється не рідше 4−5 разів протягом робочої зміни.

Таблиця 3.7 — Дефекти пайки хвилею припою. Підняття компонентів і контактних майданчиків

Підняття компонентів і контактних майданчиків у процесі пайки хвилею може виникати з різних причин:

— підготовка і установка компонентів:

а) неправильна довжина виводів. Виводи зачіпають край хвилеутворювача, компонент підводиться;

б) неправильна фіксація вивода компонента;

— процес пайки:

а) неправильне налаштування турбулентної хвилі може істотно впливати на підйом легких компонентів;

б) занадто великий кут нахилу конвеєра;

в) вібрація конвеєра;

— матеріали і компоненти:

а) деформація друкованої плати в процесі пайки;

б) виводи компонентів мають різну паяемість, виводи з поганою паяемостю «виштовхуються» розплавленим припоєм;

— дефект підняття контактного майданчику виник відразу після закінчення процесу пайки хвилею припою внаслідок неакуратного поводження з друкованим вузлом. У результаті теплового впливу в процесі пайки адгезія мідної фольги до основи базового матеріалу істотно знижується, тому витяг гарячого друкованого вузла з конвеєра або палета може стати причиною пошкодження і відшарування контактних майданчиків.

— застосування безсвинцевої технології пайки хвилею припою також може сприяти збільшенню кількості таких дефектів, як підняття контактних майданчиків.

— в процесі охолодження відбувається усадка (стиснення) припою, що може призвести до відшарування і підняття галтелі припою від контактного майданчику або контактних майданчиків від базового матеріалу друкованої плати.

Методи запобігання:

— зменшити довжину воводів компонентів, максимальна довжина виводу компонента, яка виступає з монтажного отвору зі сторони пайки не повинна перевищувати 2,5 мм;

— забезпечити акуратне поводження з друкованою платою, що виключає зсув компонентів;

— зменшити кут нахилу конвеєра (оптимальний кут нахилу конвеєра повинен становити 7°);

— забезпечити охолодження друкованих вузлів до початку наступної технологічної операції.

— відрегулювати швидкість конвеєра. Залежно від типу машини швидкість конвеєра регулюється в межах 80−140 см / хв.

Таблиця 3.8 — Дефекти пайки хвилею припою. Незадовільна паяємість і відшарування паяльної маски

Можливі причини виникнення дефекту:

— тривале зберігання компонентів. При контролі паяемості не менше 95% поверхні контакту повинно бути змочено припоєм;

— висновки компонентів/друкованих плат мають надмірно тонке захисне покриття. Мінімальна товщина захисного покриття повинна бути не менше 5 мкм;

— зниження вмісту твердих речовин у флюсі (у цьому випадку незадовільна паяємість буде спостерігатися на виводах компонентів і на друкованих платах одночасно;

— відшарування паяльної маски, як правило, відбувається в результаті неправильної технології виготовлення друкованих плат, коли паяльна маска наноситься на провідники, покриті сплавом олово-свинець (або олово при безсвинцевій технології). В процесі пайки припой під паяльною маскою розплавляється і починає переміщуватися, при цьому на вузьких провідниках відбувається вздуття, а на широких провідниках маска відшаровується і проривається.

Методи запобігання:

— зберігання компонентів і друкованих плат повинно здійснюватися в шафах сухого зберігання;

— для підтримки постійного рівня твердих частинок у флюсі, 2 — 3 рази в день необхідно проводити вимірювання щільності і коректування складу флюсу;

— не рекомендується наносити паяльну маску на покриття олово-свинець при використанні пайки хвилею. Паяльна маска повинна наноситися на голу мідь.

Таблиця 3.9 — Дефекти пайки хвилею припою. Тріщини і раковини в паяному з'єднанні

Причини виникнення дефектів:

— тріщини і повне механічне руйнування паяного з'єднання може бути викликане термоциклюванням, не акуратним поводженням з друкованим вузлом або іншими механічними впливами;

— тріщини в паяному з'єднанні в місці контакту з виводом компонента також можуть виникати через помилки конструкції, наприклад, дуже великий діаметр монтажного отвору в порівнянні з діаметром виводу компонента;

— виникнення раковин може відбуватися при виділенні газів з плати під час пайки, волога в платі виходить через порожнечі в металізації;

— відсутність галтелі припою з боку установки компонентів виникає у разі неправильної установки/фіксації компонента при монтажі.

Методи запобігання:

— для монтажу компонентів в отвори рекомендується використовувати двосторонні друковані плати з наскрізними металізованими отворами;

— провести випробування на паяємість виводів компонентів і друкованих плат;

— при монтажі компонента відстань від основи друкованої плати до корпусу/ізолюючого покриття компонента повинно бути не менше 1,5 мм, а відстань від галтелі припою до корпуса/ізолюючого покриття компонента повинна становити не менше 0,4 мм.

Таблиця 3.10 — Дефекти пайки хвилею припою. Втрата компонентів в процесі пайки

Можливі причини:

— дефекти друкованих плат. Низька адгезія паяльної маски до матеріалу діелектрика. Компоненти можуть бути змиті в процесі пайки хвилею припою разом зі шматочком паяльної маски;

— якість матеріалів і технологічні режими:

а) низька адгезія клею до корпусу компонента;

б) клей не затвердів.

Методи запобігання:

— відкоригувати технологію нанесення паяльної маски (попереднє очищення поверхні друкованих плат перед нанесенням паяльної маски);

— не рекомендується використовувати компоненти в скляних корпусах (SOD 80) при пайці хвилею припою. Використовувати тільки рекомендовані типи клеїв.

Таблиця 3.11 — Дефекти пайки хвилею припою. Надмірна або недостатня кількість припою на паяних з'єднаннях

Можливі причини:

— помилки конструкції та технологічні помилки:

а) неправильне розташування компонентів на платі.

б) тіньовий ефект: розташований на близькій відстані високий корпус загороджує менший компонент;

— некоректне налаштування устаткування:

а) неправильне налаштування ламінарної хвилі;

б) ванна з припоєм не паралельна конвеєру.

Методи запобігання:

— невеликі компоненти повинні розташовуватися перпендикулярно напрямку руху хвилі припою;

— збільшити відстань між маленьким компонентом і великогабаритним корпусом;

— забезпечити паралельність ванни припою і конвеєра.

діагностика контроль якість радіоелектронний апаратура

3.2 Обгрунтування процесу контролю якості

Проаналізувавши можливі дефекти, а також причини їх виникнення та методи усунення пропонується система контролю якості складальномонтажних робіт (рис. 3.1), яка дозволяє мінімізувати утворення дефектної продукції.

На всіх стадіях складально — монтажних операцій виконуються операції контролю: вхідний контроль, міжопераційний контроль, вихідний контроль.

За ступенем охоплення більшість операцій відносяться до суцільного контролю, тобто перевірці піддаються всі вироби. Виявлені дефекти фіксуються в супровідній документації для подальшого усунення, для статистичного обліку та з метою виявлення та усунення причин їх появи.

При виявлені дефектів на будь — якому етапі складання та монтажу виріб визнається дефектним (бракованим) та повертається для виявлення та подальшого усунення причини винекнення дефекту.

Комплектуючі, ДП, компоненти Пайка Повернення браку Монтаж блоків Повернення браку Готові вироби Рисунок 3.1 — Система контролю якості складально-монтажних робіт Серед стандартних процесів підготовки складально — монтажного виробництва одне з найважливіших місць займає вхідний контроль комплектуючих, друкованих плат і компонентів, міжміжопераційний контроль установки деталей, пайки і вихідний контроль готової продукції після закінчення всіх технологічних операцій.

Далі буде представлений огляд методів контролю, сфера їх застосування, вимоги до процедур.

3.2.1 Вхідний контроль При вхідному контролі всі комплектуючі піддаються перевірці, умови проведення яких встановлюється для кожного типу виробів в залежності від реального властивості цього виробу.

Тихнічний маршрут вхідного контролю складається на основі наступних видів випробувань:

— перевірка зовнішнього вигляду;

— вибірковий контроль габаритних, приєднувальних розмірів;

— перевірка технологічних властивостей (пайка);

— проведення електротермотренувань при робочій температурі середовища;

— перевірка динамічних параметрів при нормальних кліматичних умовах;

— функціональний контроль при нормальних кліматичних умовах і підвищеній робочій температурі середовища.

Вхідний контроль друкованих плат — вигин і скручування. Проведення випробування на деформацію ДП проводиться в наступній послідовності:

— зразок друкованої плати помістити на плоску поверхню, і натиснути на зразок для його випрямлення, виміряти довжину і ширину;

— помістити зразок друкованої плати на плоску поверхню випуклою стороною вгору;

— придавити кожен край з обох сторін для повного контакту з поверхнею.

— провести вимірювання зазору по центру між плоскою поверхнею і нижньою стороною зразка друкованої плати за допомогою мікрометра по довжині та ширині;

— порівняти отримані результати з даними стандартів.

Вхідний контроль друкованих плат — тести на паяємість. Метод Е — моделювання процесу поверхневого монтажу із застосуванням олов’яносвинцевого припою. Даний метод контролю імітує реальні умови для пайки друкованих плат методом хвилі припою.

Процедура контролю наступна:

— нанести паяльну пасту через трафарет на тестовий зразок друкованої плати;

— провести розплавлення паяльної пасти в печі при рекомендованих режимах;

— після завершення процесу пайки провести очищення поверхні друкованої плати від залишків флюсу з допомогою промивної рідини.

Критерієм оцінки є: мінімум 95% поверхні кожної контактної площадки повинно мати рівномірне покриття припоєм. Решта поверхні може мати незначні області не змочені припоєм, або проколи за умови, що дані дефекти не сконцентровані в одному місці.

Вхідний контроль ЕРЕ. При вхідному контролі всі комплектуючі піддаються як візуальній, так і електричній перевірці.

Процедура контролю наступна:

— за допомогою лупи або мікроскопа провести візуальну перевірку на наявність на елементі чітко видимої написи (тип, номінал, допуск, клеймо і т.д.), а також на відсутність подряпин, відколів, тріщин, вм’ятин і корозії;

— провести електричну перевірку відповідності електричних параметрів елементів даним, зазначеним у технічних умовах і стандартах.

Дуже важливо на етапі вхідного контролю оцінити працездатність інтегральних мікросхем (ІМС). На сьогоднішній день асортимент мікросхем ТТЛ (транзисторно-транзисторна логіка) і КМОП-логіки (комплементарна логіка на транзисторах метал — оксид — напівпровідник) настільки великий, що самим доступним рішенням при контролі ІМС є універсальний пристрій, що дозволяє проводити перевірку великої кількості елементів.

Метод аналого — сигнатурного аналізу, який іноді називають VI (напруга — струм), полягає в тому, що прилад виводить на екран ПК вольтамперную характеристику (сигнатуру) аналізованої ланки, який порівнюється з еталонною. Еталонна сигнатура може бути отримана від компонента з електронної бібліотеки компонентів, або з альбому еталонних сигнатур, що поставляється з приладом. Відмінність сигнатур говорить про несправності. Порівняння сигнатур виконується автоматично, тобто прилад повідомляє результат порівняння (придатний/не придатний). Поріг відмінності (допуск) сигнатур задається оператором, що дозволяє встановлювати будь — яку глибину порівняння.

3.2.2 Міжопераційний контроль Для підвищення якості виробів на різних етапах складальномонтажних операцій застосовується міжопераційний контроль (МОК). Він реалізується в ході чотирьох основних етапів технологічного процесу складання РЕМ-1: нанесення припойні пасти, позиціонування компонентів, якості відмивання та перевірки після пайки.

В складальних лініях контроль здійснюють автоматичні установки, які дозволяє контролювати:

Автоматична оптична інспекція (АОІ) дозволяє контролювати:

— нанесення припойні пасти (недостатнє, надмірне, неточне позиціонування трафарету);

— якість позиціонування компонентів (відсутність/наявність компонента, точність позиціонування, включаючи розворот по горизонталі і вертикалі, невідповідність полярності або номера виводу, дефект виведення, наявність сторонніх предметів);

— якість паяного з'єднання (коротке замикання, непропай, незмочуваність, надлишок або недолік припою).

Основою АОІ є формування зображень об'єктів і аналіз характерних особливостей їх елементів. Двомірне зображення об'єкта формується оптичними матрицями. Типовими параметрами установки є: стандартне поле зору (близько 30×50 мм) і поле високочіткого зору (близько 6×8 мм), швидкість сканування (до 18ч36 /сек) і кількість одночасно оброблюваних зображень (як правило, більш 70). Більшість АОІ добре виявляють дефекти розташування компонентів і з меншим успіхом розрізняють дефекти нанесення припойні пасти або якість пайки. Оптичні системи на основі лазерів можуть формувати 3 — х мірне зображення об'єктів. Вони застосовуються і для двовимірного аналізу збірок, особливо в тих випадках, коли елементи мають малу висоту або невелике розходження по контрасту (отвори, точки).

Контроль якості відмивання від хімікатів заснований на зростанні електропровідності деіонізованої води при введенні в неї іонних домішок. Виріб (наприклад, друковану плату) витримують в камері вологості (98%), після чого вимірюють опір витоку по поверхні плати, який має становити 100 кОм — 10 мОм. Більш низький опір означає недостатнє відмивання.

Про якість відмивання залишків флюсу можна судити по зміні електропровідності дистильованої води, що знаходиться в ємності, в яку занурено контрольований виріб. Цей спосіб забезпечує високу чутливість і об'єктивність показань.