Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 22 января
 
 

Это интересно!

Ранее

Аппаратное обеспечение системы onTAP фирмы Flynn Systems

В двенадцатой статье цикла «Основы технологии граничного сканирования и тестопригодного проектирования» предлагается обзор аппаратных средств системы onTAP фирмы Flynn Systems, предназначенных для сопряжения с JTAG-тестируемыми ПП и узлами.

Построение успешной стратегии тестирования

В статье проводится обзор существующих на сегодняшний день методов структурного и функционального тестирования плат, и излагаются методы построения надежной тестовой стратегии предприятия на их основе. Рассматривается мировой опыт и история тестирования. Автор освещает преимущества и недостатки каждого из подходов к тестированию и ремонту собранных печатных плат и формулирует общие решения в построении тестовой стратегии, которые помогут сократить инвестиции, трудозатраты, и сроки выпуска готовой работоспособной продукции.

Миниатюрнее, быстрее, качественнее. Часть 2

В первой части статьи, опубликованной в «Производстве электроники» №2, 2009, были рассмотрены общие качест­венные показатели систем автоматической оптической инспекции (AOI) компании Mirtec. В заключительной части статьи можно познакомиться с параметрами и преимуществами конкретных установок.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

11 июля

Методика достижения запланированного качества и надежности

Запланированный уровень качества и надёжности выпускаемой продукции является величиной расчётной и определяется максимально допустимой стоимостью ремонтов, которые предполагается провести в гарантийный период в зависимости от требований потребителя, условий эксплуатации выпускаемой продукции и собственно стратегии их проведения.



Е

сли потребитель при заключении договора на поставку 10 тыс. приборов требует, чтобы гарантийный срок составлял 10 лет, при этом география использования распространяется на всю территорию России, а ремонт предполагается проводить силами предприятия-изготовителя, то нетрудно подсчитать, что при уровне отказов в 1%, необходимо будет совершить 100 выездов для проведения гарантийных ремонтов.
Затраты на проведение гарантийных ремонтов планируются, как правило, на уровне 2—4% от отпускной цены. Если прибор стоит 100 тыс. руб., то на проведение ремонтов всей партии может быть запланирована сумма в 3 млн. руб. Это значит, что в среднем на одну командировку может быть затрачено 30 тыс. руб. Если названные приборы будут эксплуатироваться преимущественно в Западной Сибири и на Дальнем Востоке, то запланированных средств будет явно недостаточно. Если приборы стоят 10 тыс. руб., а в партии — 100 тыс. шт., ситуация резко усугубляется, т.к. планируемые затраты на проведение гарантийных ремонтов возрастут десятикратно и могут превысить запланированный уровень прибыли. Повышение отпускной цены для компенсации этих затрат будет снижать конкурентоспособность выпускаемой продукции и может стать препятствием для заключения выгодного контракта. С учетом всего вышесказанного, становится понятным наиболее часто встречающееся значение планируемого уровня дефектности: 0,1% или 1000 ppm.
Используя данные приведенных примеров, попробуем рассчитать максимальные затраты на ремонт в процессе производства. Если в структуре цены прибора (100 тыс. руб.) прибыль составляет 20%, то себестоимость равна 80 тыс. руб. В структуре себестоимости компоненты, комплектующие и материалы составляют 70% (характерная величина при производстве электронных приборов), а работы — 30% (24 тыс. руб.). Допустим, прибор имеет одноплатную конструкцию с 1000 компонентов и 3000 паяных соединений. При использовании первоклассного сборочного оборудования максимально достижимый уровень дефектности составляет 100 ppm в середине большой партии. В этом случае в партии 10 тыс. шт. печатных узлов мы получим:
3 000 ·10 000 ·100/1 000 000 = 3 000 потенциально дефектных паяных соединений.
Первоклассные поставщики и производители электронных компонентов гарантируют уровень дефектности 10 ppm. Это означает, что в партии 10 тыс. шт. мы получим:
1 000 ·10 000 ·10/1 000 000 = 100 потенциально дефектных компонентов, т.е. 31% спаянных печатных узлов будут иметь потенциальные дефекты.
Время диагностики и локализации дефекта на электронном модуле, имеющем 1 000 компонентов, составляет в среднем не менее 4 ч. При средней стоимости нормочаса для высококвалифицированного специалиста 25 долл. США (с учётом накладных расходов), затраты на ремонт при выпуске партии приборов без средств автоматической диагностики и локализации дефектов составят:
3 100 ·4 ·25 = 310 000 долл. США или около 10 млн руб.
Средние минимальные затраты на ремонт одного прибора составят: 10 000 000/10 000 = 1 000 руб. Более то­го, расчёты справедливы, если все печатные узлы будут обработаны в одной партии, т.к. в начале и конце партии уровень дефектности, как правило, в несколько раз выше (в начале партии необходимо устранить последствия ошибок операторов и использования несоответствующих компонентов и комплектующих, а в конце — последствия нехватки компонентов). Кроме того, даже самому квалифицированному наладчику/регулировщику и самому добросовестному контролёру не под силу в полном объёме проверить выпускаемую продукцию на соответствие её конструкторской и нормативной документации. Как результат — дополнительные затраты на ремонт приборов, отказавших в процессе приёмо-сдаточных испытаний и у потребителя в гарантийный период.
Приведенные выше примеры наглядно подтверждают известный постулат: «стоимость устранения дефекта тем ниже, чем ближе к месту его потенциального возникновения он обнаружен», а это означает, что необходимо добиваться выпуска качественной и надёжной продукции на заводе-изготовителе.
Вопрос второй: какая технология обеспечивает достижение запланированных уровней качества и надёжности, и какие затраты для этого нужны? Итак, мы определили цель: разработать и внедрить технологию, обеспечивающую запланированные (расчётные) уровни качества и надёжности выпускаемой продукции при минимальных (оптимальных) затратах.
Рассмотрим пример: на предприя­тии внедрён типовой технологический процесс сборки печатных узлов (см. рис. 1).

 

 

Рис. 1. Технологический процесс сборки печатных узлов без систем контроля и инспекции

Алгоритм достижения запланированного уровня качества выпускаемой продукции (см. рис. 2) предполагает следующую последовательность действий:
– сбор статистических данных о дефектах;
– классификация выявленных дефектов;
– выявление наиболее значимых типов дефектов;
– внедрение наиболее эффективных средств диагностики и локализации дефектов для снижения стоимости ремонтов;
– анализ эффективности проводимых преобразований;
– разработка и внедрение корректирующих и предупреждающих воздействий.

 

 

Рис. 2. Алгоритм достижения запланированного уровня качества выпускаемой продукции


Сбор, классификация и анализ статистических данных по обнаруженным в ходе операции выходного функционального контроля дефектам (столбец «До начала внедрения систем инспекции и контроля» в таб­лице 1) выявили наиболее значимый тип — увеличенное количество пустот в паяных соединениях (см. рис. 3). Наиболее эффективное средство диагностики и локализации дефектов этого типа — рентгеновская инспекция. Приведенная диаграмма наглядно демонстрирует снижение количества дефектов, связанных с пустотами в паяных соединениях, после внедрения системы рентгеновской инспекции. В соответствии с предложенным алгоритмом, принятые преобразования по диагностике и локализации этого типа дефектов можно считать удовлетворитель­ными.

 

 

Рис. 3. Снижение уровня дефектности выпускаемой продукции при последовательном внедрении автоматических систем инспекции и контроля

Вторым по значимости типом дефекта является неточное совмещение вывода компонента с контактными площадками (строка 3 в таблице 1 и рис.3). Наиболее эффективным средством диагностики и локализации дефектов этого типа является автоматическая оптическая инспекция (АОИ). При этом выбираемые системы АОИ должны легко настраиваться на работу в соответствии с требованиями соответствующих стандартов (см. табл. 2). Только в этом случае возможен контроль качества выпускаемой продукции на соответствие требованиям нормативной документации.

Таблица 1. Классификация технологических дефектов при последовательном внедрении автоматических систем контроля и инспекции

Дефект

Количество дефектов за отчётный период при последовательном внедрении автоматических систем инспекции и контроля

Наиболее вероятная причина возникновения дефекта

Примечания

До начала внедрения систем инспекции и контроля

Внедрение системы рентгеновской инспекции

Внедрение системы АОИ контроля качества монтажа и паяных соединений

Внедрение системы автоматического внутрисхемного контроля

Внедрение системы АОИ нанесения паяльной пасты

1

Установлен несоответствующий компонент

500

500

500

0

0

Ошибка оператора

Технологический дефект

2

Увеличенное количество пустот в паяном соединении

1500

5

5

5

5

Неудовлетворительная паяемость вывода компонента

Несоответствующий компонент

3

Неточное совмещение вывода компонента с контактной площадкой

800

800

6

6

6

Сбой в работе оборудования (сборочного автомата)

Технологический дефект

4

Недостаточный объём припоя в паяных соединениях

200

200

200

200

3

Неудовлетворительное качество трафарета

Некорректные параметры технологического процесса

Технологический дефект


После внедрения системы АОИ контроля качества монтажа и паяных соединений количество дефектов изделий, связанных со смещением выводов компонентов относительно контактных площадок на печатной плате, значительно сократилось. В соответствии с предложенным алгоритмом (см. рис. 2), принятые преобразования по диагностике и локализации названного типа дефектов можно считать удовлетворительными.

Таблица 2. Критерии качества монтажа поверхностно-монтируемых компонентов в соответствии с требованиями различных стандартов

Тип дефекта

Критерии соответствия по стандартам

IPC-A-610D

NASA-STD 87392.2

MIL-HDBK-2000 MIL-STD-2000A

Неточное совмещение вывода компонента с контактными площадками печатной платы

п. 8.2.2.1

Дефект – класс 1, 2. Боковое смещение (А) превышает 50% ширины контактной поверхности (W) или 50% ширины контактной площадки (Р) (выбирается меньшее значение).

Дефект – класс 3.

Боковое смещение (А) превышает 25% ширины контактной поверхности (W) или 25% ширины контактной площадки (Р) (выбирается меньшее значение).

п. 8.7.3 g

Дефект – класс 1, 2. Боковое смещение (А) превышает 50% ширины контактной поверхности (W) или 50% ширины контактной площадки (Р) (выбирается меньшее значение).

Дефект – класс 3.

Боковое смещение (А) превышает 25% ширины контактной поверхности (W) или 25% ширины контактной площадки (Р) (выбирается меньшее значение).

п. 10.7 (рис. 50) Дефект «боковое смещение» (А) превышает 10% ширины контактной поверхности (W).

п. 8.2.5.1

Дефект – класс 1, 2. Максимальное боковое смещение (А) превышает 50% ширины вывода (W) или 0,5 мм (выбирается меньшее значение).

п. 8.7.3 h

Дефект – класс 1, 2. Максимальное боковое смещение (А) превышает 50% ширины вывода (W) или 0,5 мм (выбирается меньшее значение).

п. 4.23.7.2

Дефект «максимальное боковое смещение» (А) превышает 25% ширины вывода (W).

Дефект – класс 3. Максимальное боковое смещение (А) превышает 25% ширины вывода (W) или 0,5 мм (выбирается меньшее значение).

Дефект – класс 3. Максимальное боковое смещение (А) превышает 25% ширины вывода (W) или 0,5 мм (выбирается меньшее значение).

Следующим по значимости типом дефекта является: «установлен несоответствующий компонент» (строка 3 в таблице 2 и рис. 2). Наиболее вероятными причинами установки несоответствующего компонента могут быть:
– ошибка оператора при снаряжении питателя;
– дефектный компонент (брак производителя);
– повреждение компонента в процессе изготовления (технологический дефект).
Наиболее эффективным средством диагностики и локализации дефектов данного типа является автоматический внутрисхемный контроль. Учитывая высокую плотность монтажа выпускаемых изделий и их широкую номенклатуру, в качестве средства для проведения автоматического внутрисхемного электрического контроля была выбрана система SPEA4060 (см. рис. 4).

 

 

Рис. 4. Схема технологического процесса сборки печатных узлов при внедрении современных автоматических систем инспекции и контроля

После внедрения системы автоматического внутрисхемного контроля SPEA 4060 количество дефектов изделий, связанных с установкой несоответствующего компонента значительно сократилось. В соответствии с предложенным алгоритмом (см. рис. 2), принятые преобразования по диагностике и локализации дефектов названного типа можно считать удовлетворительными.
Следующий по значимости тип дефекта — «недостаточный объём припоя в паяных соединениях» (строка 4 в таблице 1 и рис. 3). Наиболее вероятными причинами неудовлетворительного количества припоя могут быть:
– некорректные размеры контактных площадок (ошибка конструк­тора);
– некорректные размеры апертур (ошибка конструктора);
– неудовлетворительное качество трафарета (дефект производителя трафарета);
– неудовлетворительное качество паяльной пасты (дефект поставщика и/или производителя);
– неудовлетворительное качество подготовки паяльной пасты к работе (технологический дефект);
– некорректные параметры настройки устройства трафаретной печати (скорость перемещения и/или усилие прижима ракеля);
– коробление печатной платы.
Ошибки конструкторов должны быть выявлены на этапах приёмки конструкторской документации, технологической подготовки производства и изготовления опытных образцов — до постановки изделия в серийное производство. Качество трафарета, паяльной пасты и печатных плат должно контролироваться при входном контроле.
Качество нанесения паяльной пасты для различных областей применения регламентируется соответствующими стандартами (см. табл. 3).

Таблица 3. Критерии приёмки качества нанесения паяльной пасты в соответствии с NASA-STD-8739

 

Паста должна быть нанесена с точным совмещением с контактными площадками, а также иметь однородную толщину. Без мостиков, пузырьков, корок и смазывания.

Соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 8.2 ], [ 8.6 ]

 

Образование мостиков – индикатор некорректных параметров процесса нанесения паяльной пасты.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 8.7.4.f ], [ 12.6.1.a.1 ]

Смазывание пасты при нанесении.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 8.7.4.f ], [ 12.6.1.a.6 ]

 

Отсутствие (недостаточное количество) паяльной пасты на контактных площадках.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 8.7.4.f ], [ 12.6.1.a.6 ]

 

Неудовлетворительное совмещение трафарета с контактными площадками.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 12.6.1.a.5 ]

Неудовлетворительное совмещение трафарета с контактными площадками. Смещение отпечатка более, чем на 25% расстояния между контактными площадками.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 12.6.1.a.5 ]

 

Пузырьки свидетельствуют о некорректной подготовке паяльной пасты к работе, что может привести к неудовлетворительному качеству паяных соединений.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 12.6.1.a.3 ]

 

Неудовлетворительное (избыточное сверху и недостаточное снизу) количество паяльной пасты на контактных площадках.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 12.6.1.a.4 ]

 

Разделение отпечатка паяльной пасты на контактных площадках.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [ 8.7.4.f ], [ 12.6.1.a.6 ]


Наиболее эффективным средством инспекции качества нанесения паяльной пасты являются современные системы АОИ, обеспечивающие контроль положения (2D контроль) и объёма (2D+3D контроль) для столбика (отпечатка) на каждой контактной площадке печатной платы. Диагностика и локализация дефектов качества нанесения паяльной пасты в соответствии с требованиями NASA-STD-8739.2 отражена в таблице 4.

Таблица 4. Диагностика и локализация дефектов качества нанесения паяльной пасты в соответствии с критериями приёмки NASA-STD-8739.2

Тип дефекта
по классификации
NASA-STD-8739.2

Фотография дефекта

Объёмная модель, отражающая результат работы системы АОИ SymbionP36

Образование мостиков — индикатор некорректных параметров процесса нанесения паяльной пасты.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [8.7.4.f], [12.6.1.a.1]

Неудовлетворительное количество паяльной пасты.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [8.7.4.f], [12.6.1.a.6]

 

Неудовлетворительное совмещение трафарета с контактными площадками. Смещение отпечатка более чем на 25% расстояния между контактными площадками.

Не соответствует

NASA-STD-8739.2 [12.6.1.a.5]


После внедрения системы АОИ контроля качества нанесения паяльной пасты (см. рис. 4) количество дефектов изделий, связанных с неудовлетворительным качеством припоя, значительно сократилось. В соответствии с предложенным алгоритмом (см. рис.2), принятые преобразования по диагностике и локализации этого типа дефектов можно считать удовлетворительными.
Подобная последовательность действий повторяется до тех пор, пока не будет достигнут требуемый уровень качества (дефектности изделий при приёмке). Необходимо отметить, что требуемый результат был достигнут для конкретного изделия в конкретной партии. Для современного электронного производства последовательность операций алгоритма, выполняется перманентно: только в этом случае может быть гарантирован непрерывный контроль технических характеристик выпускаемых изделий и параметров технологических процессов.
Необходимо отметить ещё один очень важный момент: цель была достигнута по критерию максимального количества дефектов при приёмке (1000 ppm). Внедрение систем автоматической инспекции и контроля не уменьшило количества дефектов, а резко снизило стоимость проведения ремонтов за счёт быстрой диагностики и точной локализации. При этом численность персонала, необходимого для выполнения ремонтов в процессе производства, сократить не удастся. Сократится количество высококвалифицированных специалистов, способных заниматься диагностикой дефектов в отсутствие современного автоматического инспекционного и контрольно-измерительного оборудования. Но при выходе из строя любого из применяемого контрольно-измерительного или инспекционного оборудования количество дефектных изделий и трудоёмкость ремонта автоматически возрастёт. Чтобы снизить число дефектов, необходимо определить, устранить и главное — предупреждать причины их возникновения.

 

Продолжение следует

 



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Станислав Гафт, lines@ostec-group.ru



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2020 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты