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过程控制
(Process Control)



电子组装业的技术发展、设备特性、生产率和材料性能在质量和可靠性方面都达到了高水平。目前,由于电子组装业将重点转移到了工艺功能上,制造厂家开发和控制各组装工艺的能力,使得其以最低成本达到所要求的质量方面呈现出明显的差别。实时工艺数据能够即时反馈工艺的"健康"状况,采用这种方法可以实现零缺陷制造,可使操作人员在发现不符合技术规范的情况之前着手处理存在的问题。

  当前业界关注的重点是工厂怎样运作才能达到更高的效率。不考虑现有的设备情况,厂商头脑中有两个目标:达到所要求的质量,以及尽可能低的成本实现质量要求。

  今天,过程控制的目的就是实现这两个目标。然而在过去,过程控制更象是一种折衷,即以额外的成本改进质量,或者牺牲高质量来降低成本。而应用现代过程控制手段,就可以降低废品率,降低返修成本,提高设备无故障时间几率,提高生产率和降低保修成本。


过程控制的定义

  过去,过程控制主要是指公司寻求通过集中于对缺陷的检测来提高质量,从而推出无缺陷的产品。而现在,控制的最根本的内涵是对各种工艺进行连续的监控,并寻找出不符合要求的偏差。一旦潜在的问题出现时,就可实时地接收相关信息,这样,就可立即将工艺调整到最佳状况。

  过程控制是一种获得影响最终结果的特定操作中相关数据的能力。过程控制寻求收集特定过程的数据,并按照其工艺技术规范衡量所获得的信息,从而在不符合技术规范的情况出现之前,立即采取纠正措施。


过程控制 vs. 机器控制

  当今的组装设备都十分复杂,某些情况下,具有自监控的功能。这种功能当然是很有作用的,不过监控一台机器和监控生产过程之间存在着差别。再流炉就是个恰当的例子,这种炉子的加热器中装有一些热电偶和一个编码器来控制传送机的传送速度。例如,如果将加热器的温度设置为200℃,当温度开始往下降,低于设置的温度,热电偶就可探测出温差,并"告诉"再流炉控制器提高热输出量。然而,这并不是实际的工艺控制信息。

  由于电路板的质量、传送机的速度、炉子各区的温度、气流等的不同,进入炉子的印制电路板(PCB)的温度曲线也是不同的。因此,监控实际工艺过程数据,而不仅只监控机器控制数据,是很重要的,不然的话,它就只是机器控制,算不上真正的工艺过程控制。在再流工艺控制中,这意味着要对制造的每块板子的热曲线进行监控。


工艺开发

  非常令人震惊的是,有那么多公司没有适当地对其工艺控制做出定义。没有适当的工艺开发的过程控制是没有意义的,为此,我们来看一看如何定义和优化一种工艺。

  在衡量一种与技术规范相关的工艺性能时,必须首先确定工艺技术规范。例如;对于焊料再流的加热工艺,一般有两个渠道:

  1. 焊膏供应商。根据所使用的合金和焊剂,有范围很广的各种工艺技术规范。所需的工艺技术规范可到焊膏供应商的网站去查询,还可从包含有最新的热曲线分布图的软件中获得。

  2. 元件供应商。因为某些元件的技术规范要比焊膏的技术规范严格得多,所以,也可向元件供应商咨询。一般的焊料再流技术规范包括最高的升温速率(3.0℃/sec)、焊剂活化时间或浸渍时间(140℃~170℃之间为50~90sec),高于再流的时间(高于183℃时40~75sec)和峰值温度(205℃~225℃)。

  在尝试实施过程控制之前,必须具有明确的技术规范。因此,仅仅获得技术规范范围内的能够给出其热曲线的再流炉参数设置(温区设置点和传送机的传送速度),是远远不够的。如果产生的热曲线极接近于上限值或下限值,这种工艺过程就不稳定。由于工艺过程本质上是动态的,即使出现很小的工艺偏移,也可能会很快发生不符合技术规范的现象。

  相反,必须确定的再流炉的参数设置是以工艺控制为中心,避开技术规范极限值。这种经优化的设备设置可容纳更多的变量,同时不会产生不符合技术规范的问题。今天,用于再流炉的自动化软件几秒钟内就能识别上百万种可选择的参数设置方案,并从中选出最佳配置。


仅仅发现缺陷是不够的

  统计过程控制(SPC)是W.A.Shewhard于1924年发明的用于过程控制的一种技术。当时,这种方法使用随机采样技术,希望能够体现出某种制造工艺过程。现代过程控制的方法是采用传感器技术,这种技术能够提供加工过程中的每个产品的连续和实时的信息。

  过去,当人们谈到改进质量时,他们通常采用的做法都是对成品进行检验。如果发现产品有问题,就将不合格的产品废弃或退回到某个生产工序进行返修和返工。最终出厂送到用户手中的产品(希望)是无缺陷的。虽然用户可能基本上不会收到有缺陷的产品,但显然产生缺陷的问题并没有解决。即便产品在出厂之前,有缺陷的产品都已被剔除,制造厂商在生产中产生的缺陷量还是那样多,说明生产并未改进。由于废品率高和返工返工维修费用居高不下,生产成本也无法得到控制。

  今天,最佳形式的过程控制实现了实时监控工艺过程和测量工艺的实际质量性能。通过监控工艺变量,当工艺开始偏移失控时,工程技术人员可以迅速调整工艺。根据实时数据快速调整工艺的最佳过程控制可以先发制人,预防缺陷的产生。如今,某些丝网印刷机装有印刷后的检验系统。自动光学检测(AOI)机可安装在生产线的任意位置,以便捕捉缺陷,而能够连续监控再流焊炉的热曲线的设备也越来越流行。


意义

  过去,真正的过程控制费用很高,而且需要有内部资源的支持才能实现。所以大多数公司放弃选择投入资源去改善其工艺过程。然而,新技术使得过程控制的实施不再是伤脑筋的事,而且也比过去容易得多。过程控制可以改善公司的总体"健康"状况和并提高其底线。有许多供应商已做好了充分准备,可为整个工厂的过程控制的实施提供有帮助的制造数据。另外一些供应商则为满足更多的单一工艺需求如再流焊接工艺提供制造数据。不管选择哪一种控制方式,通过真正的过程控制提高产量和质量是让公司强大起来并增加效益的好方法。

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