淺談信號(hào)產(chǎn)品工藝技術(shù)與控制

莊 怡

隨著高速鐵路建設(shè)的發(fā)展，對(duì)軌道電路信號(hào)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越發(fā)嚴(yán)格。在信號(hào)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)的管理、先進(jìn)的儀器設(shè)備、高效的工藝手段、嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)是信號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證，而生產(chǎn)工藝則是利用生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)原材料、元器件進(jìn)行組裝加工，使之最后符合技術(shù)要求的產(chǎn)品藝術(shù)。在高鐵技術(shù)飛速發(fā)展的今天，縝密有序的工藝質(zhì)量控制成為生產(chǎn)組織的靈魂，研究并推廣先進(jìn)的工藝技術(shù)，已經(jīng)成為工程技術(shù)人員的主要職責(zé)。

1 信號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程的工藝技術(shù)

1.1 原材料、元器件的檢驗(yàn)和篩選

每一臺(tái)信號(hào)設(shè)備整機(jī)都是由電路、部件和工藝結(jié)構(gòu)所組成，其各項(xiàng)指標(biāo)，包括電氣性能、質(zhì)量、可靠性等優(yōu)劣程度，不僅取決于電路原理設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的水平，還取決于能否正確選用電子元器件和原材料。

1．電子元器件特性參數(shù)的選擇。特性參數(shù)是用于描述電子元器件在電路中的電氣功能，不同的元器件具有不同的特性參數(shù)，必須要根據(jù)實(shí)際電路的需要，選用合理的電子元器件特性。在制定原材料、元器件檢驗(yàn)和篩選的過(guò)程中，要確定幾個(gè)關(guān)鍵要素:①電子元器件的標(biāo)稱值及允許偏差;②元器件的額定值與極限值;③原材料的精度等級(jí)。同時(shí)，還要針對(duì)產(chǎn)品電路的特殊性，制定特殊檢驗(yàn)要求。如信號(hào)產(chǎn)品中的功放電路，為了保證電平輸出，增加對(duì)三極管及大功率三極管電流、放大倍數(shù)配對(duì)的檢驗(yàn)規(guī)定，與三極管提供商簽訂特殊技術(shù)協(xié)議。

2．電子元器件質(zhì)量參數(shù)的選擇。質(zhì)量參數(shù)用于度量電子元器件、原材料的質(zhì)量水平，在檢驗(yàn)過(guò)程中要關(guān)注的關(guān)鍵要素:①溫度系數(shù);②機(jī)械強(qiáng)度及可焊性;③可靠性和失效率。可靠性是指電子元器件的有效壽命，失效率是指電子元器件工作壽命結(jié)束。因此要對(duì)元器件、原材料供應(yīng)商提出可靠性要求，對(duì)器材使用工作壽命做出承諾。

3．原材料、元器件外觀檢驗(yàn)的要求:①外形尺寸要符合安裝要求;②元器件引出線要符合焊接要求;③各類型號(hào)、標(biāo)識(shí)、極性、質(zhì)量等級(jí)標(biāo)志應(yīng)該清晰明確。

1.2 信號(hào)產(chǎn)品裝配焊接及電氣連接工藝技術(shù)

信號(hào)產(chǎn)品的電氣連接是通過(guò)對(duì)元器件、零部件的裝配與焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)品裝配是否合理，焊接質(zhì)量是否可靠，對(duì)信號(hào)產(chǎn)品性能的影響很大，因此先進(jìn)的裝配工藝與焊接技術(shù)，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制、使用與維護(hù)都具有重要意義。

1.2.1 裝配工具、焊接材料的選擇與使用

1．焊接工具。電烙鐵在工作狀態(tài)下應(yīng)保證良好接地，烙鐵頭和工作臺(tái)公共接地點(diǎn)之間的電阻不應(yīng)超過(guò)5Ω;烙鐵頭對(duì)地電位應(yīng)＜2mV;從加熱烙鐵頭到接地部位的交流和直流漏電流不應(yīng)對(duì)設(shè)備和元器件造成有害影響。按焊接對(duì)象的不同，選用不同的電烙鐵，焊接印制板上元器件應(yīng)選擇功率自動(dòng)調(diào)節(jié)型或溫度能受控輸出的防靜電電烙鐵，且電烙鐵的溫度應(yīng)定期校驗(yàn)。

2．焊接材料。焊料采用合金類型為 Sn63/Pb37的管狀免清洗焊錫絲，焊錫絲直徑根據(jù)焊盤直徑的大小選擇，一般采用直徑為0.8～1mm的焊錫絲，當(dāng)焊盤直徑小于1.5mm及焊接表面貼裝元器件時(shí)，應(yīng)采用直徑為0.5mm的焊錫絲。在手工焊接過(guò)程中，當(dāng)焊接表貼元器件、PCBA返工/返修、焊接件可焊性差時(shí)，允許使用液態(tài)助焊劑，液態(tài)助焊劑應(yīng)選用符合GB/T9491-2002規(guī)定的R型 (純松香基焊劑)或RMA型 (中等活性松香基焊劑)。

1.2.2 裝配過(guò)程的焊接工藝技術(shù)

1．波峰焊接。將涂覆上助焊劑并經(jīng)過(guò)預(yù)熱的印制板沿一定工藝角度的導(dǎo)軌，從焊錫波峰上勻速通過(guò)，即完成印制板焊接，可以實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機(jī)械與電氣的連接。在波峰焊接中，焊料的及時(shí)補(bǔ)充、助焊劑的無(wú)鹵素?zé)o腐蝕性、波峰焊接的溫度曲線參數(shù)控制，都要通過(guò)首檢焊接的質(zhì)量效果來(lái)調(diào)整。波峰焊接工藝流程如圖1所示。

波峰焊接流程中，規(guī)范焊前的生產(chǎn)準(zhǔn)備和電器元器件插裝 (圖1虛線框)是保證焊接質(zhì)量的前提。如印制板裸板烘烤、器件引腳成型等焊前預(yù)制工序，都是預(yù)防焊接過(guò)程中有可能發(fā)生因印制板吸潮而爆板，爆孔，引腳焊接位置不正等質(zhì)量缺陷。

圖1 波峰焊接工藝流程如圖

在焊接過(guò)程中，要根據(jù)印制板厚度、元器件密集程度、元器件引腳直徑等因素，調(diào)整機(jī)器運(yùn)行鏈速、噴涂助焊劑量、預(yù)熱溫度等參數(shù)。特別是首次檢驗(yàn)尤為重要，通過(guò)首檢質(zhì)量驗(yàn)證，適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)，可為批量生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

另外，焊接后的印制板組件會(huì)殘留助焊劑中的活性物質(zhì)，以及該物質(zhì)與金屬氧化物的反應(yīng)產(chǎn)物、電子元器件上典型的離子污染物等，可導(dǎo)致電子元器件性能不良或受腐蝕，因此，焊接后清洗尤為重要。

2．回流焊接。隨著元器件的微型化，應(yīng)運(yùn)而生了回流焊接技術(shù)。與波峰焊接技術(shù)相比，回流焊接時(shí)元器件不直接浸入焊錫中，受到的熱沖擊小。回流焊接分單面和雙面，其焊接品質(zhì)受諸多因素影響，最重要的工藝參數(shù)就是焊爐的溫度曲線、焊膏的成分參數(shù)及焊膏回溫的均勻攪拌。同時(shí)避免錫珠的產(chǎn)生也是回流焊接中的重要工藝控制因素。單焊接面純表面貼裝生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。其中焊膏印刷前后的印制板裸板清洗與檢查是確保元器件貼裝的必須手段。在線測(cè)試、AOIX-RAY是對(duì)SMT貼片后或貼片回流焊接后，制板組件中BGA等進(jìn)行透視檢查 (自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)儀不能檢測(cè)的器件)，以保證印制板組件的貼片和焊接質(zhì)量。

1.3 信號(hào)產(chǎn)品制造過(guò)程中靜電防護(hù)

靜電放電對(duì)元器件的損害后果是導(dǎo)致突發(fā)性完全失效和潛在性緩慢失效。突發(fā)性完全失效是指由于靜電放電過(guò)程造成元器件自身短路、開(kāi)路、功能喪失的一次性永久失效。既包括與電壓相關(guān)的失效(如介質(zhì)擊穿、漏電等)，也包括功率失效 (如器件局部熔化、嚴(yán)重漏電等)，因而靜電防護(hù)是信號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中工藝控制關(guān)鍵要素之一。主要注意以下幾點(diǎn):①操作人員的防靜電裝配要齊全，包括服裝、腕帶、手套等;②防靜電焊接工具、周轉(zhuǎn)用具完備;③具有防靜電地面、工作臺(tái);④裝配生產(chǎn)線的溫濕度控制。

圖2 單焊接面純表面貼裝生產(chǎn)工藝流程

1.4 信號(hào)產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)的工藝技術(shù)

檢驗(yàn)信號(hào)產(chǎn)品的可靠性主要通過(guò)以下幾種方式完成:①按試驗(yàn)項(xiàng)目，環(huán)境試驗(yàn) (溫濕度、振動(dòng)、電磁干擾)壽命試驗(yàn) (老化運(yùn)行);②按對(duì)產(chǎn)品的損害，破壞性 (振動(dòng)、鹽霧)及非破壞性 (絕緣特性);③按產(chǎn)品分類，元器件老化 (靜態(tài))、整機(jī)老化 (動(dòng)態(tài))。

依據(jù)國(guó)家鐵路通信信號(hào)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目制定工藝驗(yàn)證規(guī)范，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，掌握元器件、整機(jī)產(chǎn)品失效率，從而改進(jìn)和提高元器件、整機(jī)產(chǎn)品使用能力，延長(zhǎng)使用壽命。目前針對(duì)半導(dǎo)體分立器件，對(duì)其要求靜態(tài)高溫儲(chǔ)存、高低溫沖擊、功率快速篩選，以剔除器件早期失效，確保整機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量。

2 信號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程的工藝控制

2.1 信號(hào)產(chǎn)品制造工藝控制程序

工藝工作是貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的全過(guò)程。高智能、高可靠的信號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程是由公司團(tuán)隊(duì)完成，除了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)以外，技術(shù)研發(fā)人員從產(chǎn)品設(shè)計(jì)試制驗(yàn)證、試生產(chǎn)階段驗(yàn)證、批量生產(chǎn)前驗(yàn)證等幾方面，對(duì)產(chǎn)品的可制造性進(jìn)行工藝評(píng)估，如:產(chǎn)品研制初期生產(chǎn)加工的工藝實(shí)現(xiàn);新材料、新元器件的工藝驗(yàn)證;產(chǎn)品加工中的工裝、設(shè)備能力;車間員工的新技術(shù)、新工藝的培訓(xùn);編制指導(dǎo)性工藝流程、操作說(shuō)明;完善正確性、統(tǒng)一性、完整性的全套工藝文件等等。

2.2 信號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量保證及手段

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命，質(zhì)量控制是信號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)中的質(zhì)量保證。質(zhì)量控制計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)要有工藝技術(shù)的支持及保證。從原材料、元器件進(jìn)廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定，生產(chǎn)過(guò)程中的工藝工法、步驟，產(chǎn)品檢驗(yàn)的方法，檢驗(yàn)儀器儀表精度、生產(chǎn)設(shè)備使用要求等，均要通過(guò)工藝驗(yàn)證，出具科學(xué)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品實(shí)施從原材料、元器件檢驗(yàn)到產(chǎn)品裝配檢驗(yàn)、整機(jī)最終檢驗(yàn)的全閉環(huán)工藝管理方案。

在產(chǎn)品質(zhì)量保證中，除了先進(jìn)的檢驗(yàn)設(shè)備外，檢驗(yàn)人員的執(zhí)行力更是產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的保證。產(chǎn)品回流焊接后的X-RAY檢驗(yàn)、波峰焊接后的首檢目檢、單板裝配后的ICT在線測(cè)試、不良品剖切金相分析、整機(jī)功能測(cè)試都是保證產(chǎn)品質(zhì)量的良好手段。工藝技術(shù)通過(guò)各種檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的人、機(jī)、料、發(fā)、環(huán)等因素進(jìn)行有效控制，制定更為科學(xué)的工藝管理方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

工藝是信號(hào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中起著重要作用的技術(shù)，是貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的全過(guò)程，是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降耗增效的重要手段。在今后的工藝技術(shù)及控制研究中，對(duì)批量在制品全線追蹤及管理，針對(duì)所有關(guān)鍵工藝之瑕疵率，建立以生產(chǎn)批次為依據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)、以定批量生產(chǎn)方式，整批成套生產(chǎn)等工藝技術(shù)及控制，是信號(hào)產(chǎn)品制造企業(yè)工藝提升的目標(biāo)與方向，因此加強(qiáng)工藝技術(shù)與控制是當(dāng)前工藝研究的長(zhǎng)期任務(wù)。

［1］ 朱甜生，林怡君．從生產(chǎn)工藝細(xì)節(jié)入手，提升線圈變壓器質(zhì)量［J］．鐵道通信信號(hào)，2011(增刊):66．

［2］ 于樹(shù)永，薛小龍．淺談鐵路信號(hào)電子產(chǎn)品可靠性的主要特征量及研究方法［J］．鐵道通信信號(hào)，2011(增刊):17－18．