印制電路組件質量管理的信息化與術語標準的發展

曹易

摘?要：以術語標準中的分類為基礎建立模型，是實現質量管理信息化系統通用化模型的一種思路。文章在術語國際標準提供的術語分類體系基礎上，提出了一個印制電路組件制造質量控制系統模型的總體框架，并在分析國際術語標準對產業界信息化發展反應的同時，針對質量管理實例評估了標準術語的應用情況。

關鍵詞：印制電路組件;術語;質量管理;信息化;國際電工委員會標準

中圖分類號：N04;H059?文獻標識碼：A?DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2020.06.003

Abstract： Due to facts of cost reduction from application of automatic systems， there is a possible to expectation of optimizing in terms of quality and cost under helping to information technology. This paper provides a framework of a model for quality management information systems based on classification system given from the IEC printed circuit board assembly （PCBA） terminology standard， and also reports changes of terminology standard related to application of information technology in the field .

Keywords： PCBA; terminology; quality management; informatization; IEC

引?言

從航空飛行控制系統到手持智能產品，越是先進的電子系統，越是由復雜、昂貴的印制電路組件（printed circuit board assembly，PCBA）構成。隨著終端產品價格的持續下降，印制電路組件制造商正在不斷引入自動化的手段，試圖在提升生產效率的同時，獲得更高的成品率。但是，如何分析、處理和應用先進制造、測試設備所累積的大量數據，在業內依然難以形成共識。

鑒于目前質量管理的方案基本建立在數理統計和分析的基礎上，業界的很多企業開始嘗試對標準化的場景進行建模和分析，并探索各要素間的相關性，來提升數據處理結果的準確性。這一技術趨勢已在術語標準逐步得到了反映。

2000年前的印制電路組件術語標準多是補充說明實踐中的新技術、新應用、新現象。2000年之后，國際上開始嘗試尋找某種更適合與計算機系統對接的術語標準分類結構，并逐步發展成國際術語標準IEC 60149—2006。

與傳統術語標準偏重向使用者解釋現象或規律不同，新的術語國際標準傾向于依據知識樹或分類來引導、補全相應概念的術語。雖然目前這些術語標準尚無法在語法構成上獲得統計學意義的相關關系，但其涵蓋的術語已基本可以滿足廠商在特定生產環節中建立基本的定性模型的最低需求。隨著對數據的積累和場景的補充，這些模型產生決策輔助信息的準確度會隨之逐步提高。

本文分析了建立質量管理信息系統對術語標準的需求，并按IEC 60149—2006提供的術語分類體系，構建了一個印制電路組件制造中最基本的質量控制系統模型的總體框架，總結了信息化發展對印制板組裝件術語標準的影響，評估了標準術語的應用情況。

一?建立質量管理信息系統需要以標準術語為基礎

在智能倉儲[1]、自動檢測[2-3]、資源管理[4]等信息化手段可以有效降低人力成本的背景下，印制電路組件制造業已經普遍地采用自動化手段來改造舊產線或建設新廠。企業期望通過信息化手段來提升產品質量和生產效率，但目前僅有極少數的業內龍頭企業能自行開發信息化的質量管理軟硬件系統并取得較好的效果，借助外部力量開發系統的企業則很少取得滿意的成果。導致這一狀況的一個重要因素在于印制電路組件制造和信息化兩個領域間知識的通用性較低，這也體現在術語上。

1. 術語影響信息系統模型的真實性

智能信息系統的本質是將人對物理世界的觀察、認知和經驗轉移到計算機系統中，而被轉移的知識的真實性，則依賴于對現象描述的準確性。標準化的術語能夠對特定領域內的概念進行沒有歧義的描述。具體而言，系統軟件編寫者首先需要準確理解物理現象，準確選用描述現象的術語，合理選用屬性定義術語，最后通過屬性識別多個術語（被描述的現象）之間的邏輯語義關系。標準術語是實現準確性最有效的工具，可界定出被描述對象的屬性以及與其他現象間的外延關系，幾乎不會產生歧義。例如，橋接和網狀焊錫球兩個術語描述的現象有近似之處，在被焊接部位周圍都有焊料，危害都是短路或虛焊，但兩個概念的外延截然不同，橋接的產生與印刷網板厚度、印刷間隙和次數等印刷工序參數相關，而網狀焊錫球則與焊料質量、焊接工藝、基板可焊性等焊接工序參數相關。

2.術語可消除信息系統編者和用者間的障礙

脫離使用者的質量管理信息化系統是沒有價值的，因此編寫系統者的思想必須能被印制電路組件制造工程人員理解。但編寫者和制造工程師之間的專業語言通常并不一致。一方面，編寫者擅長程序語言的編寫和各種智能化算法;另一方面，制造工程師不知道計算機的建模需要他提供什么信息。如果沒有標準化術語，雙方可能都采用自己習慣的詞匯描述現象，將無法理解對方的真實意見，極易造成混亂。如，非印制電路組件制造業者會習慣使用“間距”描述元器件兩個引出端之間的距離，而“間距”這個詞對業者而言是指印制板上兩條導線之間的距離，引出端之間的距離業內則使用“節距”描述。

3.術語有助于信息系統與生產實踐情況的貼合

印制電路組件制造過程涉及的物料繁多、工藝復雜度高，造成所收集的數據中蘊含著大量不確定性。系統的編寫者通常傾向于采用業內人員難以理解的專業統計學模型、復雜的數學方式處理采集到的數據，這使得被挖掘出的信息常不能被印制電路組件制造人員理解，也因此無法在業界推廣使用。術語標準中統計方面詞匯的狀態，不但是向軟件編寫者提供業內統計工具應用水平的一面鏡子，而且也為新技術在業內不同廠家間推廣提供了一種途徑。

4.標準化術語有助于歸納新現象

依據標準術語包含的屬性進行分類，能夠快速準確地對新現象進行歸類，進而對其進行處理。如，焊盤起翹常見于導通的外層電路焊盤，但在實際生產中也會遇到罕見的包覆電鍍層下的焊盤的翹起。雖然少見，但其符合焊盤起翹的定義，因此被歸于一類，統一處理。

二?依據IEC術語標準建立的基本信息模型框架

為了滿足業界對術語的新要求，IEC 60149以索引的方式，按照各種概念的相互關系，對術語進行了編碼和分類。整個印制電路組件制造領域術語被分為9大類和71小類（參見IEC 60149附錄A.2代碼門類表）。代碼門類表的第9大類就是“電子封裝、制作和組裝的質量和可靠性”類，其中包含了質量通用、工藝過程控制（SPC）、元器件評定、基板評定、印制電路組件評定、測試與檢驗和數據分析等7小類。這7小類中的術語可用于支撐質量管理信息系統的構建。

根據IEC 60149的7個分類以及目前業內常見的質量管理信息系統，本文提出一個企業質量控制系統的總體框架（見圖1）。IEC 60149分類的初衷是服務于質量管理系統的各組成部分，其術語包括不同的檢測階段、不同質量動作和不同目標所涉及的內容。這些術語可以依照圖1直接被用于計算機數據系統的數據采集、處理和存儲部分，形成相關關系。例如，“橋接”“表面焊接器件”“焊料厚度”“印刷網間隙”這4個術語構成了一個缺陷處理的邏輯鏈。當發掘出產品出現“橋接”（缺陷）的信息后，可以通過元器件信息“表面焊接器件”獲得缺陷發生的時間和位置信息，通過失效模型對比以及工藝監控的參數信息（如“焊料厚度”）是否有異常變化，最終由工藝工程師調節印刷機的“印刷網間隙”，達到消除缺陷的目標。

三?產業的信息化發展已對術語標準產生新影響

1. 質量控制相關的術語數量大幅增加

與2000年之前的術語標準相比，IEC 60149—2006的“電子封裝、制作和組裝的質量和可靠性”類術語的內容已經發生了比較大的變化。在總體數量上，IEC 60149—2006有389條質量和可靠性術語，而20世紀90年代術語標準僅有58條，增加了約6倍。

90年代術語標準主要圍繞進廠檢驗、最終產品檢驗和測試試驗過程等三個階段編制，沒有考慮對最終產品十分重要的元器件質量的評定、生產過程的監控以及最終質量信息的分析內容。這是由于當時行業應用主要針對原材料、最終產品中的缺陷現象以及確定缺陷的相應測試方法，較少考慮到生產與質量的問題。

如表1所示，IEC 60149—2006在進廠檢驗、最終產品檢驗和測試方法等階段更加注重可靠性的要求，而90年代術語標準則側重于功能的實現。

2.新標準全面覆蓋產品質量控制系統的各環節

為了適應印制電路組件產品質量控制的高要求，如圖1所示，進入生產的每一批原輔料（如基板、元器件等）的質量狀態都需要評估，產線上每一臺印刷機、貼片機、回流焊機、波峰焊機、外觀檢測機的參數及半成品質量信息都需要監控，最終組件產品的質量也必須評估。生產過程的監控數據以及產品缺陷的診斷，需要通過相應的數據監控系統和知識挖掘技術進行信息的提煉并提出修改的建議。IEC 60149—2006的質量和可靠性術語基本覆蓋了圖1所述各環節。如表2所示，除18個通用術語外，其他的371條（超過95%）術語支撐了質量控制系統的進廠檢驗（基板質量評定和元器件質量評定術語約占總數的18.77%）、工藝過程控制（約21.08%）、最終產品檢驗（組件質量評定約10.3%）、測試與檢驗方法（約35.5%）以及數據分析（約9.77%）等各主要環節。

3.新標準強化了數據統計分析方面的術語

為了彌合系統軟件開發與實際生產人員溝通的間隙，IEC 60149—2006有意識地搜集了業內常用的統計分析工具相關術語，從而使生產人員清晰了解已存在的重要技術工具的概念。當質量數據通過生產監控和檢測系統匯集到數據庫后，業界通常會采用工藝過程控制監控與分析、產品缺陷診斷和統計的方式進行質量數據的分析。針對印制電路組件生產小批量、多品種的特點，IEC 60149—2006重點引入了Q控制圖、累積控制圖、柏拉圖分析、魚骨圖、正交回歸分析等相關術語，合計120條（工藝過程控制82條，質量數據分析38條）。

4.新標準強化不同概念之間的延伸關系

術語是某一領域概念體系的一部分，因此術語可以部分反映該領域概念的邏輯關系。對于IEC 60149—2006而言，其英文版本中的介詞形式（如in、for、by等）常會表征著這種邏輯形式。對應的中文的某些詞（通過、位于、導致等）也起著類似作用。此類邏輯關系，構成了質量管理系統需要設定的屬性維度的一個部分。例如，表3是按照變量、測試方法和設備、對象、來源、條件、位置（時間、空間）、應用等屬性劃分了IEC 60149—2006中的259條術語。可見，基板和元器件評定的術語集中于對現象時間和空間位置的確定;工藝過程控制的術語則注重對缺陷來源的檢測和追溯;組裝件評定的術語則著重于最終產品性能變量的控制;測試環節則提供了變量測試、測試對象和測試條件的相關術語。

四?質量管理系統中標準術語的使用情況

所有質量管理系統的問題和措施均被記錄在文檔管理系統之中。通過對相關文件的分析，可以了解到新術語標準中涉及的入廠檢驗、工藝過程控制、最終檢驗、測試方法、數據分析等各階段的術語均在實際案例中頻繁出現。

例1. 對A工廠產線一個批次產品狀態的跟蹤

A工廠某類產品所有記錄在案的重要缺陷一共為30種（外觀方面缺陷7種，安裝工序導致缺陷5種，焊接工序導致缺陷9種，電性能參數不合格4種，顯示或其他功能不良5種）。合并、整理后，30種缺陷可歸類采用13條術語描述。其中，該廠最常見的缺陷為：橋接、開路、虛焊、立碑和錫球。

針對某一批次產品，該廠質量部門隨機抽取了30個產品（共計超過6000個焊點）進行最終檢驗。結果顯示，共出現了2處短路點和1處虛焊焊點。通過檢驗確定缺陷出現的位置和工序次序，并參比相關工藝過程控制工藝監控參數的變化情況，確定了8個工藝過程控制參數項目對應的術語。同時，文檔中還反復出現了可焊性測試方法、Cpk值（過程能力指數值）、關鍵操作、一類錯誤、能力特性上限等檢測和統計分析方面的術語。

例2. 對B工廠某超長連接器的橋接缺陷的分析記錄

B工廠在生產中發現6個設計圖號共30個安裝有超長尺寸連接器的產品，出現了橋接缺陷頻率增高的異常現象。常見的橋接缺陷相關的來源術語是“焊盤尺寸”“引線尺寸”“引線直徑”“焊料污染”等。然而記錄顯示，該廠在制造過程中上述術語的監控數據均符合該廠工藝規范的一般要求。

因其他同期產品未產生橋接缺陷異常，所以將原因查找的重點放在與新設計相關的因素上。記錄顯示，該類產品上安裝了超長的連接器，且試驗設計結果顯示連接器長度是影響焊接質量的重要因素。最終，在進一步剪短引線長度后，橋接缺陷的水平恢復正常。可見，在質量分析過程中，術語標準規定術語的對象與措施之間存在隱含的相關關系。

五?結?論

本文初步總結了印制電路組件制造的質量管理信息化過程對術語標準的新要求，并針對當前業界部署質量管理信息系統遇到的問題，提出了一個依據術語標準分類關系而建立的基礎的信息系統模型。通過對新舊術語標準的對比，分析總結了術語標準對行業中質量管理信息化過程的反應。文章最后通過對工廠實際質量管理信息系統中某些術語使用情況的分析，驗證了標準化術語在具體場景中作為關鍵質量信息分析的廣泛性和可行性。

參考文獻

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