电装产品质量的工艺研究（上）

　　电子整机的装配是指机械安装和焊接，是电子产品生产过程中的一个极其重要的环节。要生产出高质量的产品，除了精心设计电路、正确选用元器件以及整机结构、零部件的布局要合理外，还要靠优良的装配工艺来保证，有资料表明，产品故障中10％～20％是由于装配生产造成的。


　　由此可见，电子产品装配的过程直接关系到其最终的质量与可靠性。所谓工艺是图样向制成品过渡过程中的加工技艺，包容了设计和制造2项，其重要程度不言而喻。工艺控制是产品质量控制的重要环节，涵盖了工艺设计、工艺过程和工艺管理等方面的质量控制，本文就电子装配过程的工艺控制，阐述了工艺控制是如何保证电子产品的质量与可靠性的。


　　工艺保障设计与可靠性的实现．1 关键工艺的超前研究不是所有的设计图样都能加工出产品，更何况要批量加工出技术先进、性能优越、经济合理的产品，这里涉及到很多因素，但工艺因素绝对是一个重要的因素。工艺是研究加工装配流程、加工装配技术措施的专门学问，也就是说，工艺不但要保证图样最终能加工、装配成合格的产品，而且要保证加工、装配的一致性与经济性、所采用的材料、设备、装配人员技术等级的合理性。这表明，工艺不仅是产品制造成功和确保产品质量的关键环节，也是降低产品质量成本和提高企业经济效益的关键环节。可见，对关键工艺的预先研究有着重要的意义。


　　．1．1 表面贴装技术随着空空武器系统的发展，为满足日益提高的技战术要求，其电路控制部分也越来越向小型化、智能化、集成化发展，越来越多的表贴元器件应用于空空武器系统。


　　具有结构紧凑、高频特性好、可靠性高、缺陷少、工序简单、节省成本等诸多优点。但由于表贴器件体积小、管脚密度大等特点，特别是BGA芯片的逐步推广使用，对工艺人员、操作人员和检验人员都提出了更高的技术要求。为适应现代电子装配需要，进行有效可靠的表贴器件的装配，必须先行对表面贴装工艺技术如焊锡膏的选择与涂覆、器件贴装、手工焊接工艺、自动焊接温度曲线设置等方面进行熟悉和研究。


　　．1．2 清洗技术印制电路板焊接后，一般都会或多或少地有助焊剂残留物附在基板上。这些残留物会对基板造成不良的影响(如短路、漏电、腐蚀、接触不良等)。需对电子元器件进行清洗，有效去除焊接时残留的助焊剂等物质，确保产品具有较高的可靠性。而传统的清洗溶液常含有消耗臭氧层的物质，因此水清洗技术越来越被广泛的推广应用，须对水清洗相关工艺技术如清洗用水的处理、清洗设备的选择、清洗流程、烘干处理等进行研究。


　　．1．3 压接工艺研究压接连接是一种用工具或设备将导线连接到连接器接触件(或接头)中的一种连接方法，借助较大的挤压力和金属间的位移，使连接器触脚或接线端子与导线间实现机械和电气连接。其特点是不需要焊料和助焊剂即可获得可靠的连接，从而解决了被焊件清洗困难和焊接面易氧化的问题，能承受恶劣的工作环境，操作简便。


　　在实际应用中，有很多需要注意的地方，如压接连接器或接头等所采用的标准；导线的截面积是否与插针孔孔径匹配；压接工具的选择；压接工艺流程的控制；压接连接的质量控制与检验方法等。


　　．1．4 CAPP的推广应用计算机辅助工艺过程设计(CAPP)是利用计算机技术辅助工艺从设计零件毛胚到成品的制造方法，是将产品设计数据转换为产品制造数据的一种技术。CAPP系统的应用不仅可以提高工艺规程设计效率和设计质量，缩短技术准备周期，也为将广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来提供了一条切实可行的途径，使工艺人员可以更多地投入工艺试验和工艺攻关，而且可以保证工艺设计的一致性和规范化，有利于推进工艺标准化。


　　．2 完善的工艺文件工艺文件是指导生产的基础文件，它反映了工艺工作的内容和水平，是企业生产的科学程序和操作准则，从产品方案开始形成起，一直到产品出厂的整个研制过程中，没有哪个环节不是按照一定的工艺文件进行工作的。因此，一份完善的电子装配工艺文件是电子产品制造过程中进行工艺管理、质量管理的依据，是保证电子装配产品质量与可靠性的重要文件。


　　．3 重视工艺在产品生产中的作用．3．1 防潮密封工艺防潮密封工艺的实现对于一些在特殊环境中使用的电子产品，必须采用一些特殊的工艺方法保证其可靠性。如空空导弹武器系统，可用于多种气象条件下的作战，且使用的环境温度变化范围较大，容易造成水蒸气的冷凝。目前，应用在这种条件下的电子产品，一般采用密封的方法保证其可靠性。密封的方法有很多种，可以用灌胶(密封圈)密封、涂敷密封等，针对产品的工作环境选择不同的密封方法。灌胶(密封圈)密封工艺要求比较严格，操作相对困难。密封后需要有比较可靠的验证方法保证其密封的可靠性。在实际工作中，我们一般在舱段级和导弹总体上采用灌胶(密封圈)密封工艺，避免了产品在潮湿环境下的质量与可靠性隐患。涂敷密封操作相对简单，主要用于电路板级的防潮密封，保证电子元器件在普通潮湿环境下能正常工作。


　　．3．2 防静电工艺静电是正、负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是物体之间相互摩擦、碰撞、剥离、电场效应等引起的。静电放电可使元器件损坏和失效，导致电子产品的可靠性下降，并引起难以分辨的噪声干扰，所以要严格防范。工艺操作、人员转移、绝缘物品间的相对运动等都会产生静电。如果不采取有效措施，静电会使电子元件产品受到致命的或非致命的积累性损伤，导致产品可靠性降低。因此，电子装配过程中的防静电措施是非常必要的。在实际工作中，除了防静电设计外，常采用的工艺措施有：对各种可能产生静电的物体和人提供放电通路；避免使用产生静电的材料；通过提高环境湿度或进行表面处理来增加表面电导率；必要时可在工作环境中安装离子风机；运输过程中所有器件必须装入专用防静电包装盒或转运箱内；不要随意拆除电路的导电或防静电包装等等。


　　．3．3 抗干扰工艺现代战争中电磁环境恶劣，空空武器系统在设计时就较深入地考虑了抗主／被动电磁干扰的功能。但相对于外部干扰，来自武器系统内容的干扰却可能会被忽视，如不采取措施，可能会造成系统功能降低或失效、数据丢失等情况。所以应加强这方面的工艺研究，在装配布线时注意以下方面：可能产生干扰的元器件应远离敏感器件，不能避免时应加屏蔽措施(例如屏蔽罩)；大电流的电源线不能与低频的信号线捆成一束；没有屏蔽措施的高频信号线不能与其他导线捆成一束；高电子与低电子的信号线不要捆扎在一起，也不要与其他导线捆成一束；高频信号输入线和输出线不要捆成一束等等。


　　．3．4 抗振性能工艺抗振性能是指电子产品耐受机械应力的能力。由于电子产品应用环境复杂，在受到机械冲击、振动和加速度时会造成机械结构强度降低、磨损加剧、结构破坏从而引起短路、导电性能下降。为保证电子装配的可靠性，对于一些体积较大的元器件，如大功率三极管、可调电感、大容量电容等，在印制板装配过程中一般采用螺钉固定或使用胶粘剂将其固定在印制板上等特殊工艺方法，以防止印制板因振动等原因导致焊楹剥脱；在装配过程中对螺钉使用螺纹胶、点胶固定和定力装配等工艺方法，提高产品的质量和可靠性。


　　电子装配工艺过程的可靠性保证．1 元器件的预加工传统的通孔装配的元器件，在装配前必须成型，成型过程是一个机械变形过程。如果成型过程操作不当，就会给元器件带来损伤，势必影响电子产品的可靠性。对于一些特殊的电子元器件，如玻璃封装器件或有特殊成型要求的器件，成型时采用工装和工艺手段配合来保证元件不受或少受弯曲应力。


　　由于某些元器件的引脚由于材料性质或长时间存放而氧化，可焊性变差，须去除氧化层，上锡(亦称搪锡)后再装，否则极易造成虚焊。


　　．2 插装电子产品从设计到投入生产的过程是一个工艺转化的过程。在这个过程中，合理方便的工艺方法不仅有利于电子装配的过程，而且是保证电子产品可靠性的基础。印制板的插装过程是有一定先后顺序的，遵循先小后大、先轻后重、先低后高、先里后外、先一般元件后特殊元件的基本原则。当我们发现电子装配的某些方面无法做到完美，其实就是工艺过程实现困难或根本无法实现，也就使得电子装配出现了可靠性问题。只有装配简单方便的工艺过程才是成功的工艺过程。


　　．3 焊接在电子装配过程中，焊接是一种主要的连接方式。它是将组成产品的各种元器件、导线、印制导线或接点等用焊接的方法牢固地连接在一起的过程。


　　．3．1 焊接的基本要求在电子装配过程中，为形成可靠焊点，被焊物必须具备可焊性和表面保持清洁。为适应各种锡焊操作的要求，半导体二极管、三极管、集成电路及小型元器件的焊接应选用20 W内热式电烙铁。在锡焊要求高的场合，必须使用低压温度自动控制电烙铁，以保证在整个锡焊过程中保持正确的锡焊温度。在手工焊接时，根据焊接部位的空间要求正确选择电烙铁和烙铁头，避免在焊接时烫伤临近的部位。另外，烙铁头应保证良好接地。


　　．3．2 焊接质量工艺要求一些通孔元器件的引线在焊接时是不能受力的。在工艺要求中，应根据元器件的结构特点做出一些特殊的要求，如元器件排列整齐，并且要压到底。在手工焊接或波峰焊修补的过程中，操作者在操作时会用烙铁加热焊点后用力扶正或下压，如果印制板上焊盘距离合适，这样做是安全的。一旦由于各种原因造成元件引脚和印制板焊盘距离不合适，就会出现引脚受力而造成引脚断裂或脱落，有的仅仅损失的是个别元器件，有的却损失严重，如电解电容的引脚受力，由于其自身的结构特点，引脚受力是很难发现的。产品一旦投入使用，由于元器件本身发热等原因，引脚会慢慢拔出，造成电解液泄露，电解液流到印制板上会严重腐蚀印制板铜线，对产品造成不可修复的损伤。焊接缺陷的修补不仅费时费力，还将无法改进原来的焊接质量。事实上，复焊可能会造成焊接质量的降级，因为它们要经历另一次温度周期，增加金属间化合物的厚度，影响焊点的可靠性。因此，焊接的过程一样要纳入工艺控制之中。


　　．3．3 特殊元件的焊接要求所谓特殊元器件是指那些在焊接时必须用特别的办法才能焊好的元器件，它们一般都是比较脆弱的、不耐温的器件，或者是尺寸极小、不便操作的元器件。如片式陶瓷电容。工艺上必须注明焊接前最好将电容放在温度为100～150℃的预热板上预热1～2 min，严格控制焊接时烙铁头温度和焊接时间。操作时烙铁头应在印制板的焊点上加热，不能碰到陶瓷元件，以免损坏电容造成不良后果。


　　．3．4 辅助材料的选择和使用助焊剂的使用焊接的目的就是用焊料将互相分离的元器件、零部件、导线结合起来，以形成导电通路。焊剂的作用是与锡铅焊料、被焊器件及焊接端子的表面氧化物起化学反应，使被焊接金属原子与焊料表面的原子相互接触，靠原子间的热运动形成合金，当温度降低后，熔融的焊料变成固态，从而将被焊件牢固地结合起来，完成焊接过程。因此，焊剂对保证焊接质量起着关键作用。