Инструкция по входному контролю электронных компонентов - Kompot.top

1. Параметры электронных компонентов, подлежащие проверке на входном контроле

Любой электронный компонент, будь то микросхема, транзистор, реле или другой, – обладает не одной, не двумя, а целым набором характеристик, описанных в технических условиях на этот компонент.

Электрические характеристики любого компонента всегда делятся на:
— статические (напряжения и токи в различных режимах, а также производные от них величины),
— динамические (или временные характеристики),
— функциональный контроль (актуально для микросхем).

Каждый параметр компонента критически важен, так как каждый из них учитывается разработчиками при проектировании схемы – правильно ли функционирует микросхема, на каких напряжениях логического «0» и «1», какие напряжения выдает с выходов, какой ток потребляет в различных состояниях, за какое время срабатывает и так далее. Отклонение по любому из указанных в ТУ параметров в конечном счете приведет к отказу всей системы, в которой установлена наша микросхема.

Контроль указанных выше трех характеристик строго регламентирован нормативной документацией, а именно:
— ГОСТ 16504-81 «Испытания и контроль качества продукции»,
— ГОСТ 18725-83 «Микросхемы интегральные. Общие технические условия» (с Изменениями №1, 2, 3, 4 от 1991 г.),
— ОСТ 11 073.013-2008 «Микросхемы интегральные. Методы электрических испытаний» (с изменениями от 2011 г.)

2. Какое оборудование требуется для входного и сертификационного контроля ЭКБ?

Требования к нему определены нормативной документацией.
ОСТ 11 073.013-2008 «Микросхемы интегральные. Методы электрических испытаний» устанавливает, что оборудование должно обеспечивать:
— Контроль электрических параметров микросхем (статических и динамических) – Метод 500-1
— Контроль токов утечки – Метод 500-4
— Функциональный контроль микросхем – Метод 500-7»

При этом:

— для реализации контроля электрических параметров микросхем:
«…необходимы средства измерений, приборы и приспособления, удовлетворяющие требованиям стандартов на методы измерения электрических параметров микросхем, а также ТУ или ПИ, обеспечивающие:
— задание электрического режима с точностью, установленной в ТУ
— измерение любого электрического параметра в заданных пределах
— погрешность измерения электрических параметров микросхем, установленную в ТУ или ПИ
— отсчет величины параметра в установленном режиме».

— для контроля токов утечки необходимы:
«а) устройство, обеспечивающее снятие зависимости тока от напряжения, имеющее следующие параметры:
— диапазон измеряемых токов – от 0,01 мкА до 1 мА
— погрешность измерения – не более 10%
— диапазон подаваемых напряжений любой полярности – от 100 мВ до 200 В
б) измеритель тока, обеспечивающий снятие зависимости тока от температуры и времени,
— диапазон измеряемых токов – от 100 нА до 1 мкА
— погрешность измерения – не более 10%»

— для реализации функционального контроля
«Контрольно-измерительная аппаратура должна обеспечивать:
— подачу напряжений от источников питания на соответствующие выводы контролируемой микросхемы
— подачу входных логических сигналов на соответствующие входы контролируемой микросхемы
— проверку выходных логических сигналов на соответствующих выводах контролируемой микросхемы».
Отметим, что согласно ОСТ и ГОСТ понятие «функциональный контроль» имеет строгое и однозначное определение — контроль функциональной зависимости выходных сигналов от входных при всех необходимых состояниях проверяемой системы.

Все системные погрешности измерений закладываются в ТЗ на контрольно-измерительное оборудование, рассчитываются при проектировании, аттестуются в ходе испытаний на утверждение типа СИ и ежегодно подтверждаются при поверке каждой единицы ATE.
К примеру, современные тестовые системы для проверки микросхем обеспечивают точности задания и измерения напряжения от единиц мВ, тока – от единиц нА.
Обратите внимание на мультипликативную и аддитивную составляющие погрешностей в разных диапазонах на примере Тестера FORMULA® HF3-512.

Следует отметить, что высокоточные сигналы должны без потерь быть переданы с универсальной тестовой системы на объекты контроля. Для этого требуются так называемые контактирующие устройства (КУ), индивидуальные для каждого компонента или группы компонентов. КУ – это высокотехнологичные изделия, решающие задачу точной передачи сигналов от Тестера на объект контроля и его откликов – на измерительную систему Тестера.

3. Пригодно ли для входного контроля такое оборудование, как «летающие пробники»?

Установки с «летающими пробниками» предназначены для контроля печатных плат после монтажа на соответствие конструкторской документации и локализации технологических дефектов и по своей области применения – технологический процесс производства узлов РЭА – не пригодны для входного контроля.

Сравнивать функции и параметры промышленных средств измерений и «летающих пробников» решительно невозможно ввиду того, что их характеристики не пересекаются, так как оборудование имеет совершенно разное назначение, разную область применения, разные объекты контроля и разные методы реализации контроля.
Однако для наглядности их можно сопоставить в следующих, предусмотренных нормативной документацией категориях.

		Установка с летающими пробниками	Промышленное средство измерений для параметрического и функционального контроля
1	Объект контроля	Печатные платы после монтажа	Микросхемы
2	Назначение	· Контроль собранного печатного узла на соответствие конструкторской документации на монтаж платы · Поиск и локализация технологических дефектов печатного узла	Функциональный и параметрический контроль микросхем на соответствие ТУ и ДСОП
3	Область применения	Операционный контроль плат после монтажа в процессе производства узлов РЭА	Приемочный контроль микросхем (контроль, по результатам которого принимается решение о пригодности продукции к поставкам и/или использованию)
4	Виды контроля	Операционный контроль плат после монтажа (перед передачей на устранение дефектов монтажа либо перед передачей на приемочный контроль)	· Входной контроль · Сертификационные испытания Предъявительские испытания · Типовые испытания · Приемо-сдаточные испытания · Производственный контроль (отбраковочные испытания на пластинах) · Периодические испытания
5	Контролируемый признак	· импеданс · емкость · сопротивление	· Входное и выходное напряжение · Входной и выходной ток · Статический ток потребления · Динамический ток потребления · Ток короткого замыкания · Напряжение блокировки · Токи утечки · Максимальная частота функционирования · Время задержки распространения сигнала · Время нарастания и спада импульса · Минимальная длительность импульса · Результат функционального контроля (обеспечение заданной зависимости выходного набора сигналов микросхемы от входного при всех ее состояниях, заданных временными диаграммами и (или) системами команд или микрокоманд, образующих тестовую последовательность, предусмотренную ТУ (спецификациями)
6	Методы контроля	ICT – внутрисхемный контроль в контрольных точках плат OPS – контроль непропаев NZT – измерение узловых импедансов AOI – оптическая инспекция BS – периферийное сканирование	· Функциональный контроль · Контроль/измерение электрических параметров: -электрических статических параметров -динамических параметров · Контроль/измерение токов утечки
7	Применение результата контроля	Принятие решений о: · Передаче платы на приемочный (финишный) контроль · Отбраковке платы с передачей на ремонт или утилизацию	Принятие решений о: · Пригодности микросхемы к поставкам или использованию по назначению · Забраковании микросхемы · Оформлении рекламации поставщику

Обращаем Ваше внимание, что для проверки качества пайки можно также использовать:
— визуальный контроль оператором либо с помощью автоматического оптического инспектора,
— электрический контроль вручную мультиметром.

Поясним, что ни один вид операционного (технологического) контроля изделия не обеспечивает гарантии приемочного контроля, к методам которого относится функциональный контроль.
Приемочный контроль выполняется принципиально иными методами, нежели операционный (см. правый столбец п.6), имеет иные контролируемые признаки (см. правый столбец п.5) и по его результатам принимаются совершенно иные выводы (см. правый столбец п.7).
Входной контроль активных компонентов, в т. ч. микросхем, невозможен на установках с «летающими пробниками», т. к. для этого используются контролируемые признаки, перечисленные в п.5, правый столбец, которые вообще отсутствуют у «летающих пробников».

Очевидно, что измерение «летающими пробниками» перечисленных в п.5 параметров не имеет никакого отношения к функциональному контролю по определению согласно ОСТ и ГОСТ. Следует различать используемое рядом компаний «собственное определение» базового понятия «функциональный контроль», которое не только идет в разрез с международными стандартами терминологии в предметной области, но что самое главное для отечественной электронной промышленности — в разрез с определениями действующих в нашей стране ОСТ и ГОСТ.

Источник

Константин Лапотко,
главный конструктор, компания «Диполь»
lapotko@gvtek.ru

Качество монтажа электронных компонентов — основной критерий работоспособности электронных устройств. Но итоговое качество продукции зависит не только от уровня проведения монтажа компонентов на печатные платы, но и от столь важного фактора, как исходные комплектующие. Соответственно, к обязательным операциям в технологическом процессе производственной цепочки изготовления электронных устройств следует относить все виды инспекции — от входного контроля комплектующих до контроля качества монтажа компонентов. Такой подход позволяет не только обнаружить все основные дефекты, но и помочь выявить и устранить причину их возникновения, а в конечном счете — повысить процент исправной продукции.

Входной контроль

Проведение входного контроля комплектующих является очень важной операцией, так как позволяет существенно экономить ресурсы, исключив выпуск заведомо некачественной продукции.
К основным дефектам, выявляемым при входном контроле комплектующих, относятся:

несоответствие спецификации изделия;
брак производителя;
контрафакт;
механические повреждения.

Рис. 1 – Брак микросхемы, обнаруженный рентгеновской установкой на входном контроле

Контроль качества монтажа компонентов

Процедуры, предназначенные для проверки качества монтажа, способны определить следующие основные дефекты:

отсутствие компонентов;
смещение и поворот компонентов;
наличие замыканий;
холодная пайка;
наличие пустот;
дефекты при монтаже BGA (Ball Grid Array — специальная форма корпуса чипа, при которой выводы представляют массив шариков припоя, расположенный под корпусом микросхемы).

Контроль качества монтажа компонентов позволяет выявить как ошибки проектирования (неправильный выбор материалов, неудачный выбор посадочных мест под компоненты, размещение компонентов, не подходящее для выбранной технологии монтажа), так и ошибки настройки оборудования при разработке технологического процесса (например, неправильные температурные режимы, неверный подбор материалов).

Рис. 2 – На иллюстрации видно, что ошибка в настройке техпроцесса привела к тому, что некоторые компоненты «съехали» со своих посадочных мест

Разрушающий и неразрушающий контроль

Методы контроля можно разделить на две группы: разрушающие и неразрушающие. Разрушающие методы контроля позволяют практически гарантированно выявлять большинство дефектов, но обладают главным недостатком, скрывающимся в их названии. Разрушающие методы контроля применяются в основном в следующих случаях:

выборочный контроль партии особо важных изделий;
выявление глубинных причин дефекта, обнаруженного при неразрушающем контроле;
определение причин отказа неработоспособных изделий.

При этом чаще всего на производстве находят применение неразрушающие методы контроля качества, с помощью которых удается обнаруживать практически все дефекты, оставляя прошедшую контроль продукцию пригодной для дальнейшего использования.

Основные неразрушающие методы контроля качества монтажа

При производстве электронных изделий существует четыре основных метода контроля:

визуальный;
оптический;
электрический;
рентгеновский.

Визуальный контроль

Рис. 3 – Цифровой микроскоп для проведения визуального контроля

Это один из традиционных и одновременно самых простых методов, при котором сотрудник проводит контроль качества визуально. Данный способ относится к основным методам входного контроля, позволяет легко обнаруживать многие дефекты невооруженным глазом, в том числе:

отсутствие компонентов;
несоответствие маркировки;
механические повреждения;
смещение компонентов.

Сейчас основной инструмент операторов, выполняющих визуальный контроль, — видеомикроскоп. Во-первых, он помогает выявить более мелкие дефекты: непропаянные соединения, недостаток/избыток припоя, перемычки, загрязнения, малые смещения компонентов, холодную пайку, окисление контактов от перегрева и прочее.

Во-вторых, это оборудование комфортно для обслуживающего персонала. Раньше окуляры микроскопов располагались вертикально, поэтому всю рабочую смену оператор проводил в неестественной, неудобной позе. В результате вместе с нагрузкой на глаза создавалось дополнительное негативное влияние на шею и позвоночник, что приводило к развитию профессиональных заболеваний. Современные модели микроскопов строятся на базе FHD-видеокамер, которые транслируют изображение на монитор. Исследуемую печатную плату укладывают на плавающий антистатический столик с электронным управлением. Существуют также мобильные видеомикроскопы, которые позволяют обследовать платы, не снимая их с посадочного места. Они особенно удобны при ремонте крупных электронных приборов.

Несмотря на очевидные достоинства, такие как низкая стоимость оборудования и простота использования, визуальный метод контроля имеет определенные недостатки: большие временные затраты, присутствие профессионального оператора, невозможность обнаруживать многие типы дефектов. Поэтому визуальный контроль не должен являться единственным методом контроля качества, однако может активно применяться при входном контроле, а также как промежуточный метод контроля, позволяя оперативно обнаруживать явные крупные дефекты и снижая нагрузку на последующие методы контроля.

Автоматический оптический контроль

Рис. 4 – Система автоматической оптической инспекции Zenith UHS

По сравнению с визуальным контролем система автоматической оптической инспекции имеет следующие преимущества:

частично исключаются недостатки человеческого фактора;
повышается производительность за счет автоматизации;
может применяться не только для итогового контроля качества пайки компонентов, но и на других этапах технологического процесса для межоперационного контроля операций — нанесения паяльной пасты, позиционирования компонентов и т. д.

Методика проведения инспекции:

Многочастотный муар (аналоговый) – формирование с помощью аналоговых проекторов( свет проходит через линзу, на которой нанесена гравировка линий с шагом 0,37 мкм) «муаровых узоров» на поверхности инспектируемого объекта , считывание информации камерой, расчет по алгоритму точных геометрических характеристик объекта и построение 3D визуализации. Наиболее точный и эффективный метод ( минимальное количество ложных срабатываний). Применяется только в системах KohYoung ( Ю.Корея).
Такой метод контроля в 3D способен обнаруживать следующие дефекты:

Отсутствие компонента;
Смещение компонента, вывода компонента;
Поворот компонента, вывода компонента;
Неправильная полярность компонента;
Перевернутый компонент;
Приподнятый корпус компонента;
Приподнятый вывод компонента;
Несоответствующий объем галтели;
Перемычки между выводами компонента;
Посторонние предметы на плате.

Многочастотный муар (DLP- digital light projector) – сходная по технологии система 3D инспекции, за исключением метода получение «муаровых узоров» . В системах DLP узор создаётся матрицей цифрового проектора, которая не может дать тех же характеристик, что и аналоговый метод. Как следствие, увеличивается количество ложных срабатываний и качество инспекции ( особенно мелких компонентов). В большинстве случаев такие системы 80% инспекций делают с использование устаревшего метода 2D.

Лазерное измерение – метод 3D реконструкции исследуемого компонента путем лазерной триангуляции. Имеет высокую скорость инспекции и хорошую точность измерения корпусов больших объектов. При работе с прозрачными и отражающими поверхностями, разными цветами компонентов и оснований, а так же компонентами с малым габаритом корпуса система справляется хуже и дает большое количество ложных срабатываний.

2D метод – снимок объекта с использованием многоуровневой кольцевой RGB подсветки , анализ и подсчет снятых камерой пикселей определенного цвета и дальнейшая реконструкция либо сравнение с эталоном. Это наиболее устаревшая технология, которая не позволяет в полной мере провести измерения с высокой точностью.

Системы автоматической оптической инспекции обычно имеют дополнительные программные опции, благодаря которым, с одной стороны, можно повысить точность и скорость проведения контроля, а с другой — проводить анализ причин возникновения дефектов.

Данные системы пользуются большой популярностью при изготовлении электроники, поскольку на их основе строятся сложные, многозадачные системы машинного зрения, тесно интегрирующиеся в технологический процесс и участвующие не в одном, а в целой серии основных этапов производства. Однако, являясь логическим развитием средств визуального контроля, подобные системы обладают существенным недостатком: они не способны обнаруживать все возможные дефекты. В частности, оптическим системам физически не доступны дефекты, расположенные под корпусами элементов (BGA-компоненты, многоконтактные разъемы), а также внутренние дефекты, как изначально имеющиеся внутри компонентов, так и возникшие в результате нарушения технологии монтажа компонентов.

Электрический контроль

Электрический метод контроля основан на измерении параметров цепей при пропускании электрического тока через систему контактирования установки контроля с тестируемым образцом. Метод применяется как для проверки несмонтированных печатных плат с целью контроля качества их изготовления, так и для смонтированных печатных плат. Данный подход позволяет определять короткие замыкания, отсутствие соединений, измерять основные электрические параметры, а также проверять функциональность активных и пассивных компонентов. Главный недостаток метода — сложность определения типа неисправности и необходимость либо дополнительно прибегать к дополнительным способам контроля, либо переводить изделие в разряд брака без определения типа и причины возникновения дефекта. Метод нашел успешное применение при изготовлении печатных плат, позволяя с высокой скоростью и степенью автоматизации выполнять контроль качества их изготовления. Электрический контроль находит применение и при инспекции готовых изделий, но вследствие невысокой универсальности используется не столь широкого, как остальные методы.

Рентгеновский контроль

Рис. 5 — Промышленная система рентгеновского контроля СРК-1000 производства «Диполь»

Рентгеновский контроль является наиболее универсальным методом неразрушающего контроля качества при производстве электроники, с помощью которого можно находить наибольшее количество дефектов. Это единственный метод обнаружения дефектов, локализованных в визуально недоступных местах изделия (под компонентами, внутри корпусов).

Данный метод похож на визуальный или оптический, когда оператор проводит анализ изображения изделия или его отдельных частей. Основное отличие — использование изображения, полученного за счет просвечивания объекта контроля рентгеновским излучением с регистрацией изображения на цифровом детекторе. Такой подход позволяет просматривать объекты контроля насквозь и обнаруживать максимально широкий спектр дефектов в местах, недоступных для контроля при использовании других методов (под корпусами компонентов, внутри корпусов компонентов и изделий, в промежуточных слоях многослойных печатных плат, в переходных и монтажных отверстиях):

пустоты внутри соединений;
дефекты при монтаже BGA-компонентов;
разрыв или отсутствие проволочных соединений в чипе;
дефект или отсутствие чипа в корпусе;
дефекты внутренних слоев и переходных отверстий печатных плат.

Рентгеновский контроль находит свое применение на всех этапах производства электроники: входном, межоперационном, выходном контроле, при ремонте и анализе неисправностей в процессе эксплуатации изделий.

Несмотря на огромные возможности и универсальность применения, данный метод также не лишен недостатков: невысокая скорость, зависимость от квалификации оператора, высокая стоимость оборудования. Все это препятствует широкому распространению систем рентгеновского контроля, в связи с чем их покупка и использование становятся прерогативой либо крупных производственных компаний, либо компаний, выпускающих продукцию, к качеству которой заказчиком или нормативной документацией предъявляются особенно высокие требования.

Заключение

Общие принципы организации контроля при монтаже электронных компонентов

Учитывая особенности и недостатки существующих методов контроля, можно заключить, что ни один из них не является универсальным. В связи с этим обеспечение необходимого уровня качества требует комплексного подхода с использованием нескольких способов проверки качества изделий.

Например, хорошо зарекомендовала себя схема двухступенчатого контроля, когда «быстрыми» методами проводится сплошной контроль продукции, а «медленными», но более эффективными — выборочный контроль партии. В любом случае, для организации эффективного и экономически целесообразного контроля необходимо учесть большое количество факторов: номенклатуру изделий, объем производства, требования заказчика и нормативной документации, а также посчитать и сравнить стоимость контроля продукции и появления брака. Все это непростые задачи, но их необходимо решать. Правильно организованный контроль повышает экономическую эффективность производства и существенно снижает риски при выпуске электронных устройств.

Источник

Публикации

Введение

Среди потребителей электронной компонентной базы (далее – ЭКБ), можно выделить предприятия, осуществляющие изготовление высокотехнологичной аппаратуры широкого спектра назначения. При выборе внешних поставщиков продукции, данные потребители на основании проводимых оценок, отдают предпочтение поставщикам ЭКБ, имеющим сертифицированную систему менеджмента качества (далее – СМК), на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2015 и (или) документов по стандартизации оборонной продукции и руководящих документов. В пункте 8.4 стандарта [1] прописано требование о необходимости верификации внешней продукции и услуг. Основным межгосударственным стандартом, регламентирующим входной контроль продукции, является ГОСТ 24297-2013 «Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроля». Входной контроль в организациях, изготавливающих и поставляющих ЭКБ военного назначения, проводится с учетом требований ГОСТ РВ 0015-308-2017 «Система разработки и постановки продукции на производство. Военная техника. Входной контроль изделий. Основные положения».

Под входным контролем понимается контроль изделий поставщика, поступивших к потребителю и предназначенных для использования при изготовлении, ремонте и эксплуатации продукции [2]. Как правило, входной контроль выделен в функциональной структуре СМК поставщиков ЭКБ в отдельный ключевой (основной) процесс СМК [3,4], от результативного функционирования которого зависит выполнение требований потребителей, репутация и надежность поставщика ЭКБ.

Основная часть

В ООО «ВИТАЛ ЭЛЕКТРОНИКС ВП» было проведено исследование по улучшению процесса входного контроля ЭКБ. На первом этапе была разработана карта процесса, приведенная в виде таблицы 1, в которой визуализированы основные составляющие процесса с учётом пункта 4.4 стандарта [1].

Таблица 1. КАРТА ПРОЦЕССА СМК «ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ ЭКБ»

Цели процесса:

Проверка соответствия качества поставляемой ЭКБ, предотвращение применения при разработке, изготовлении, эксплуатации и ремонте потребителем изделий ЭКБ, не соответствующих требованиям технической и конструкторской документации, документов по стандартизации и контрактов на поставку

Ответственные:

Руководитель процесса: заместитель генерального директора по качеству
Исполнители процесса: специалисты службы качества, ответственные за проведение входного контроля ЭКБ

Входы процесса:

закупленная ЭКБ;
сопроводительная документация на закупленную ЭКБ;
подписанный договор на поставку ЭКБ потребителю (в части проведения входного контроля и идентификации).

Выходы процесса:

ЭКБ, прошедшая входной контроль в соответствии с требованиями потребителя;
документация, подтверждающая проведения входного контроля ЭКБ.

Внешние документы по стандартизации, регламентирующие процесс:

ГОСТ Р ИСО 9001-2015 «Системы менеджмента качества. Требования»;
ГОСТ РВ 0015-002-2020 «Система разработки и постановки на производство военной техники. Система менеджмента качества. Требования»;
ГОСТ РВ 0015-308-2017 ««Система разработки и постановки продукции на производство. Военная техника. Входной контроль изделий. Основные положения»;
ГОСТ 24297-2013 «Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроля»;
ГОСТ Р 57880-2017 «Система защиты от фальсификаций и контрафакта. Электронные изделия. Предотвращение получения, методы обнаружения, сокращение рисков применения и решения по использованию фальсифицированной и контрафактной продукции»;
ЭС РД 009-2023 «Система добровольной сертификации «Электронсерт». Дополнительные требования к системе менеджмента качества организаций-поставщиков электронной компонентной базы военного и двойного назначения»;
ЭС РД 010-2020 «Система добровольной сертификации «Электронсерт». Требования к поставщикам электронной компонентной базы и порядок их квалификации».

Внутренние документы по стандартизации, регламентирующие процесс:

РК ВЭВП 01.01-2022 СМК «Руководство по качеству»;
СТО ВЭВП 01.05-2021 СМК «Входной контроль поставляемой продукции»;
СТО ВЭВП 01.15-2018 СМК. «Противодействие поставкам контрафактной и фальсифицированной продукции».

Общий порядок проведения входного контроля ЭКБ

проверка сопроводительной документации;
фотографирование упаковки и этикетки;
вскрытие упаковки;
проверка ЭКБ на соответствие комплектности и количества,
контроль маркировки, состояния корпусов, внешних выводов, проверка ЭКБ на определение наличия (отсутствия) признаков контрафактного происхождения;
фотографирование ЭКБ;
упаковка ЭКБ;
инструментальный контроль (проверка массы, габаритных, установочных и присоединительных размеров), если это предусмотрено контрактом на поставку;
печать этикетки и ее фотографирование;
оформление отчетности по результатам входного контроля.

Риски, возникающие при реализации процесса

риск ошибочных решений о соответствии ЭКБ из-за недостатка информационно-справочных материалов по номенклатуре ЭКБ ИП;
непреднамеренные ошибочные действия персонала при проведении входного контроля ЭКБ из-за чрезмерно интенсивной работы;
риск ошибочных решений о соответствии ЭКБ из-за отсутствия технических средств и оборудования;
приведение закупленной продукции в несоответствие из-за некомпетентности персонала;
ложное забракование ЭКБ из-за некомпетентности персонала;
риск ошибочных решений о соответствии ЭКБ из-за применения непригодных устройств для мониторинга и измерений.

Ресурсы

персонал Службы качества;
инфраструктура рабочих мест для проведения входного контроля ЭКБ;
конструкторская и технологическая документация на поставляемую продукцию, документация СМК;
средства измерений, инструменты и оснастка.

Мониторинг

при анализе удовлетворенности потребителей;
при проведении сквозного контроля подразделений по выполнению процедуры идентификации и прослеживаемости закупаемых и поставляемых ЭКБ;
при внутреннем аудите процесса;
при проведении совещаний Совета по качеству.

Оценка результативности

Критерии:
— доля продукции, на которую не получены рекламации, в общем числе поставленной продукции;
— доля продукцию, на которую не получены претензии, не оформленные в виде рекламаций;
— доля ЭКБ, соответствующая технической документации и не забракованной Службой качества при входном контроле.
Периодичность оценки: один раз в год
Ответственный: заместитель генерального директора по качеству

Мероприятия по организации и порядку проведения входного контроля ЭКБ следует подробно регламентировать во внутренней нормативной документации СМК (положение, стандарт, инструкция). В данном документе следует отразить следующее [4,6]:

цель процесса (выполняемых работ);
ответственность по процессу;
требования к проведению входного контроля (требования к персоналу, инфраструктуре, устройствам для мониторинга и измерений, производственной среде, включая защиту от электростатического заряда)
порядок проведения входного контроля ЭКБ;
методы противодействия поставкам контрафактной и фальсифицированной продукции с учетом требований прописанных в [5];
порядок проведения перепроверки и передачи ЭКБ для испытаний;
порядок ведения отчётность по результатам входного контроля ЭКБ;
показатели результативности процесса;
действия в отношении рисков, возникающих при реализации процесса;
приложения, в которых целесообразно привести карту процесса, формы отчетных документов (журнал входного контроля, этикетки), перечень изделий, подлежащих входному контролю, с учетом требований в [6].

На втором этапе была разработана диаграмма Ганта, которая позволила оценить длительность этапов входного контроля ЭКБ (приведена на рисунке 1). Входной контроль ЭКБ, проводимый предприятиями-поставщиками ЭКБ, включает следующие основные этапы [3,6,7]:
1. проверка сопроводительной документации;
2. фотографирование упаковки и этикетки;
3. вскрытие упаковки;
4. проверка ЭКБ на соответствие комплектности и количества;
5. контроль маркировки, состояния корпусов, внешних выводов, проверка ЭКБ на определение наличия (отсутствия) признаков контрафактного происхождения;
6. инструментальный контроль (проверка массы, габаритных, установочных и присоединительных размеров), если это предусмотрено контрактом на поставку;
7. фотографирование ЭКБ;
8. упаковка ЭКБ;
9. печать этикетки и ее фотографирование;
10. оформление отчетности по результатам входного контроля.

Длительность выполнения задач была рассчитана при проведении входного контроля по документации и внешнему виду интегральных микросхем производства Analog Devices в количестве 325 штук, которые были упакованы в ленту.

Наиболее длительными оказались:

этап 4 (в части осуществления пересчета ЭКБ);
этап 10 (в части оформления журнала входного контроля ЭКБ на бумажном носителе).

Рисунок 1. Диаграмма Ганта процесса «Входной контроль ЭКБ»

Для сокращения длительности этапа 4, было принято решение о приобретении ручного счетчика электронных компонентов Magic M Component Counter, внешний вид которого представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Ручной счетчик электронных компонентов Magic M Component Counter

Подсчет ЭКБ ведется в двух режимах: подсчет лент с компонентами и подсчет компонентов с аксиальными и радиальными выводами. Данное устройство, не относится к средствам измерений и не подлежит обязательной метрологической поверке, поэтому с целью установления порядка управления данным счетчиком была разработана рабочая инструкция по особенностям его эксплуатации и обслуживанию.

Было также принято решение о том, что подсчет ЭКБ, поставляемой россыпью (элементы крепления, составные части электрических соединителей и др.) в больших количествах (больше 1000 шт. в одной партии), следует проводить на лабораторных весах, с функцией счетного режима. Для данного средства измерений (далее – СИ) необходимо организовывать ежегодную метеорологическую поверку. Порядок управления СИ целесообразно указать в отдельной документированной процедуре СМК.

Важно отметить, что в нормативной документации, в части управления средствами для измерений и мониторинга, применяемых поставщиком, необходимо установить требования о правомочности результатов предыдущих измерений, для снижения вероятности возникновения рисков, связанных с ошибочными решениями о качестве продукции. Подробно этот вопрос рассматривался в публикации [8].

Для сокращения длительности этапа 10 было принято решение о ведении и формировании отчетности в электронном виде. При этом с учетом требований, установленных в [3] и [4] предусматривается регистрация следующих данных:

наименование изделия;
наименование производителя и страны происхождения;
наименование поставщика;
дата изготовления;
номер партии;
количество проверенных изделий;
документы на поставку;
принадлежность изделий к конкретному заказу (счету) с указанием потребителя и номера договора;
количество забракованных изделий;
заключение о результатах проверки и испытаний изделий;
данные о наличии (отсутствии) признаков ЭКБ контрафактного происхождения;
дата проведения входного контроля;
ответственного представителя службы качества, который проводил входной контроль изделий;
фотографии этикеток, упаковки и ЭКБ.

Кроме того, при проведении исследования был расширен перечень рисков, возникающих при реализации входного контроля ЭКБ. В таблице 2 приведены наименования рисков, действия (мероприятия) по снижению вероятности их возникновения и ответственные за проведения действий (мероприятий).

Таблица 2.Перечень рисков, возникающих при реализации процесса «Входной контроль ЭКБ»

№ п/п	Наименование рисков	Мероприятия по снижению вероятности возникновения рисков	Ответственный за проведение мероприятий
1	Риск ошибочных решений о соответствии ЭКБ из-за недостатка информационно-справочных материалов по номенклатуре ЭКБ ИП	Запрос информационно-справочных материалов ЭКБ ИП у поставщиков через отдел технической поддержки, формирование информационной базы ЭКБ ИП	Заместитель генерального директора по качеству
2	Непреднамеренные ошибочные действия персонала при проведении входного контроля ЭКБ из-за чрезмерно интенсивной работы	Четкое планирование рабочего дня	Заместитель генерального директора по качеству
3	Риск ошибочных решений о соответствии ЭКБ из-за отсутствия технических средств и оборудования	Обращение в испытательный центр (лабораторию)	Заместитель генерального директора по качеству
4	Приведение закупленной продукции в несоответствие из-за некомпетентности персонала	Организация своевременного обучения персонала	Заместитель генерального директора по качеству
5	Ложное забракование ЭКБ из-за некомпетентности персонала	Организация своевременного обучения персонала	Заместитель генерального директора по качеству
6	Риск ошибочных решений о соответствии ЭКБ из-за применения непригодных устройств для мониторинга и измерений	Своевременная поверка и своевременное обслуживания устройств для мониторинга и измерений	Заместитель генерального директора по качеству

Заключение

Поставщики ЭКБ занимают важное место в системе распространения электронной продукции [9]. От того насколько результативно и эффективно будет проведен входной контроль продукции зависит полнота выполнения требований потребителя, а значит репутация и надежность поставщика. Сформулированные предложения, по повышению результативности входного контроля ЭКБ позволят улучшить деятельность по организации входного контроля продукции.

Литература

1. ГОСТ Р ИСО 9001-2015 «Системы менеджмента качества. Требования»
2. ГОСТ 16504-81 «Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения»
3. ЭС РД 009-2023 «Система добровольной сертификации «Электронсерт». Дополнительные требования к системе менеджмента качества организаций-поставщиков электронной компонентной базы военного и двойного назначения»
4. ЭС РД 010-2020 «Система добровольной сертификации «Электронсерт». Требования к поставщикам электронной компонентной базы и порядок их квалификации»
5. ГОСТ Р 57880−2017 «Система защиты от фальсификации и контрафакта. Изделия электронные. Предотвращение получения, методы обнаружения, сокращения рисков применения и решения по использованию фальсифицированной и контрафактной продукции»
6. ГОСТ 24297-2013 «Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроля»
7. Подъяпольский С. Б., Булгаков О. Ю. Методические рекомендации и требования к порядку проведения выездных проверок квалифицированных поставщиков ЭКБ // Радиоэлектронная отрасль: проблемы и их решения. 2023. № 1 (13). С 34-35
8. Винокуров А. В., Алексеева Т. И., Зайцева Ю. А. К вопросу об оценке правомочности предыдущих результатов измерений // Радиоэлектронная отрасль: проблемы и их решения. 2023. № 2 (10). С 9-12
9. Подъяпольский С. Б., Булгаков О. Ю., Осипова Е. М. О некоторых аспектах распространения электронной продукции в радиоэлектронной отрасли// Радиоэлектронная отрасль: проблемы и их решения. 2022. № 3 (7). С 4-7

Источник

Среди стандартных процессов подготовки сборочно-монтажного производства одно из важнейших мест занимает входной контроль комплектующих — и печатных плат, и компонентов. Цель настоящей статьи — представить обзор основных методов входного контроля, сферу их применения, требования к процедурам, возможные проблемы и методы их решения.

Визуальный входной контроль печатных плат

Достаточно ли внимания вы уделяете входному контролю печатных плат? Наиболее полные критерии оценки качества изготовления печатных плат приведены в стандарте IPC-A-600G. Для визуальной оценки отдельных параметров возможно также использование стандарта IPC-A-610D RU.
Наиболее распространенные дефекты печатных плат, которые могут быть обнаружены на этапе входного контроля, приведены в таблице 1. Дальнейшие действия, предпринимаемые при обнаружении того или иного дефекта, должны опираться на производственные стандарты предприятия.

Таблица 1. Виды дефектов печатных плат, которые могут быть обнаружены на этапе входного контроля

Пример дефекта	Описание дефекта
	Механическое повреждение печатной платы. Сколы по краю платы, повреждение паяльной маски и диэлектрика
	Дефект изготовления печатной платы — монтажное отверстие заполнено припоем
	Дефект изготовления печатной платы — монтажные отверстия заполнены паяльной маской. Установка компонентов невозможна
	Дефекты изготовления печатной платы: 1) Смещение рисунка паяльной маски относительно размещения контактных площадок. 2) Переходные отверстия полностью не заполнены паяльной маской. Потенциальные ловушки для остатков флюса при отмывке печатных узлов. 3) Чрезмерное утоньшение паяльной маски на контактных площадках переходных отверстий
	Образование пустот под паяльной маской. Возможно ее отслоение в процессе последующих технологических операций
	Неудовлетворительное качество финишного покрытия/повреждение финишного покрытия контактной площадки
	Дефект изготовления печатной платы — нарушение геометрии контактной площадки
	Дефект изготовления печатной платы — дефектная металлизация контактной площадки переходного отверстия
	Дефект финишного покрытия (низкое качество лужения) — перемычка припоя в неположенном месте
	Дефект изготовления печатной платы — перетрав проводников
	Дефект изготовления печатной платы — разрыв проводников под паяльной маской
	Дефект изготовления печатной платы — отслоение металлизации от контактной площадки
	Дефект изготовления печатной платы: 1) Нарушение покрытия паяльной маски, 2) Вкрапление частиц металлизации, 3) Замыкание проводников
	Дефект изготовления печатной платы — деформация. Существует высокая вероятность повреждения оборудования для сборки печатных плат. Максимальная деформация по диагонали не должна превышать 0,75%

Входной контроль печатных плат — изгиб и скручивание

Деформация печатных плат является одним из наиболее распространенных дефектов базовых материалов. Насколько опасны эти дефекты? Какие существуют допуски на деформацию? Как произвести измерения и определить степень пригодности печатных плат к сборке? Эти и другие вопросы будут рассмотрены ниже.
Многие производители электронных изделий необоснованно пренебрегают дефектами, вызванными изгибом и скручиванием печатных плат. Например, нам неоднократно приходилось слышать такие фразы: «С помощью прижимных планок и поддержки снизу мы можем компенсировать деформацию печатных плат». Действительно, названным способом во многих случаях можно компенсировать небольшую деформацию печатных плат. Однако применение плат, имеющих существенную деформацию, может стать причиной поломки дорогостоящего оборудования (см. рис. 1—3) или многочисленных производственных дефектов.

Рис. 1. Дефект печатной платы: продольная деформация — изгиб. Автоматизированная сборка таких плат невозможна

Рис. 2. Дефект печатной платы: деформация по диагонали — скручивание. При движении по конвейеру правый нижний край печатной платы «заехал» на прижимную планку — возможно повреждение оборудования при установке компонентов

Рис. 3. Пример повреждения автомата установки компонентов. Сломан шток установочной головки (указано красной стрелкой)

Нормативные требования

«Общий стандарт по конструированию печатных плат» IPC-2221A гласит: «Если нет иных указаний в основном чертеже, максимальное значение изгиба (см. рис. 1) и скручивания (см. рис. 2) не должно превышать 0,75% для плат с применением технологии поверхностного монтажа компонентов и 1,5% для плат, используемых для всех других технологий монтажа. Используемые при сборке мультиплицированные печатные платы и групповые заготовки, которые затем разделяются, должны также соответствовать указанным требованиям».

Оценка деформации

Оценка производится измерениями в соответствии со стандартом IPC-TM-650, «Метод 2.4.22».

Требуемое оборудование

– плоская поверхность;
– микрометр.

Проведение испытаний (изгиб)

Поместите образец печатной платы на плоскую поверхность. Надавите на образец для его выпрямления, измерьте его длину (Д) и ширину (Ш) (см. рис. 4)

Рис. 4. Внешнее измерение

Поместите образец печатной платы на плоской поверхности выпуклой стороной вверх.
Придавите каждый край с обеих сторон для полного контакта с поверхностью (см. рис. 5).

Рис. 5. Измерение изгиба

Проведите измерение зазора по центру между плоской поверхностью и нижней стороной образца печатной платы с помощью микрометра по длине и/или по ширине.
Рассчитайте процентное соотношение изгиба по формулам:

где И_Д — процент изгиба по длине; И_Ш — процент изгиба по ширине; R_Д — измеренный максимальный зазор поперек длины платы; R_Ш — измеренный максимальный зазор поперек ширины платы.
Сравните полученные результаты с данными стандарта IPC-2221A.

Проведение испытаний (скручивание)

Поместите образец на плоскую поверхность. Надавите на образец для его выпрямления, измерьте образец по диагонали (D). Поместите образец печатной платы таким образом, чтобы три угла касались плоской поверхности.
Измерьте зазор между четвертым углом и плоской поверхностью микрометром и запишите измеренный результат как R.
Рассчитайте процентное отношение скручивания по формуле:

где R — размер зазора; D — величина диагонали образца1.
Сравните полученные результаты с данными стандарта IPC-2221A.

Входной контроль печатных плат — тесты на паяемость

Часто встречаются ситуации, когда клиенты, сталкиваясь с неудовлетворительной паяемостью печатных плат (см. рис. 6—9), задают вопросы о том, какие материалы для пайки (припой, флюс или паяльную пасту) лучше выбрать для устранения проблем. Однако борьба с возникшей проблемой не способствует ее предотвращению. «Сражаясь» с дефектом, вы не устраняете причину его возникновения, тем самым увеличивая себестоимость изделий и снижая их надежность в процессе эксплуатации.

Рис. 6. Неудовлетворительная паяемость контактных площадок

Рис. 7. Неудовлетворительная паяемость контактных площадок и монтажных отверстий

Рис. 8. Отсутствие паяемости контактных площадок с покрытием (NiAu)

Рис. 9. Неудовлетворительная паяемость контактных площадок, припой не смачивает контактные площадки и собирается в шарики

Причины неудовлетворительной паяемости могут быть разными, включая неправильное хранение и обращение с печатными платами. Срок хранения печатных плат прежде всего ограничен условиями хранения и, конечно, зависит от материала финишного покрытия. Именно поэтому перед началом использования новой партии печатных плат наиболее эффективным профилактическим мероприятием является введение операции входного контроля. Методика проведения испытаний на паяемость печатных плат подробно описана в стандарте IPC/J-STD-003B, который уже переведен на русский язык.
В стандарте IPC/J-STD-003B представлено более 10-ти методов контроля паяемости контактных площадок и монтажных отверстий печатных плат. Мы же подробно остановимся на методе контроля паяемости печатных плат, используемых в производстве изделий с применением технологии поверхностного монтажа.

Метод Е — моделирование процесса поверхностного монтажа с применением оловянно-свинцового припоя

Данный метод контроля имитирует реальные условия для пайки печатных плат методом оплавления, изготовленных для технологии поверхностного монтажа.

Требуемое оборудование

Устройство трафаретной печати/трафарет. Для проведения теста конструкция трафарета должна соответствовать рисунку контактных площадок печатной платы и требованиям стандарта IPC-7525A; толщина трафарета должна удовлетворять требованиям таблицы 2.

Таблица 2. Выбор толщины трафарета

Номинальная толщина трафарета, мм	Шаг выводов ИС, мм
0,10	<0,50
0,15	0,50…0,65
0,20	>0,65

Тестовый образец

Тестовый образец печатной платы должен быть частью печатной платы или целой платой. Тестовый образец должен быть выборкой из испытываемой партии плат. Образец должен тестироваться в условиях, максимально приближенных к условиям реального процесса сборки печатных узлов. Обращение с тестовым образцом должно быть аккуратным и исключать возможность его загрязнения или механического повреждения контактных поверхностей.

Оборудование для пайки оплавлением

Для оплавления припоя должна использоваться ИК-/конвекционная печь или система парофазной пайки. Температуры, приведенные в таблице 3, соответствуют температуре/длительности пребывания для паяльной пасты.

Таблица 3. Выбор параметров процесса оплавления

Тип печи	Температура, °C¹	Время, с
Парофазное оплавление	215.219	30…60 (контакт при оплавлении)
ИК/конвекционная паяльная печь	Предварительный нагрев 150…170	50.70
Оплавление 215…230

¹В зависимости от размеров и толщины тестового образца для достижения температуры пайки, указанной в таблице 3, может потребоваться дополнительное время.

Оборудование для визуального контроля

Визуальный контроль осуществляется с помощью стереомикроскопа с 10-кратным увеличением.

Процедура контроля

Нанесите паяльную пасту через трафарет на тестовый образец печатной платы. Произведите оплавление паяльной пасты в печи на рекомендуемых режимах. После завершения процесса пайки произведите очистку поверхности печатной платы от остатков флюса с помощью подходящей промывочной жидкости.

Критерии оценки

Минимум 95% поверхности каждой контактной площадки должно иметь равномерное покрытие припоем (см. рис. 10). Остальная поверхность может иметь незначительные области, не смоченные припоем, или проколы при условии, что данные дефекты не сконцентрированы в одном месте (см. рис. 11).

Рис. 10. Хорошая паяемость; контактные площадки полностью смочены припоем без проколов

Рис. 11. Удовлетворительная паяемость; области, не смоченные припоем, не превышают 5% площади покрытия припоем контактной площадки

Входной контроль ЭРЭ — тесты на паяемость

Трудно найти предприятие, которое хоть раз в своей практике не столкнулось с проблемой неудовлетворительной паяемости выводов электронных радиоэлементов (ЭРЭ), как показано на рисунках 12 и 13.

Рис. 12. Выводы оптрона частично смочены припоем

Рис. 13. Вид вывода оптрона (детализация рис. 12) сбоку. Вывод оптрона погружен в припой, но угол смачивания вывода припоем >90°, что свидетельствует о неудовлетворительной паяемости вывода

Причин возникновения данного дефекта много: от неправильного выбора технологических материалов и режимов пайки до нарушения условий хранения или бракованных комплектующих. И все же наиболее часто подобные проблемы связаны именно с нарушением условий/сроков хранения элементов или поставкой некачественных компонентов.
Эта часть статьи будет посвящена двум наиболее важным и часто задаваемым вопросам: методике оценки паяемости выводов ЭРЭ и критериям оценки качества.

Предварительный анализ

Контроль ЭРЭ на паяемость может осуществляться как в обязательном порядке (выборочный входной контроль), так и в случае обнаружения большого количества дефектов в процессе сборки печатных узлов (см. рис. 12 и 13). Безусловно, проведение выборочного входного контроля является более предпочтительным по сравнению со вторым случаем, т.к. в случае обнаружения ЭРЭ с неудовлетворительной паяемостью можно предпринять превентивные меры и не допустить лавинообразного нарастания числа дефектов при пайке.

Тем не менее, если вы столкнулись с дефектами, аналогичными приведенным на рисунках, перед принятием решения о необходимости проведения испытаний по контролю паяемости ЭРЭ необходимо забракованные печатные узлы подвергнуть общему предварительному анализу. Если неудовлетворительная паяемость выводов наблюдается практически на всех типах компонентов, то, в первую очередь, необходимо подвергать исследованию качество применяемых технологических материалов и параметры техпроцесса. Если же проблема проявляется только на одном типе ЭРЭ, то исследованию подвергаются уже сами компоненты.

Подробно методика проведения испытаний на паяемость ЭРЭ рассмотрена в стандарте IPC/EIA/JEDEC J-STD-002С «Методы оценки паяемости выводов компонентов, контактов, проушин, клемм и проводов». В данном стандарте приведено более 10-ти методов контроля паяемости выводов ЭРЭ для поверхностного монтажа и монтажа в отверстия с использованием свинцовой и бессвинцовой технологии пайки. Мы же остановимся подробно только на одном методе контроля паяемости компонентов поверхностного монтажа.

Метод моделирования процесса поверхностного монтажа с применением оловянно-свинцового припоя

В данном методе для компонента поверхностного монтажа имитируются реальные условия пайки методом оплавления.

Требуемое оборудование

Устройство трафаретной печати/трафарет. Для проведения теста конструкция трафарета должна соответствовать рисунку контактных площадок печатной платы и требованиям стандарта IPC-7525A, толщина трафарета должна удовлетворять требованиям таблицы 2.

Подложка для испытаний

Для проведения испытания используется керамическая подложка (не смачиваемая припоем) номинальной толщиной 0,635 мм. Возможно использование других типов подложек.

Оборудование для пайки оплавлением

Оборудование для визуального контроля

Визуальный контроль осуществляется с помощью стереомикроскопа с 10-кратным увеличением. Для контроля компонентов с малым шагом выводов или контактных поверхностей (с шагом 0,5 мм или меньше) увеличение в процессе контроля должно быть не менее 30 крат.

Процедура

1. Нанесите паяльную пасту на подложку для испытаний через металлический трафарет одним плавным движением с помощью металлического или полиуретанового ракеля.
2. Аккуратно, стараясь не размазать отпечаток пасты, снимите трафарет.
3. Убедитесь в том, что геометрия полученного отпечатка соответствует выводам тестируемого компонента.
4. Произведите установку тестируемого компонента на отпечатки паяльной пасты на подложке.
5. Используя увеличительное оборудование, убедитесь в точности позиционирования компонента.
6. Поместите подложку с компонентом в печь и произведите оплавление.
7. После оплавления аккуратно извлеките подложку с компонентом из печи и дайте ей остыть до комнатной температуры.
8. Удалите компонент(ы) с подложки. Выводы компонента могут слегка прилипать к подложке из-за остатков флюса.
9. Перед визуальным контролем все видимые остатки флюса необходимо удалить с помощью рекомендуемой отмывочной жидкости со всех выводов компонента.

Критерии оценки

Критерием качества паяемости является равномерное, непрерывное и бездефектное покрытие припоем минимум на 95% металлизированных участков (областей) вывода компонента, являющихся критичными с точки зрения формирования паяного соединения (см. рис. 14—17).

Рис. 14. Критичные области вывода компонента — В (нижние и боковые поверхности вывода на высоту 2Т со стороны пятки вывода). Паяемость верхней части вывода не регламентируется

Рис. 15. Критичные области вывода компонента — А и В (нижние и боковые поверхности вывода на высоту толщины вывода). Паяемость верхней части и торца вывода (области С и С1) не регламентируется. Допускается наличие оголенного базового металла вывода компонента в торце (область С1)

Рис. 16. Критичная зона А (металлизированная область на нижней стороне компонента) и В (2/3 высоты боковой металлизации компонента)

Рис. 17. Каждый шариковый контакт должен быть покрыт слоем припоя (ровный, гладкий припой без несмоченных зон)

Для корпусов с металлизированными теплоотводами по меньшей мере 80% площади критичной зоны теплоотвода должно иметь сплошное ровное покрытие припоем без дефектов. Дефекты, не связанные с несмачиванием, отсутствием смачивания и порами, не являются выбраковочными дефектами.
ЭРЭ имеют несколько областей, у каждой из которых — свои требования к паяемости (см., например, рис. 14—17).
А и В — боковые и нижние стороны вывода компонента. К этим областям предъявляются наиболее жесткие требования. Вся поверхность этих областей должна быть покрыта равномерным слоем припоя (допускаются небольшие распределенные дефекты).
На рисунках 18—20 приведены три варианта паяемости контактных поверхностей чип-конденсатора.

Рис. 18. Хорошая паяемость, не менее 95% контактных поверхностей имеют гладкое, равномерное и блестящее покрытие

Рис. 19. Удовлетворительная паяемость, контактные поверхности имеют небольшие области, не покрытые припоем

Рис. 20. Неудовлетворительная паяемость, контактные поверхности имеют значительное количество точечных отверстий в покрытии и области, не покрытые припоем

Источник

Входной контроль компонентов

Аркадий МЕДВЕДЕВ, д. т. н., профессор

[email protected] Анатолий БЕКИШЕВ

Как правило, производители электронной аппаратуры доверяют поставщикам комплектующих изделий. Точнее, вынуждены доверять, так как капитальные затраты на оснащение входного контроля полноценной тестирующей аппаратурой слишком велики. Производителю легче выбрать добросовестного поставщика компонентов, чем организовывать их входной контроль. Тем более что наличие в производственной линии внутрисхемного контроля компенсирует отсутствие входного контроля за счет выявления дефектных компонентов на стадии производства. Тем не менее, у производителя аппаратуры ответственного назначения возникает желание оценить стратегию входного контроля с позиций надежности и экономики производства.

Понятие о входном качестве деталей и узлов

Под входным качеством понимают качество партий комплектующих изделий, поступающих в производство. Оценивать качество отдельных партий можно числом дефектных изделий в партии х, либо долей дефектности д.

Доля дефектности определяется по формуле:

д = х/Ы, (1)

где N — объем партии.

Входное качество совокупности партий характеризуется функцией f(х) распределения числа дефектных изделий в партиях или функцией f(q) распределения долей дефектности.

Вид распределения дефектных изделий определяется ненадежностью выходного контроля на заводе-изготовителе, временем хранения, воздействием различных факторов при транспортировке и хранении и т. д.

Для более подробной характеристики входного качества может быть дополнительно использована дисперсия %х2 или дисперсия долей дефектности:

хг2=-Л5>.-?)2- (2)

к — 1

При постоянных объемах партии N дисперсии хХ2 и связаны между собой следу-

ющей зависимостью: %х2 = Ы2ххд2.

Большое значение имеет входной анализ качества комплектующих, который позволяет производителям аппаратуры выявить недостатки, свойственные компонентам того или иного поставщика, заранее принять необходимые меры для повышения надежнос-

ти компонентов еще до возможного отказа аппаратуры. Несмотря на наличие выходного контроля продукции на заводах-постав-щиках, в аппаратуру могут попасть дефектные компоненты.

Назначение

и сущность входного контроля

Входной контроль является дополнительной проверкой компонентов перед использованием их в производстве по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность. Это вызвано тем, что отдельные детали могут иметь пониженное качество из-за недобросовестного контроля на выходе, а также возможным продолжительным хранением готовых изделий на складе, сопровождающимся ухудшением качественных показателей. Кроме того, не исключена возможность повреждения компонентов в процессе транспортировки и т. д.

При входном контроле осуществляется по крайней мере визуальная проверка. При наличии у производителя соответствующей тестирующей аппаратуры и программного обеспечения компоненты подвергаются электрической проверке в сочетании с термотренировкой.

При визуальной проверке обращают внимание на наличие на компоненте (или на упаковке, в которой находятся компоненты) указанных и отчетливо видимых сведений о типе, номинале, допуске, технических условиях или сертификате, а также на отсутствие на изделии царапин, сколов, трещин, вмятин, коррозии.

При электрической проверке удостоверяются в соответствии электрических параметров компонентов данным, указанным в пунктах требований и методик технических условий или сертификатов.

Компоненты, прошедшие входной контроль, дополнительно маркируются отличительным знаком.

Входной контроль компонентов может быть как 100%-ным, так и выборочным. Объем выборки п можно определить по формуле:

п = (^р02)/е, (3)

где ^ — коэффициент, зависящий от доверительной вероятности Р, определяется по таблице; а — среднеквадратическое отклонение исследуемой величины, равное:

• для дельта-распределения а = ДА/2;

• для нормального распределения а = ДА/6;

• для равномерного распределения а = ДА/2^3. Здесь ДА — разность между верхней и нижней границами исследуемого входного параметра по ТУ; е — заданная точность определения математического ожидания.

Обычно устанавливается следующее правило: если при выборочной проверке компонентов будут обнаружены бракованные изделия, проверке подлежит удвоенное количество изделий из этой партии. В случае выявления при проверке удвоенного количества изделий хотя бы одного бракованного компонента, проверке подвергаются 100% изделий полученной партии.

Таблица. Зависимость коэффициента 1р от доверительной вероятности Р

р <Р р (р р <Р

0,80 1,392 0,88 1,554 0,95 1,960

0,81 1,310 0,89 1,597 0,96 2,053

0,82 1,340 0,90 1,643 0,97 2 169

0,83 1,371 0,91 1,694 0,98 , 6

6,84 1,404 0,92 1,750 0,99 2,576

0,85 1,439 0,93 1,810 0,9973 3,000

0,86 1,475 0,94 1,880 0,999 4,200

0,87 1,513 — — — —

Надежность входного контроля

Обеспечение надежности электронной аппаратуры на этапе производства может быть представлено с некоторыми приближениями следующим выражением:

Нпр = Н1Х Н2 Х Н3> (4)

где Нпр — надежность производства; Н1 — надежность входного контроля; Н2 — надежность технологического процесса изготовления аппаратуры; Н3 — надежность выходного контроля.

Входной контроль может быть ручным или автоматическим, 100%-ным или выборочным. Надежность входного контроля Н1 будет различной в зависимости от его методов и характера. В общем случае вероятность ошибки контроля определяется рядом факторов: методом контроля, скоростью его проведения, сроком службы тестирующей аппаратуры, продолжительностью непрерывной работы оператора.

Вероятность ошибки контроля составит:

Pn = Po(v, T),

Рис. 1. Вероятность ошибки контроля

при использовании ручного иавтоматического

методов в зависимости от времени:

1 — ручной контроль; 2 — автоматический контроль

Последний период контроля Тз характеризуется резким возрастанием вероятности ошибки из-за выработки срока службы тестирующей аппаратуры и утомляемости оператора.

Вероятность ошибки контроля изделий объемом п можно определить как:

P„ = jP0(y,T)dn,

(6)

(5)

где v = n/t — скорость испытаний; n — количество испытываемых изделий; t — время, потребное на контроль этих изделий; Т — возраст тестирующей аппаратуры.

На рис. 1 показана вероятность ошибки контроля при использовании ручного и автоматического методов в зависимости от времени.

Начальный период контроля Т1 характеризуется большой вероятностью ошибки, которая объясняется пусковым периодом для автоматического метода контроля и освоением процесса контроля оператором для ручного метода.

Основной период автоматического контроля Т2 характеризуется постоянной вероятностью ошибки, что соответствует прямолинейному участку на кривой 2 на рис. 1. Для ручного метода характерно увеличение вероятности ошибки по мере утомления оператора, о чем говорит возрастающий участок кривой 1 на рис. 1.

Значение Рв0′(щ) определяют из соображений надежности выборочного объема:

Рв. о = а/пь

где а = 0,25…1 — в зависимости от выбранной надежности испытаний.

Для выборочного автоматического контроля получим следующее выражение надежности:

где п = уЦ; ?0 определяется методом контроля.

При стопроцентном контроле его надежность можно определить как:

Нп = 1-Рп = 1-1Р0(у,Т)с1п, (7)

где N — количество изделий в контролируемой партии.

Надежность выборочного контроля определяется соотношением:

Нпв = ИпЩ =(1-Рп)(1-Рв), (8)

где Ив — надежность методики выборочного контроля; Нп — надежность контроля непосредственно выборки; Рв — вероятность брака при данной методике контроля; Рп — вероятность брака в выборке.

Исходя из условия:

Рп« 1; Рв «1

для уравнения (8), получим:

Щ «1- Pn — Рв.

Учитывая (7) и (8), получим формулу надежности выборочного контроля:

”1

Нт=\-Р»М-\р*<У>т)*п, (9)

где п1 — величина выборки; Рв0 ‘(п1) — вероятность брака при данной методике испытаний, которая является функцией от величины выборки.

Определим оптимальное значение Нпв, при этом рассмотрим два частных случая:

а) P0(v,T) = œnst = Р0. Этот случай соответствует автоматическому контролю на горизонтальном участке кривой Р = f(T).

б) Р(п) = a/n; Р0 = Ъп. Этот случай соответствует ручному контролю или же малонадежной работе тестирующих устройств. Коэффициент Ъ характеризует наклон кривой для ручного контроля на участке Т2 (рис. 1) и определяется непосредственным измерением в конкретных условиях:

Ъ = к/ Tm,

где k — число ошибок контроля за последний промежуток времени; m — общее число ошибок контроля за время Т.

И,

пв ~

1 — a/n1 — Рв 0 ‘ п1.

(10)

Оптимальное значение надежности автоматического входного контроля получим из условий:

ЭЯ а I——

—“=0; п,= —; = 1-2 1аРа(1.

-v 1 л 7-і лтах \1 е.О

дпі V р*о

Для выборочного ручного контроля или же малонадежной конструкции контрольноизмерительных средств выражение надежности контроля принимает вид:

Нпв = 1 — а/щ — (Ьхпх2)/2. (11)

Оптимальное значение надежности ручного входного контроля определяется из условий:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

эд»_0. л _,[я.я

————О, Hj-з

ащ V о

= \—Ъ2а\ ‘ 2

При стопроцентном контроле выражение надежности имеет вид:

• для автоматического контроля Нп = 1-Р0-ОД

• для ручного контроля Нп = 1-Ь№/2;

На рис. 2 показаны зоны надежности выборочного и стопроцентного контроля, справедливые как для автоматического, так и для ручного его методов. Имеется характерная первая зона, где большей надежностью обладает стопроцентный контроль, и характерная вторая зона, где большей надежностью обладает выборочный контроль.

Для определения количества изделий Ыкр, меньше которого — надежность выше стопроцентного контроля и больше которого — надежность выше выборочного контроля, воспользуемся условием:

н 1

Рис. 2. Зоны надежности: 1 — стопроцентный контроль;

2 — выборочный контроль

Н = Н .

Нп тах = Нп’

Тогда получим для автоматического метода контроля:

Мкр = 2^/П).

Для ручного способа контроля:

мкр = з<01ъ.

Стоимость входного контроля компонентов

Экономическая оценка входного контроля дает возможность установить соотношения между стоимостью контроля поступающих компонентов и затратами на замену бракованных элементов, попавших в аппаратуру. Тем самым решается вопрос о целесообразности применения того или иного вида входного контроля. Такой контроль целесообразен для компонентов, не обеспечивающих в значительней степени надежности параметров изготовляемой аппаратуры.

Введем понятие полной стоимости, под которой будем понимать сумму затрат на входной контроль и на устранение бракованных элементов в аппаратуре. Определение полной стоимости дадим для трех возможных практических случаев.

Отсутствие входного контроля

Полная стоимость равна стоимости работ по устранению бракованных элементов, попавших в аппаратуру. Она равна произведению количества брака в партии деталей и цеховых затрат на извлечение бракованной детали из собранного изделия и замену ее исправной деталью:

С0′ = Р^к, (12)

где Р— доля или вероятность брака среди поступающих деталей; Ск — затраты на замену одной детали; N — общее число деталей.

Стопроцентный контроль

Полная стоимость равна сумме затрат на контроль и замену бракованных деталей. Число пропущенных деталей зависит от квалификации контролера и качества контрольно-измерительной аппаратуры. Полная стоимость в этом случае определяется уравнением:

С0″ = ^Т + К^Ск, (13)

где Ст — стоимость контроля одной детали; К — доля брака, пропущенного при стопроцентном контроле.

Выборочный контроль

Полная стоимость в случае выборочного контроля состоит из двух частей.

1. Стоимость приемки партии деталей на основе выборки, которая может быть представлена следующим выражением:

С = РА[пЄТ + (М-п)РСк+пК2РСк], (14)

где пСг — стоимость контроля выборки, состоящей из п деталей; (Ы-п)РСк — стоимость замены бракованных деталей из непроверяемой части партии; пК2РСк — стоимость замены бракованных деталей из проверяемой части партии (выборки), пропущенных контролером; РА — вероятность приемки партии.

2. Стоимость отбракованной партии равняется стоимости контроля отобранных деталей, умноженной на вероятность отбраковки 1-РА.

Выражение для ожидаемой полной стоимости отбракованных партий будет иметь вид:

пСт (1- Ра)/Ра-

Полная стоимость для случая выборочного контроля определяется выражением:

С» = РА[пСт +(Ы-п)РСк+пК2РСк] + +пСт (1-Ра)/Ра- (15)

Графики стоимости контроля

Пользуясь выведенными уравнениями, можно построить графики полной стоимости контроля в зависимости от качества данной партии, характеризуемой величиной Р, то есть долей брака.

Графики полной стоимости контроля показаны на рис. 3.

График полной стоимости для стопроцентного контроля (3) представляет собой почти горизонтальную прямую линию, слегка понижающуюся в зависимости от значения К и Р. График полной стоимости при отсутствии входного контроля компонентов (1) представляет собой наклонную прямую линию, проходящую через начало координат.

При Р = 0 полная стоимость равна нулю, а с ухудшением качества комплектующих де-

Рис. 3. Графики полной стоимости различных методов контроля:

1 — отсутствие входного контроля;

2 — выборочный контроль; 3 — 100%-ный контроль

талей она растет линейно. Интенсивность роста полной стоимости зависит от общего числа деталей и уровня затрат на их замену.

График полной стоимости для выборочного контроля (2 на рис. 3) имеет нелинейный характер. При Р = 0 стоимость определяется значением пСт, при увеличении Р она нарастает, но менее интенсивно, чем при отсутствии контроля.

По графикам полной стоимости можно найти оптимальный по затратам вариант входного контроля комплектующих.

Способ контроля комплектующих деталей будет определяться размером партии N и долей брака Р, содержащегося в этой партии, а также рядом других параметров, которые могут быть либо заданными, например С и Ск, либо представляют собой функцию от N или Р, например п или РА.

Доля брака Р обычно бывает неизвестной до проверки партии, и поэтому следует при оценке этой величины ориентироваться на статистические данные, полученные ранее.

Оптимальная оценка контроля может быть получена также аналитическим способом, без графических построений. Для этого должны быть определены критические точки, то есть такие точки, в которых одна схема контроля становится дешевле другой. Обозначим эти критические точки через РХ, Ру, Р( .

Отсутствие входного контроля и стопроцентный контроль

Критическая точка РХ пересечения кривых полной стоимости при отсутствии контроля и стопроцентного контроля определяется из уравнения:

ру = ЖТ +КР Жк,

РХ = Ст/(Ск (1-К)). (16)

Стопроцентный контроль будет экономичнее, когда уровень качества поступающих деталей Р’ больше значения РХ, и наоборот, при Р’, меньшем значения РХ, экономичнее отсутствие входного контроля.

Отсутствие входного контроля и выборочный контроль

Критическая точка Ру пересечения кривых полной стоимости при отсутствии контроля и выборочного контроля определяется из уравнения:

Р’ = РА[пСТ+Ш-п)Р/Ск+К2пР/Ск ] +

+ [пСт (1-Ра)]/Ра,

Ри = пСТ/(Ск N — РА^- п+пК2]). (17)

Вероятность приемки партии РА выражается в функции Р и п может быть определена с учетом формулы Пуассона:

Рг = ((пР’)т)/т !)е~пР, (18)

где п — количество выбранных для контроля деталей; Р — процент брака; Рт — веро-

ятность того, что в числе отобранных деталей будет т бракованных.

Очевидно, что Ру необходимо вычислять соответственно рассматриваемому конкретному плану выборки ввиду того, что для каждого плана выборки значения РА будут различными. Порядок определения Ру следующий.

1. Намечают план выборки, устанавливают количество выбираемых деталей п, размер партии N и критерий для приемки АС. Под критерием приемки понимается минимальное допустимое количество забракованных деталей из числа отобранных для контроля. Значение РА, соответствующее любому значению АС, может быть получено из таблиц распределения Пуассона с учетом предполагаемого значения Р’ хРА. Оно равно сумме всех Рт вплоть до т = АС.

2. Определяют Ру с учетом найденного значения РА.

3. Отсутствие входного контроля будет экономичнее при предполагаемом значении Р’, меньшем Ру. Когда Р’ больше Ру, экономичнее оказывается способ выборочного контроля.

Стопроцентный контроль и выборочный контроль

Критическая точка Ру пересечения кривых полной стоимости при стопроцентном и выборочном контроле определяется из уравнения:

Жт +КгР/^к = РА[пСг +^- п)Р’Ск + +^пР’ Ск ]+[пСг (1-Ра)]/Ра .

Отсюда

р’= РЛСТЩ-РЛп + п\-пСг 2 Р%Ск[(Ы—п) + К2п\-РАСкКхМ.

Значение Р% получают таким же образом, как и в предыдущем случае. Когда значение Р’ меньше предполагаемого значения Р%, то выгоднее метод выборочного контроля.

Когда Р’ больше Р£, более экономичным будет метод стопроцентного контроля.

Заключение

Расчеты показывают неочевидные результаты в оценке целесообразности сплошного, выборочного и отсутствия контроля. Конечно, в реальных, быстро меняющихся условиях производства затруднительно прибегать к вышеприведенным расчетам. Но выводы, которые можно сделать на основе этих расчетов, позволяют осознанно строить стратегию и тактику контроля в условиях неопределенности качества компонентов. ■

Литература

1. Федоров В. К., Сергеев Н. П., Кондрашин А. А. Контроль и испытания в проектировании и производстве радиоэлектронных средств. М.: Техносфера, 2005.

2. Фролов А. Д. Теоретические основы конструирования и надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Высшая школа, 1970.

3. Гусев В. П. Технология радиоаппаратостроения. М.: Высшая школа, 1972.

Источник