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PCBA生产制造过程中的工艺管控(上)

更新时间:2021-10-18    浏览次数:905

1、简介

21世纪人类进入了高度信息化的社会。随着数字技术、信息技术、网络技术的快速发展,电子产品发生了较大的变化。高性能化、高速化、轻薄短小化、环保化的发展趋势,小批量、多品种的差异化产品制造越来越多。

大规模、专业化生产模式贯穿各个层面。为了获得更多的投入和产出,电子企业原有的设备提供商不断重组业务流程,越来越多具有实力和技术优势的电子制造企业专注于市场和产品开发,而将利润率较低的制造环节外包出去。将产品制造转移到劳动力成本低的我国或地区,已经成为许多国际和国内品牌的必然选择。

在经济转型、产业升级、实体经济发展的今天,电子行业的代工依然是国内很多企业的重要选择和切入点,也依然是企业发展的可取之路。特别是在电子产业产品领域,可以通过代工加强自身的生产制造能力建设,通过代工提高自身质量保证能力建设,通过代工专注于某一领域先进技术的消化、吸收和设计能力的创新建设。

竞争压力增大缩短了产品的生命周期,快速变化的市场需求和全球化都要求加工制造企业拥有比以前更快的、更灵敏的响应能力。通过使用先进的生产设备和技术、采购大量元器件、利用专业的生产技术和经验,降低成本,缩短生产时间,从而获得竞争优势。

以代工为主的电子制造服务EMS企业要看清市场的差异化需求,努力在客户定制小批量、多品种、样品制造的层面上提高综合实力,要求电子加工厂不断提高其装配工艺管控能力。从传统的通孔插入技术(THT)到表面组装技术(SMT),从单面板组装到多层板双面混合组装,从波峰焊/回流焊到选择性点焊焊接,从印制板的硬组装到软连接的微组装技术,从手工车间到机器人自动化,电子组装技术的发展永远不会停止。


2、电子制造服务要求

在科技的支撑下,现代制造正向我们走来,但要从传统制造业向现代制造转变,其核心竞争力不再是过去大规模生产、低成本的、廉价劳动力的竞争,而是技术先进、品牌优秀、交货时间快、综合制造成本较低的竞争,以及增值服务意识和提高客户满意度的竞争。富士康的工资不断被逼涨,制造业的用工荒造成了劳动密集型制造业新一轮的成本压力。因此,必须学会运用工业工程技术,将其与电子装配工艺有机结合,创新电子装配工艺,使电子制造业大力实现自动化,不断降低劳动用工和减轻劳动强度。

电子制造服务(EMS)一般执行电子组装协会制定的《电子组装件外观质量验收条件》的标准,即IPC-A-610E-2010标准。在国际电子制造业中得到普遍认可,可作为国际质量检验标准,如果是代工,还可能附带客户的一些特殊加工要求,如金属化孔透锡禁止双面焊接、结构安装尺寸限制、元器件特殊成型等。有必要研究装配工艺,以规范预成型加工,避免损坏材料;有必要对装配工艺进行研究,使手工焊接的热效应不会影响产品的可靠性;必须研究装配工艺以提高焊接的可靠性;必须进行监控和测量,以提高装配质量水平。

对电子制造服务的需求推动了“电子精装”概念的出现,顾名思义就是电子产品的精细化组装,是满足电子产品制造业日益增长的需求的组装工艺的总称。有些工厂对加工质量不够重视,客户经常抱怨,本质上是生产制造理念不够清晰的管理问题。我们一定要贯彻电子精装的理念,即在加工制造上做到最好,努力达到超出客户预期的目标,而不仅仅是做出来就通过。

电子制造服务EMS最重要、最关键的内容是新产品导入NPI,在PCBA加工制造中发挥着重要角色。好的产品制造交付离不开正确的工艺性设计、合格的零部件进货质量以及代工厂商良好的工艺(过程)管控能力,这些都归功于新产品导入管理。

对于OEM来说,新产品的推出是一个很重要的环节。它决定了OEM代工合同交付的顺畅度、客户满意度、加工利润的多寡。新产品导入工程师是OEM或ODM企业中不可或缺的重要岗位,要求工程师具备优秀的设计开发能力、工程制造能力、质量管理能力等综合技能。新产品的引进,要把客户的图纸或假设变成制程成熟的、性能可靠的、可以批量生产的产品,这样领先的新产品才能满足公司内外客户的要求,最终产品才能顺利进入批量生产,批量生产后才能在效率、品质方面达到较好的质量;应宣传和指导新产品的工艺管控要点或其他注意事项,并确认文件、治工具等其他事项;应持续改进试生产中的不良问题,确认不良改进对策的有效性,跟进相关对策并跟踪效果。


3、PCBA电子装配差异化流程

3.1满足快速交货时间的要求

随着电子产品生命周期的缩短,满足不同消费者需求的差异化产品越来越多,电子产品研发周期越来越短,品种越来越多,对代工提出了应变要求。由于多品种、小批量的生产、生产周期延长,内部消耗成本高,无法满足客户对快速交货时间的需求,要求代工厂改变过去大批量单一品种的生产模式。

在技术层面,需要研究装配工艺,使装配生产线柔性化,可以快速分解组合成多品种、小批量,具有可制造性、较高灵活性的生产模式;装配工艺、焊接工艺、测试工艺要随着PCB、元器件和材料的发展不断更新。

如今,内地欠发达地区出现了更多的区域性中小型代工厂,发达地区越来越多的代工厂向内地产业转移。它们的生存和发展依赖于客户多品种、小批量定制的产品,甚至原型样板制造。这里需要更多的技术全面的工艺工程师与客户紧密合作,根据不同的产品随时修改自己的柔性生产线,节省大量的其他支持人员,从而简化工艺、快速响应、快速发货。

这种快速交货时间对工艺工程师的综合技能要求越来越高,不仅要有丰富的SMT和THT生产技术,还要有系统的产品快速生产配置、质量监控保证和管理技能,也就是我们通常所说的NPI工程师的角色。电子制造企业的NPI工程师越多,越容易成长和发展。

3.2 优化供应链的管理

应对多品种、小批量、可制造性、灵活性高的生产模式,要求对供应链的管理更加精准,这是代工制造的基础。提前超购、应废弃,就近选择供应商。组织生产,预防大型企业的疾病,确保物料及时适量进入生产现场。对于生产材料和辅助材料,力争做到不断料、不呆料、不堆料;持续改进生产流程,降低损耗,持续改进采购控制,降低成本。所有这些都应该基于局域网计算机信息系统ERP、 K3等,从而实现业务流程的标准化,以及流程化、时效性。在企业内部,从经营计划、原材料采购、库存管理、生产制造、配送管理,再到销售渠道、财务管理、售后服务,所有的业务环节都是网络化、实时化的工作,从而使管理一目了然,防止了很多人为失误、沟通障碍。

3.3 控制综合制造成本

谈到成本,很多管理者只考虑了可见的直接生产成本,而没有考虑包装成本、特殊加工要求成本、不良材料带来的补充加工和降速成本考虑不够,还有更多辅助人员成本、其他管理费用。用来料加工的材料分类存放在仓库,然后分发。在客户提供材料的情况下,如果来料、发货按批清出审批,可以节省仓库、减少材料管理人员、减少半成品的管理,其实是降低综合控制成本的一部分。在确定加工合同的初始阶段,整合全面的制造成本控制,让客户尽可能分担一部分成本,既合情也合理。

3.4 提高加工制造能力

电子装联技术是随着电子器件封装技术、印制电路板PCB技术的发展而不断推进的,什么样的器件封装,什么样的PCB会滋生什么样的装联技术,也就是组装工艺。电子元器件(无源被动元件、有源器件)日益向片式化、小型化、复合化、模块化、内置基板方向发展,IC的封装也从QFP单芯片、 BGA发展到CSP、晶圆级(WLP)和系统级封装(SIP)发展,无源器件已经从单个器件的表面安装发展到相同的几个无源元件的集成(IPD),这使得封装从2D平面设计飞跃到3D空间设计,从而使封装体积更小。印刷电路板PCB从单面板、双面板发展到多层板、柔性板,线间距越来越小,安装密度越来越高。

加工制造能力的提高是保证质量、降低成本的重要方面。千变万化的代工市场有很多不可预测的因素,为了适应当前和未来的市场环境,就制造设备而言,需要优先使用兼容性强、可以任意组装和装配的设备,能够满足从低端到高端的广泛需求。然后根据客户的产品OEM需求,对设备进行灵活组合配置,优化工艺流程。

SMT产品组件之间的间隔越来越小,0402尺寸元件被广泛使用,0201尺寸元件也处于规模化应用趋势,大量应用的BGA器件焊脚无法进行目视检查,这些都挑战了传统的组装制造中的检查方法。以人工目视检查为基础,辅以放大镜、显微镜的传统检验方法精度越来越低,自动检验方法AOI、 X射线检测仪将成为质量保证的主流。因此,我们需要购买仪器设备,如AOI、 X射线检测仪、焊膏厚度检测仪等。并及时采购选择性波峰焊/回流焊机、更新贴片机等技术设备作为装配工艺保证。

跟进并积极实践提高灵活制造能力的新工艺,如用无钢网焊膏喷印技术替代钢网印刷技术,从而提高焊点质量,对于交付时间短的、尤其是原型模板的加工优势,优势凸显,从而实现了我们与客户的双赢;采用选择性波峰焊/回流焊机在特定点进行焊接,避免了热冲击带来的各种电路板缺陷,大大节约了助焊剂用量,避免了助焊剂污染,节省了清洗环节;用焊接机器人代替手工焊接,大大提高了自动化水平和焊接水平。

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