淺談信號產(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，對軌道電路信號產(chǎn)品的質(zhì)量要求越發(fā)嚴(yán)格。在信號產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，科學(xué)的管理、先進的儀器設(shè)備、高效的工藝手段、嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗是信號產(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，對原材料、元器件進行組裝加工，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 信號產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的工藝技術(shù)

1.1 原材料、元器件的檢驗和篩選

每一臺信號設(shè)備整機都是由電路、部件和工藝結(jié)構(gòu)所組成，其各項指標(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、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計的水平，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、元器件檢驗和篩選的過程中，要確定幾個關(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。同時，還要針對產(chǎn)品電路的特殊性，制定特殊檢驗要求。如信號產(chǎn)品中的功放電路，為了保證電平輸出，增加對三極管及大功率三極管電流、放大倍數(shù)配對的檢驗規(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，在檢驗過程中要關(guān)注的關(guān)鍵要素:①溫度系數(shù);②機械強度及可焊性;③可靠性和失效率?？煽啃允侵鸽娮釉骷挠行勖?，失效率是指電子元器件工作壽命結(jié)束。因此要對元器件、原材料供應(yīng)商提出可靠性要求，對器材使用工作壽命做出承諾。

3．原材料、元器件外觀檢驗的要求: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、標(biāo)識、極性、質(zhì)量等級標(biāo)志應(yīng)該清晰明確。

1.2 信號產(chǎn)品裝配焊接及電氣連接工藝技術(shù)

信號產(chǎn)品的電氣連接是通過對元器件、零部件的裝配與焊接來實現(xiàn)的，產(chǎn)品裝配是否合理，焊接質(zhì)量是否可靠，對信號產(chǎn)品性能的影響很大，因此先進的裝配工藝與焊接技術(shù)，對于產(chǎn)品的設(shè)計和研制、使用與維護都具有重要意義。

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，烙鐵頭和工作臺公共接地點之間的電阻不應(yīng)超過5Ω;烙鐵頭對地電位應(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)對設(shè)備和元器件造成有害影響。按焊接對象的不同，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。

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，應(yīng)采用直徑為0.5mm的焊錫絲。在手工焊接過程中，當(dāng)焊接表貼元器件、PCBA返工/返修、焊接件可焊性差時，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，即完成印制板焊接，可以實現(xiàn)元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣的連接。在波峰焊接中，焊料的及時補充、助焊劑的無鹵素?zé)o腐蝕性、波峰焊接的溫度曲線參數(shù)控制，都要通過首檢焊接的質(zhì)量效果來調(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)整機器運行鏈速、噴涂助焊劑量、預(yù)熱溫度等參數(shù)。特別是首次檢驗尤為重要，通過首檢質(zhì)量驗證，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，回流焊接時元器件不直接浸入焊錫中，受到的熱沖擊小?；亓骱附臃謫蚊婧碗p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。在線測試、AOIX-RAY是對SMT貼片后或貼片回流焊接后，制板組件中BGA等進行透視檢查 (自動光學(xué)檢測儀不能檢測的器件)，以保證印制板組件的貼片和焊接質(zhì)量。

1.3 信號產(chǎn)品制造過程中靜電防護

靜電放電對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程造成元器件自身短路、開路、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)，因而靜電防護是信號產(chǎn)品生產(chǎn)過程中工藝控制關(guān)鍵要素之一。主要注意以下幾點: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;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 信號產(chǎn)品可靠性試驗的工藝技術(shù)

檢驗信號產(chǎn)品的可靠性主要通過以下幾種方式完成:①按試驗項目，環(huán)境試驗 (溫濕度、振動、電磁干擾)壽命試驗 (老化運行);②按對產(chǎn)品的損害，破壞性 (振動、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))、整機老化 (動態(tài))。

依據(jù)國家鐵路通信信號相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，針對試驗項目制定工藝驗證規(guī)范，通過試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，掌握元器件、整機產(chǎn)品失效率，從而改進和提高元器件、整機產(chǎn)品使用能力，延長使用壽命。目前針對半導(dǎo)體分立器件，對其要求靜態(tài)高溫儲存、高低溫沖擊、功率快速篩選，以剔除器件早期失效，確保整機產(chǎn)品質(zhì)量。

2 信號產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的工藝控制

2.1 信號產(chǎn)品制造工藝控制程序

工藝工作是貫穿產(chǎn)品設(shè)計、制造的全過程。高智能、高可靠的信號產(chǎn)品生產(chǎn)過程是由公司團隊完成，除了生產(chǎn)現(xiàn)場指導(dǎo)以外，技術(shù)研發(fā)人員從產(chǎn)品設(shè)計試制驗證、試生產(chǎn)階段驗證、批量生產(chǎn)前驗證等幾方面，對產(chǎn)品的可制造性進行工藝評估，如:產(chǎn)品研制初期生產(chǎn)加工的工藝實現(xiàn);新材料、新元器件的工藝驗證;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 信號產(chǎn)品生產(chǎn)過程中質(zhì)量保證及手段

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命，質(zhì)量控制是信號產(chǎn)品生產(chǎn)中的質(zhì)量保證。質(zhì)量控制計劃的實現(xiàn)要有工藝技術(shù)的支持及保證。從原材料、元器件進廠檢驗標(biāo)準(zhǔn)的制定，生產(chǎn)過程中的工藝工法、步驟，產(chǎn)品檢驗的方法，檢驗儀器儀表精度、生產(chǎn)設(shè)備使用要求等，均要通過工藝驗證，出具科學(xué)的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品實施從原材料、元器件檢驗到產(chǎn)品裝配檢驗、整機最終檢驗的全閉環(huán)工藝管理方案。

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

3 結(jié)束語

工藝是信號產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)中起著重要作用的技術(shù)，是貫穿產(chǎn)品設(shè)計、制造的全過程，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，對批量在制品全線追蹤及管理，針對所有關(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、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，是信號產(chǎn)品制造企業(yè)工藝提升的目標(biāo)與方向，因此加強工藝技術(shù)與控制是當(dāng)前工藝研究的長期任務(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，2011(增刊):66．

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