完成人：東莞技研新陽(yáng)電子有限公司制造技術(shù)部明正東　指導(dǎo)教師：陳子順

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廣東省創(chuàng)新工程師培訓(xùn)班企業(yè)工程課題破題案例 東莞技研新陽(yáng)電子有限公司：解決1005元件SMT貼片膠印刷問(wèn)題

完成人：東莞技研新陽(yáng)電子有限公司制造技術(shù)部明正東指導(dǎo)教師：陳子順

1　課題摘要

本課題要解決的是電子制造SMT環(huán)節(jié)的問(wèn)題。在SMT貼片工序，一部分產(chǎn)品需要先用貼片膠將貼片元件固定在PCB上，以便于插件元件組裝后，進(jìn)行一次性焊錫。對(duì)于一片既有貼片元件、又有機(jī)器插件、還有手工插件的基板來(lái)說(shuō)，工藝相對(duì)復(fù)雜，特別是貼片元件不斷小型化。當(dāng)貼片元件的尺寸小到1608（長(zhǎng)1.6mm，寬0.8mm）時(shí)，貼片膠的印刷涂敷即到極限值，再小就不能采用印刷貼片膠的工藝了。

但是，現(xiàn)在的客戶在減少成本的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)要求1005（長(zhǎng)1.0mm，寬0.5mm）的SMT貼片元件也要采用貼片膠工藝，這在工藝上可采用更加精確的點(diǎn)膠方式，但對(duì)于工廠來(lái)說(shuō)，這種工藝方式的變更，就意味著要增大設(shè)備投資。

通過(guò)本次課題，進(jìn)行1005元件的攻關(guān)，挑戰(zhàn)行業(yè)瓶頸，運(yùn)用了以下方法：

（1）采用POM膠板進(jìn)行兩面沉孔工藝，既適應(yīng)機(jī)器插件元件、又適應(yīng)1005元件的貼片膠印刷；

（2）通過(guò)貼片印刷孔深度、截面積的改善，達(dá)到順利印刷貼片膠的目的；

（3）通過(guò)印刷孔壁的光滑處理，達(dá)到順利印刷貼片膠的目的；

（4）通過(guò)改善印刷刮刀的形狀，增加印刷過(guò)程中對(duì)貼片向下的推力，達(dá)到增加貼片膠印刷量的目的；

（5）通過(guò)增加振動(dòng)裝置，在印刷過(guò)程中給印刷板加振而使貼片膠順利通過(guò)印刷板孔而足量地涂敷到PCB上；

（6）通過(guò)貼片膠的涂敷方式改變，而適應(yīng)這種復(fù)雜的工藝要求。

采用以上方式進(jìn)行一定的組合，最終解決了這個(gè)工藝難題，提升了我們的工藝技術(shù)水平，同時(shí)也為公司節(jié)省了大量的資金投入。

2　問(wèn)題背景和描述

2.1問(wèn)題背景

行業(yè)中都將1608（長(zhǎng)1.6mm，寬0.8mm）元件當(dāng)作是極限，再小的元件不能采用印刷紅膠固定。行業(yè)中出現(xiàn)了點(diǎn)膠（噴膠工藝），但會(huì)降低效率，原有的SMT印刷機(jī)設(shè)備更新也需要大量的資金。

2.2問(wèn)題描述

為了滿足波峰焊要求，在生產(chǎn)過(guò)程中需要使用紅膠將SMD元器件固定在PCB焊接面的銅箔上。

目前公司普遍采用AI膠網(wǎng)印刷工藝往PCB上的相應(yīng)位置印刷紅膠，部品貼裝后進(jìn)行硬化固定。但由于1005型部品尺寸很小，所以紅膠印刷量也必須相應(yīng)減少，故將AI膠網(wǎng)開(kāi)口進(jìn)行了相應(yīng)的縮小，結(jié)果開(kāi)口縮小到直徑0.35mm時(shí)出現(xiàn)不下膠現(xiàn)象，但開(kāi)口又不能再擴(kuò)大，否則就會(huì)造成銅箔粘膠。

3　問(wèn)題分析及求解過(guò)程

3.1因果分析：列出所有實(shí)體

網(wǎng)板：POM材質(zhì)、厚度3mm

網(wǎng)板孔：圓柱形、直徑分別有0.35- 2mm

刮刀：聚胺酯材質(zhì)、硬度60HS、壓力速度可調(diào)

紅膠：環(huán)氧樹(shù)脂、粘度310±70Pa·S (5rpm)

PCB：玻璃纖維、水平面、表面露出有端子

圖1　因果分析

3.2求解過(guò)程

3.2.1構(gòu)建物質(zhì)-場(chǎng)模型

（1）解決方案1和解決方案2：解決1Su- F模型中平口刮刀對(duì)紅膠向的推力不足。

圖2　Su- F模型圖

解決方案1：76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解——1.1.2（No.2），系統(tǒng)不改變，添加一個(gè)內(nèi)部的永久附加成分。改變刮刀的形狀，同時(shí)增加對(duì)紅膠向下的推力（如圖3所示）。

圖3　改善前后刮刀對(duì)比

解決方案2：76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解——1.1.3（No.3），系統(tǒng)不改變，添加一個(gè)外部的永久附加成分。增加一個(gè)機(jī)械場(chǎng)，加強(qiáng)對(duì)紅膠的作用力（如圖4所示）。

圖4　解決方案2

在印刷網(wǎng)板上追加振動(dòng)馬達(dá)，當(dāng)刮刀刮動(dòng)紅膠的同時(shí)，觸發(fā)馬達(dá)振動(dòng)，使紅膠更容易通過(guò)網(wǎng)孔。

（2）解決方案3：解決Su- F模型中網(wǎng)孔內(nèi)壁不光滑，對(duì)紅膠產(chǎn)生阻礙的問(wèn)題。

解決方案3：76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解——1.1.5（No.5），修改網(wǎng)孔內(nèi)壁，增加光滑度。POM材質(zhì)的網(wǎng)板，網(wǎng)孔內(nèi)壁不光滑，鉆孔后在孔內(nèi)鑲嵌光滑的金屬套管，減少孔壁對(duì)紅膠的摩擦阻力（如圖5所示）。

圖5　解決方案3

3.2.2技術(shù)沖突及概念解決方案

（1）技術(shù)沖突－1及概念解決方案

①定義技術(shù)沖突－1

問(wèn)題是什么？網(wǎng)孔小，導(dǎo)致紅膠不能順利地通過(guò)網(wǎng)孔附著到PCB上。

現(xiàn)在有什么解決方案？擴(kuò)大網(wǎng)孔尺寸。

現(xiàn)有解決方案的缺點(diǎn)是什么？紅膠印刷面積增大，導(dǎo)致PCB銅箔上沾膠。

原問(wèn)題——改善的參數(shù)：網(wǎng)孔直徑，引導(dǎo)面；惡化的參數(shù)：下膠量，PCB銅箔沾膠。

問(wèn)題模型如圖6：

圖6　問(wèn)題模型

②概念解決方案

解決方案模型：01.分割原理；03.局部質(zhì)量原理；05.組合原理；40.復(fù)合材料原理

解決方案4：利用分割原理解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)整體與局部分離（如圖7所示）。

A.網(wǎng)孔上部

B.網(wǎng)孔下部

作用：導(dǎo)引紅膠、決定膠點(diǎn)大小；直徑：由基板上焊盤(pán)間距決定；深度：越小越好，但要可加工。

圖7　利用分割原理解決問(wèn)題

解決方案5：利用局部質(zhì)量原理解決問(wèn)題的方案——對(duì)于1005元件的印刷網(wǎng)孔，增加金屬套管，對(duì)金屬套管內(nèi)壁進(jìn)行光滑度處理，減少對(duì)紅膠的摩擦，從而減少阻力，使紅膠更容易通過(guò)網(wǎng)孔（如圖8所示）。

圖8　利用局部質(zhì)量原理解決問(wèn)題

利用組合原理解決問(wèn)題的方案：暫時(shí)沒(méi)有方案。

解決方案6：利用復(fù)合材料原理解決問(wèn)題的方案——在POM材質(zhì)的板上開(kāi)孔后，在孔壁鍍一層復(fù)合材料的膜，鍍膜后增加表面光滑度，減少阻力，使紅膠更容易通過(guò)，從而增加基板上的印刷膠量（如圖9所示）。

圖9　利用復(fù)合材料原理解決問(wèn)題

（2）技術(shù)沖突－2及概念解決方案

①定義技術(shù)沖突－2

運(yùn)用SPSS24.0軟件進(jìn)行處理，計(jì)數(shù)資料以百分率（%）表示，采用χ2檢驗(yàn)；計(jì)量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差s）表示，采用 t檢驗(yàn)；P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

問(wèn)題是什么？網(wǎng)板偏厚，網(wǎng)孔深度過(guò)深，導(dǎo)致紅膠不能順利地通過(guò)網(wǎng)孔附著到PCB上。

現(xiàn)在有什么解決方案？使用鋼網(wǎng)印刷，傳統(tǒng)工藝。

現(xiàn)有解決方案的缺點(diǎn)是什么？需要改變工藝流程，回到從前的落后工藝，先印紅膠再插件（周轉(zhuǎn)多，效率及品質(zhì)降低）。

原問(wèn)題——改善的參數(shù)：鋼網(wǎng)厚度；惡化的參數(shù)：PCB適應(yīng)性（不能對(duì)應(yīng)已插件的基板進(jìn)行貼片膠印刷）。

問(wèn)題模型如圖10所示

圖10　問(wèn)題模型

②概念解決方案

解決方案模型：01.分割原理；35.物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)?/p>

01.分割原理：技術(shù)沖突- 1中已解決。

35.物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)恚翰殚喖t膠相關(guān)MSDS資料，發(fā)現(xiàn)紅膠在45- 60℃時(shí)粘度最低，流動(dòng)性最好。因此可采用解決方案7——在印刷機(jī)中增加加熱裝置，使印刷機(jī)內(nèi)的溫度提升到45- 60℃，在紅膠流動(dòng)性最好時(shí)，增加通過(guò)網(wǎng)孔的能力，從而增加印刷膠量。

3.2.3功能分析

寫(xiě)出所有實(shí)體間的關(guān)系如圖11所示：

圖11　功能分析圖1　

問(wèn)題系統(tǒng)的功能模型如圖12所示。

圖12　功能分析圖2　

3.2.4定義物理沖突

（1）定義物理沖突- 1：為了減小網(wǎng)孔對(duì)紅膠的阻礙作用，網(wǎng)板的孔要大，以便紅膠順利地通過(guò)網(wǎng)孔；但是網(wǎng)板的孔要小，以便紅膠不沾到PCB銅箔上。

解決方案8（分離方法－1）：利用空間分離法，上方擴(kuò)大天孔，與基板接觸的地方保持小直徑的孔（如圖13所示）。

圖13　解決方案8

（2）定義物理沖突－2：為了減小網(wǎng)孔對(duì)紅膠的阻礙作用，網(wǎng)孔的深度要小，所以網(wǎng)板的厚度要薄，以便紅膠順利地通過(guò)網(wǎng)孔；但是紅膠的厚度要厚，以便PCB上的插件端子不會(huì)頂著鋼網(wǎng)。

解決方案9（分離方法－2）：即空間分離法——有插件元件端子的地方，網(wǎng)板背面鏤空，滿足插件元件的要求；有貼元件的地方，需要印刷紅膠，在網(wǎng)板表面采用分離方法－1的方法。

圖14　解決方案9

3.2.5裁剪方法

裁剪網(wǎng)板，如圖15所示。

圖15　裁剪網(wǎng)板示意圖

裁剪掉網(wǎng)板后的替代方法：

解決方案10：通過(guò)針式噴頭，用氣壓進(jìn)行噴注。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有，但價(jià)格貴。

圖16　針式噴頭

解決方案11：設(shè)計(jì)一種新型點(diǎn)膠方法，如圖17所示。

圖17　新型點(diǎn)膠方法

方法說(shuō)明：(1)制作一種如上圖的裝置，在一塊模板上置入若干枚頂部帶有凹槽的針；(2)通過(guò)運(yùn)動(dòng)裝置，將針式模板移到紅膠容器中蘸取紅膠；(3)附帶紅膠的針板移到基板的需點(diǎn)膠位置，接觸一下，將紅膠轉(zhuǎn)移到基板上；(4)為適應(yīng)多機(jī)種借用，針嘴制作成可移動(dòng)的。

4　問(wèn)題的解——最終解決方案

4.1已有方案比較

表1　方案對(duì)比

4.2解決方案

4.2.1方案-1：解決方案1

76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解——1.1.2（No.2），系統(tǒng)不改變，添加一個(gè)內(nèi)部的永久附加成分。

改變刮刀的形狀，同時(shí)增加對(duì)紅膠向下的推力。方案實(shí)施前后刮刀對(duì)比如圖3所示。

4.2.2方案-2：解決方案4

利用分割原理解決問(wèn)題的方案：采用整體與局部分離（如圖18所示）。

圖18　方案實(shí)施前后刮刀對(duì)比

4.2.3方案-3：解決方案9（如圖14所示）

4.3方案實(shí)施方法

將以上三種方法結(jié)合起來(lái)實(shí)施，并驗(yàn)證了結(jié)果（如圖19所示）。

圖19　方案實(shí)施后的紅膠印刷狀態(tài)

4.4工程能力驗(yàn)證

對(duì)1005元件0.3mm開(kāi)口的紅膠直徑測(cè)量30組數(shù)據(jù)，計(jì)算工程能力（如圖20所示）。

圖20　直徑的過(guò)程能力

5　取得成果與效益

5.1本課題解決的問(wèn)題

行業(yè)中能夠采用此工藝的元件極限尺寸為：1608（長(zhǎng)1.6mm，寬0.8mm），通過(guò)本課題的攻關(guān)，我們能夠做到的元件極限尺寸為：1005（長(zhǎng)1.0mm，寬0.5mm）。本課題所解決的問(wèn)題，為企業(yè)在技術(shù)轉(zhuǎn)型中減少了設(shè)備投資。

5.2相關(guān)專利申請(qǐng)

共計(jì)申請(qǐng)6個(gè)專利，其中4項(xiàng)已經(jīng)獲得受權(quán)，2項(xiàng)正在受理中。

5.3經(jīng)濟(jì)效益

按2014年下半年的訂單生產(chǎn)計(jì)劃，需要點(diǎn)膠機(jī)12臺(tái)。點(diǎn)膠機(jī)的單價(jià)45萬(wàn)元/臺(tái)。因此，需投資45*12=540萬(wàn)元。

按本次印刷膠網(wǎng)的方案執(zhí)行，需要82張POM膠網(wǎng)，單價(jià)1200元/張，所需的投資費(fèi)用為：1200元/張*82 張=9.84萬(wàn)元。

因此，采用本次方案可減少公司投資費(fèi)用：540- 9.84=530萬(wàn)元。

6　總結(jié)

這是一個(gè)挑戰(zhàn)極限的課題，在解決的過(guò)程中，我們本著學(xué)習(xí)的目的，為了更多地應(yīng)用TRIZ解題工具，部分環(huán)節(jié)邏輯不一定很?chē)?yán)密，但是練習(xí)了應(yīng)用TRIZ工具的能力；這個(gè)課題的解決過(guò)程，讓我們意識(shí)到方法比結(jié)果更重要，利用TRIZ的方法解決問(wèn)題，讓我們開(kāi)拓了思維，迅速找到了許多解決問(wèn)題的思路。

（本文根據(jù)2014年廣東創(chuàng)新工程師培訓(xùn)班相關(guān)材料整理而成；編輯：潘慧、梁文）