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

?

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

完成人：東莞技研新陽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說，工藝相對復(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，但對于工廠來說，這種工藝方式的變更，就意味著要增大設(shè)備投資。

通過本次課題，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）通過改善印刷刮刀的形狀，增加印刷過程中對貼片向下的推力，達(dá)到增加貼片膠印刷量的目的；

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

（6）通過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　問題背景和描述

2.1問題背景

行業(yè)中都將1608（長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問題描述

為了滿足波峰焊要求，在生產(chǎn)過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)開口進(jìn)行了相應(yīng)的縮小，結(jié)果開口縮小到直徑0.35mm時(shí)出現(xiàn)不下膠現(xiàn)象，但開口又不能再擴(kuò)大，否則就會造成銅箔粘膠。

3　問題分析及求解過程

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求解過程

3.2.1構(gòu)建物質(zhì)-場模型

（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)增加對紅膠向下的推力（如圖3所示）。

圖3　改善前后刮刀對比

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，加強(qiáng)對紅膠的作用力（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，對紅膠產(chǎn)生阻礙的問題。

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

問題是什么？網(wǎng)孔小，導(dǎo)致紅膠不能順利地通過網(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。

問題模型如圖6：

圖6　問題模型

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題

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

圖8　利用局部質(zhì)量原理解決問題

利用組合原理解決問題的方案：暫時(shí)沒有方案。

解決方案6：利用復(fù)合材料原理解決問題的方案——在POM材質(zhì)的板上開孔后，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，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。

問題是什么？網(wǎng)板偏厚，網(wǎng)孔深度過深，導(dǎo)致紅膠不能順利地通過網(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（不能對應(yīng)已插件的基板進(jìn)行貼片膠印刷）。

問題模型如圖10所示

圖10　問題模型

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)改變原理

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)改變原理：查閱紅膠相關(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)，增加通過網(wǎng)孔的能力，從而增加印刷膠量。

3.2.3功能分析

寫出所有實(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)孔對紅膠的阻礙作用，網(wǎng)板的孔要大，以便紅膠順利地通過網(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網(wǎng)孔；但是紅膠的厚度要厚，以便PCB上的插件端子不會頂著鋼網(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：通過針式噴頭，用氣壓進(jìn)行噴注。目前市場上已經(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　問題的解——最終解決方案

4.1已有方案比較

表1　方案對比

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)增加對紅膠向下的推力。方案實(shí)施前后刮刀對比如圖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1005元件0.3mm開口的紅膠直徑測量30組數(shù)據(jù)，計(jì)算工程能力（如圖20所示）。

圖20　直徑的過程能力

5　取得成果與效益

5.1本課題解決的問題

行業(yè)中能夠采用此工藝的元件極限尺寸為：1608（長1.6mm，寬0.8mm），通過本課題的攻關(guān)，我們能夠做到的元件極限尺寸為：1005（長1.0mm，寬0.5mm）。本課題所解決的問題，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

共計(jì)申請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。點(diǎn)膠機(jī)的單價(jià)45萬元/臺。因此，需投資45*12=540萬元。

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=9.84萬元。

因此，采用本次方案可減少公司投資費(fèi)用：540- 9.84=530萬元。

6　總結(jié)

這是一個(gè)挑戰(zhàn)極限的課題，在解決的過程中，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)邏輯不一定很嚴(yán)密，但是練習(xí)了應(yīng)用TRIZ工具的能力；這個(gè)課題的解決過程，讓我們意識到方法比結(jié)果更重要，利用TRIZ的方法解決問題，讓我們開拓了思維，迅速找到了許多解決問題的思路。

（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）