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浅谈上集尘式分板机除尘方案
  2021-09-28      45

摘要:本文结合多年来上集尘式分板机(这里说的是铣刀式的)除尘工艺现场管理经验,针对目前工厂中出现的加工高速化、元件密集化、电路板原材料低成本化而品质要求严格化的项目现场管理现状,以工艺现场项目设备设计、夹具设计、铣刀设计、电路板拼板设计、电路板基材要素为阐述点,就工艺管理尤其是对质量要求严格的汽车电子类现场的管理情况,进行了一下探讨。

关键词:上集尘铣刀 铣刀式分板除尘  方案 汽车电子

一、前言 

  随着电子行业日益竞争加剧,产品低成本化便成了必须的趋势。因此在电路板设计上力求产品小型化、元件集成化/密集化,在电路板基材的选用上力求低成本化。同时,为了满足人们对产品质量的高要求,尤其是对于汽车电子等这种高性能电子产品,电路板设计时要力求高可靠性,因此产品的预切割就会越来越少即拼板之间的连接越来越多。在电路板基材方面,为了保证无铅回流焊工艺中电路板在高温环境下的性能稳定性,又要降低生产成本,电路板生产厂家会在基材中加入SiO2等耐高温材料,这些材料的加入对分板工艺的除尘造成了前所未有的挑战。

产品的粉尘除了5S和外观问题外,还会因人员吸入造成健康问题,也会因粉尘进入轴承、气缸等设备机械部件中造成配件的加速损耗。另外,产品粉尘的残留也会给后工艺如测试造成接触不良等困扰。还有些产品需要进行在SMT工艺后进行烧录,切割路径上会有铜走线,因此极少量的粉尘都有可能造成产品短路的风险。近年来随着客户对产品质量的重视,对粉尘的残留要求也越来越严格,甚至有些客户会打开产品的外壳来检查产品的质量。

对于这些工艺问题应该给予高度重视,对于工艺改进,需要从根本上出发,针对性做出改善,才更能够改善行业的现状,促使其进步发展。

二、分板工艺除尘改善的意义

    2.1、保证除尘工艺的有效管理,创造良好的经济效益。工艺管理活动就是将合格的产品提供给市场和社会,从中获取利润。只有提供质量好、交货期和单价都合理的产品,才能得到市场的认可.

     2.2、有利于体现质量控制的效果。工艺标准的贯彻控制,建立质量保证体系,突出现场质量控制,要求企业把质量管理的重点放在工艺现场。另外,减少或消除工艺现场的无效劳动,改善人、设备、原材料在现场的结合状态,减少分板后清洁产品粉尘造成的人力和设备消耗,为企业节省开支。生产出货的拖延或赶货都会直接影响到产品的质量、安全和成本因素。       

三、分板工艺除尘改善现场管理现状概述

分板工艺除尘现场管理指企业为了完成产品的高清洁度要求的任务,从接受分板任务开始到质量验收为止的全过程中,围绕产品对象和现场进行的生产事务的组织管理工作。工艺管理的任务是根据不同的对象、不同的特点、不同的条件,结合企业的具体情况,进行详细周密的分析研究,在现场管理过程中,合理的利用人力、物力,有效的使用时间和空间,采用较先进的管理方法,保证协调现场工艺管理,以取得最大的经济效益。

企业天天要跟工艺现场管理打交道,工艺现场管理实际上是企业生产经营活动的基础。同时,它也是企业整体管理工作中最重要的组成部分。换而言之,企业若想在日趋白热化的市场竞争中获得应得份额、创造出更高的利润就必须加强现场管理,将现场管理作为企业的重中之重。从某种意义上说,工艺现场管理水平,代表了企业的管理水平,也是企业生产经营能力的综合体现。

3.1分板工艺现场除尘管理相关措施不多

很多企业对于不同的产品特性和客户需求,统一使用简单的传统夹具、传统铣刀、传统标准设备进行工艺管理,导致产品的粉尘残留量处于失控状态。当遇到客户抱怨时,没有太多办法应对。

工艺现场粉尘堆积,为了清洁粉尘最终造成了资源及人力的浪费,更加助长了质量事故的发生频率,这些工艺现场的不善管理均制约着企业的发展。

3.2工艺质量意识薄弱

产品质量是工艺管理的最终目标,现在仍有部分企业片面追求产量而忽略了质量。在工艺管理过程中,一味追求产量,往往造成质量方面的欠缺。有些人报着侥幸心理,认为“少量”的粉尘对产品的质量影响不大,渐渐导致了对粉尘管理的失控。

四、分板工艺粉尘产生的原因

4.1、鱼骨图分析

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4.2、上集尘式分板机除尘原理假说

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除尘原理假说公式:

当“粉尘流动区域”越靠近“有效除尘区域”时,即两者重叠得越多时,除尘效果越好;

我们可以通过增大“有效除尘区域”来增加与“粉尘流动区域”的重叠,如增加吸尘器的真空度和空气流量;

“粉尘流动区域”类似圆锥体,其体积越小就会有越多的区域落在有效除尘区域,即除尘效果越好。

V是圆锥体的体积,h是圆锥体的高,r是圆锥体的底面半径,θ为½圆锥角

圆锥体的体积公式:

image.png

从以上公式上来看,要使圆锥体体积V变小,可以减少圆锥体底面半径r或圆锥体高h或½圆锥角θ。

五、分板工艺除尘改善现场管理可行性措施

针对上述问题,以及分板工艺除尘改善现场管理的意义,从个人的观点出发,需完善车间环境管理、系统管理、加强质量控制/提升质量管理意识以及工艺控制等方面做起。       

5.1、完善的车间环境管理

1)合适的温度(22~28℃)

2)合适的湿度(30%RH~70%RH);

5.2、组织完善的除尘管理系统  

1)定义合适的铣刀寿命;

 2)定义合适的毛刷寿命;

定义吸尘器的定期的维护;

定期防静电确认(设备接地、离子风机等)

5.3、抓好分板除尘改善工艺现场的质量控制  

1) 制定完善的质量控制体系,并严格执行;

制定粉尘检查标准;

3)及时发现粉尘问题,并及时反馈和解决。

5.4、做好分板除尘工艺控制

1)增大“有效除尘区域,如增加吸尘器的真空度和空气流量,但是在实际工作中会造成切割后电路板被吸起而被割坏以及很大的工作噪音等副作用。同时,由于吸尘口区域的限制,造成真空度和空气流量的提高对“有效除尘区域”的提高出现瓶颈。

推荐的措施有:

通过实验选择合适真空度和空气流量的吸尘器;建议和吸尘器供应商、分板机供应商共同结合实际情况(如本地环境、健康、安全要求)选择合适配置的吸尘器。

改善粉尘罩的设计,提高其密封性以提高吸尘效率;

通过实验选择合适管径的粉尘管,在实际实验中过粗或过细的粉尘管都无法达到最佳的除尘效果,具体视分板机除尘系统设计、产品特性以及吸尘器配置等而定。

合理布局粉尘管,力求使用最短的粉尘管,尽量使粉尘随重力向下被吸尘器吸走,避免反重力让粉尘往上走。

2)减少“粉尘流动区域”

2.1)根据4.1鱼骨图中“材料”的分析,电路板的设计也是一个重要的因子。但在实际工作中它是由产品的特性决定的,使用端(工艺管控端)能做的很少。

2.1.1)有铅产品的除尘相对无铅产品要容易得多。

2.1.2) 对于无铅产品,如果有条件可以选择电路板基材中尽量少的SiO2、Al2O3等耐高温材料加入(有SiO2等耐高温材料的电路板一般外观看起来发黄,否则呈现浅绿色),这样在分板过程中被切碎后的电路板碎屑不会崩飞而形成大的圆锥角或大的粉尘流动区域,最终分板后的除尘效果当然也会很好。

2.1.3)电路板越多的拼板预切割,意味着更少的切割区域,当然切割过程中的粉尘就会越少,那么“粉尘流动区域”自然就会小,除尘效果也会越好。

2.1.4)如果条件允许,尽量把大的元件(如铝电解电容)、粉尘敏感的元件(如连接器)、密间距元件(如IC)集中布局在离切割点远的地方,或者对离这些元件最近的切割点进行预切割。

2.1.5)如果条件允许,尽量保持拼板之间的距离。

2.1.6)从除尘的角度,尽量少的拼板是推荐的。

2.2)通过以上4.2上集尘式分板机除尘原理假说分析,可以减少圆锥体底面半径r或圆锥体高h或½圆锥角θ。

2.2.1)一个相对简单的方法是通过增加夹具底板的高度以减少其和电路板的距离,即减少了“粉尘流动区域”圆锥体高h;

2.2.2)可以通过夹具的四周密封减少粉尘的飞崩,即减少了“粉尘流动区域”的

2.2.3)通过改变铣刀的设计可以使电路板碎屑排出时靠近铣刀中心轴,即减少“粉尘流动区域”½圆锥角θ。如左下螺纹形的单双铣刀(根据情况可以调整刃数,刃数多排尘效果差但使用寿命长)相对右下钻石形(或菠萝形)排屑的θ更少,因此排尘效果更好。

六、结论

现场分板工艺除尘管理对于企业来说其意义十分重要,要充分认清当前情况下现场管理存在的相关问题,遵循相关技术原理,制定合理的方案,才能提高产品质量和客户满意度。

在设计新产品时可以根据客户要求、产品特性、本地健康环境相关要求、当前工厂工艺情况,选择合适的电路板基材、进行恰当的元件布局和拼板布局。在工艺控制端选择合适的吸尘器,以及进行合适的粉尘管布局,选用合适的铣刀,进行恰当的夹具设计。在管理中,要加强监督,确保各项措施被有效执行并形成闭环。

作者:石建华 工作单位:博世汽车部件(苏州)有限公司 职务:Staff Engineer

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