快速換模在引線框架高速鍍銀中的應(yīng)用

王超*，陳琪輝，陳亞龍

（寧波華龍電子股份有效公司，浙江 寧波 315121）

【經(jīng)驗交流】

快速換模在引線框架高速鍍銀中的應(yīng)用

王超*，陳琪輝，陳亞龍

（寧波華龍電子股份有效公司，浙江 寧波 315121）

對引線框架高速鍍銀中快速換模方法進(jìn)行了研究，通過快速換模六大步驟的實施，明顯減少了因更換產(chǎn)品而引起的電鍍線停機所造成的時間浪費，使各項業(yè)務(wù)指標(biāo)有了明顯的改善。

目前，我國半導(dǎo)體市場發(fā)展正處于熾熱階段。隨著政府不斷投放資金吸引外資，引入晶片廠和研究設(shè)施，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重心正積極向我國轉(zhuǎn)移。絕大部分的半導(dǎo)體集成塊中都需要使用引線框架，不同的封裝方式需要不同的引線框架，因此，通常以半導(dǎo)體的封裝方式來對引線框架進(jìn)行命名，如DIP(雙列直插式封裝)系列、SOP(小外形貼片封裝)系列、QFP(方形扁平式封裝)系列、BGA(球柵陣列封裝)系列、CSP(芯片級封裝)系列、SOT(小型晶體管表面貼裝型封裝)系列、TO(晶體管封裝)系列，等等[1]。為了保證封裝工藝中的裝片/鍵合性能，使芯片和焊接絲與引線框架形成良好的擴散焊接[2]，需要在引線框架的裝片/鍵合區(qū)域(引線的載片臺區(qū)域和引線腳上)進(jìn)行特殊的表面處理，即電鍍銀。不同系列引線框架的電鍍方式各不相同(包括單面局部鍍銀、單面半鍍銀、雙面半鍍銀、單點鍍銀、兩點鍍銀、三點鍍銀、全鍍銀，等等)，電鍍工藝、電鍍區(qū)域、鍍層厚度也不相同。面對如此眾多系列的引線框架電鍍，換模是一項艱巨的任務(wù)，不同系列的產(chǎn)品切換時，電鍍生產(chǎn)線需要停止生產(chǎn)，以便更換所需的電鍍裝置及調(diào)試電鍍條件。產(chǎn)品切換過程中，停機時間成了影響電鍍生產(chǎn)效率的主要因素之一。每次換模所耗費的時間，按照精益思想的原則來說就是浪費[3]。因此，縮短換模時間是提高電鍍效率必須要解決的課題之一。

1 快速換模概述

精益生產(chǎn)(Lean Production)是當(dāng)前工業(yè)界公認(rèn)的一種最佳的生產(chǎn)方式和組織體系，在全球范圍內(nèi)各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。精益生產(chǎn)的核心是消除一切無效勞動和浪費?？焖贀Q模(Single-Minute Exchange of Die，簡稱SMED)是實施精益生產(chǎn)的重要方法和手段之一，是指通過工業(yè)工程的方法，持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)準(zhǔn)備過程，用盡可能少的時間完成換模過程，因此也被稱作快速生產(chǎn)準(zhǔn)備。它最早由日本豐田汽車工業(yè)工程師新鄉(xiāng)重夫先生于1969年在改善豐田1 000 t沖床的換模過程中提出，現(xiàn)已成為豐田生產(chǎn)系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)，極大地促進(jìn)了生產(chǎn)方式的變革。SMED通過換模過程中的簡化、協(xié)調(diào)操作等方式來實現(xiàn)，以減少更換工裝，縮短生產(chǎn)啟動或調(diào)整時間[4]。

目前市場訂單已經(jīng)向多品種、小批量轉(zhuǎn)變，快速換模的實施對電鍍企業(yè)來說具有很多現(xiàn)實意義及好處。對客戶而言，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下縮短了交付周期，做到了準(zhǔn)時交付，并且提高了需求的靈活性；對生產(chǎn)企業(yè)而言，降低了成本，減少了庫存，改進(jìn)了質(zhì)量，提高了產(chǎn)能，能快速響應(yīng)需求變化，減少了對操作員的依賴性；對員工而言，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作減少了出錯，換模更簡單易行，自身技能得到了拓展，工作環(huán)境更加安全。

在一般的制造企業(yè)中，包括換模時間在內(nèi)的在制品周轉(zhuǎn)、等待所需的時間，約占整個生產(chǎn)周期的95%。要實現(xiàn)快速響應(yīng)客戶需求的變化，就要求企業(yè)必須盡量縮短換模時間。今天，SMED已經(jīng)在許多制造行業(yè)中得到了成功應(yīng)用。國外的研究顯示，通過運用SMED，制造型組織可以在幾乎不增加任何成本的情況下減少75%甚至更多的換模時間。

2 換模時間的概念

精益生產(chǎn)將換模時間定義為：上一種類產(chǎn)品最后一個合格產(chǎn)品順利生產(chǎn)結(jié)束，到下一種類產(chǎn)品第一個合格產(chǎn)品被生產(chǎn)出來之間的時間間隔。在引線框架高速鍍銀中，換模時間指的是從上一種產(chǎn)品收料結(jié)束到下一種類的合格品收料的時間間隔。從精益生產(chǎn)的角度來看，這部分時間不產(chǎn)生價值，所以需要盡可能地縮短，以減少浪費。如圖1所示，電鍍換模時間的4個主要組成部分包括準(zhǔn)備時間、換模操作時間、調(diào)整時間和整理時間。

圖1 換模時間的構(gòu)成Figure 1 Composition of changeover time

換模作業(yè)按時間特性可以分為“內(nèi)部換模"和“外部換模"。內(nèi)部換模是指必須在電鍍線停止生產(chǎn)的狀態(tài)下才能進(jìn)行的換模動作，又稱為“內(nèi)部作業(yè)”或者是“內(nèi)部準(zhǔn)備”，主要包括電鍍皮帶、電鍍模具、電鍍噴頭和導(dǎo)電輪的拆卸、安裝及調(diào)整，整流器電流的調(diào)整，工作液溫度的調(diào)整，電鍍上料員對首件檢驗等工作。外部換模是指電鍍線在生產(chǎn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)中仍然可以進(jìn)行的換模動作，又稱為“外部作業(yè)”或者是“外部準(zhǔn)備”，主要包括生產(chǎn)計劃的安排，準(zhǔn)備基材，尋找工藝指導(dǎo)書，確認(rèn)電流、溫度等工藝參數(shù)，準(zhǔn)備好規(guī)定的皮帶、電鍍噴頭及相應(yīng)的電鍍模具，電鍍成品轉(zhuǎn)移，皮帶、噴頭、模具歸位等工作。在整個電鍍加工過程中，真正使產(chǎn)品增值的環(huán)節(jié)并不多。國外有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品在加工過程中，只有 5%的時間能夠真正地給產(chǎn)品增值。其余 95%的時間在做以下內(nèi)容：檢查基材(毛坯)是否存在缺陷，在電鍍過程中等待，對不合格電鍍品進(jìn)行返工，檢查產(chǎn)品質(zhì)量，轉(zhuǎn)換電鍍模具，等等。電鍍換模時間顯然是影響生產(chǎn)效率的重要因素。

3 快速換模的步驟

快速換模的目標(biāo)是盡可能減少不同產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時電鍍線的停頓時間。然而不少電鍍從業(yè)者認(rèn)為，大幅度減少轉(zhuǎn)換時間是不可能的。如果不先摒棄這種思想，快速換模技術(shù)就不可能在電鍍行業(yè)中應(yīng)用。如圖 2所示，快速換模分6個步驟實施。為了使整個電鍍換模時間降到最低，這6個步驟缺一不可。

3.1 了解原換模過程并對其分析

引線框架高速鍍銀的工藝流程為：上料→雙極電解除油→水洗→酸洗→水洗→預(yù)鍍銅→水洗→預(yù)鍍銀→水洗→選鍍銀→水洗→退鍍→水洗→保護→水洗→熱水洗→吹干→烘干→收料。

以某廠電鍍3號線A通道為例，當(dāng)前電鍍的產(chǎn)品為SOT-223(6rows)。電鍍車間收到生產(chǎn)計劃，需要將電鍍產(chǎn)品更換為DIP007(139*119)。仔細(xì)觀察當(dāng)前電鍍技術(shù)員的換模流程，認(rèn)真記錄并計算當(dāng)前整個換模時間[5]，以收到生產(chǎn)計劃為起點計時，直至新產(chǎn)品可以開始正常生產(chǎn)，得到如表 1所示各個步驟的操作時間。

圖2 快速換模的6個步驟Figure 2 Six steps for SMED

表1 原換模過程各個步驟操作時間分析Table 1 Analysis of operation time of each step in previous changeover process

用魚骨圖從人、機、料、法、環(huán)、測等六大方面對原換模各個步驟進(jìn)行分析，如圖3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原換模作業(yè)基本為串行作業(yè)，在電鍍線停機之后才開始拉料，找模具、工具等，有閑置等待、相互干涉、反復(fù)調(diào)試等現(xiàn)象，存在嚴(yán)重的時間浪費。

圖3 如何提高電鍍線整體效率的魚骨圖分析Figure 3 Fishbone diagram analysis for improving the overall efficiency of an electroplating production line

影響換模時間主要有以下幾個的因素：

(1) 員工的意識不夠，沒有時間浪費的概念。

(2) 員工的操作不夠熟練，不同技術(shù)員的熟練程度不一，特別是銀缸主機部分的安裝，若技術(shù)員不夠熟練，調(diào)試過程中容易使產(chǎn)品產(chǎn)生變形、扎孔等缺陷。

(3) 無專人看管模具，所有技術(shù)員找到模具后還要檢查上面的膠粒是否完好，嚴(yán)重浪費了時間。

(4) 電鍍模具、皮帶、噴頭存放不合理，沒有建立模具臺賬，管理比較混亂，導(dǎo)致技術(shù)員在尋找的過程中浪費了時間。

(5) 工具、工裝管理不到位，擺放混亂，現(xiàn)場5S(即整理、整頓、清掃、清潔和素養(yǎng))較差。

(6) 沒有區(qū)分內(nèi)、外換模時間，所有的操作基本上都是在電鍍線停機后才開始，致使設(shè)備利用率不高。(7) 工藝參數(shù)不夠細(xì)化，工藝指導(dǎo)書上面的工藝參數(shù)范圍較大，導(dǎo)致技術(shù)員要反復(fù)調(diào)試。

(8) 無目視化管理，如銀缸主機里模具、噴頭的安裝，產(chǎn)品運行到主機處后如何準(zhǔn)確用定位針定位產(chǎn)品等都沒有目視卡片，導(dǎo)致經(jīng)驗不足的技術(shù)員花費了較多的時間。

(9) 電鍍線上的導(dǎo)電輪設(shè)計不合理，因為不同系列產(chǎn)品的寬度一般都不同，產(chǎn)品通過導(dǎo)電輪之前要先調(diào)整好導(dǎo)電輪的寬度，所以每次都要用到六六角，極其不便，浪費較多的時間。

3.2 區(qū)分內(nèi)部換模和外部換模

將換模過程細(xì)分為一項項基本工作內(nèi)容，分析換模全過程，確定在停機前后有哪些事情可以做、必須做，以及做的時間和順序要求，對內(nèi)部活動進(jìn)行仔細(xì)分析，將內(nèi)部換模操作和外部換模操作嚴(yán)格區(qū)分開。從表1可以看出，在電鍍線沒有停機的狀況下所進(jìn)行的外部操作時間總計為33 min，停機時間便縮短了約35%，大大地提高了電鍍線的整體效率。

3.3 將內(nèi)部換模時間盡可能轉(zhuǎn)化為外部換模時間

仔細(xì)分析當(dāng)前換模流程，深入了解每一步內(nèi)部換模操作的真實目的，利用 5W1H(六何分析)法進(jìn)行分析，將可以在外部進(jìn)行的操作堅決從內(nèi)部換模操作中移出，使之成為外部換模操作，從而減少內(nèi)部換模操作。對當(dāng)前內(nèi)部換模分析后認(rèn)為表2中所列的4項內(nèi)部換模時間可以轉(zhuǎn)換為外部換模時間。

3.4 減少內(nèi)部換模時間

為了縮短內(nèi)部換模時間，必須對不能夠轉(zhuǎn)換為外部操作的流程動作進(jìn)行徹底的改進(jìn)，包括以下幾個方面：

(1) 員工的意識和熟練程度不夠是影響內(nèi)部換模時間的要素之一，所以要對內(nèi)部換模過程中操作人員的動作進(jìn)行分析，減少不必要的動作，改進(jìn)其走動路線，縮短走動時間，并采用“并行”的思維方式來深入研究當(dāng)前的內(nèi)部換模流程。特別要對銀缸主機模具調(diào)試進(jìn)行嚴(yán)格的培訓(xùn)及考核，讓所有技術(shù)員在調(diào)試時所花的時間都差不多。還要制作并打印模具安裝的目視卡片，懸掛在銀缸主機旁邊，讓技術(shù)員對定位針定位產(chǎn)品一目了然。

表2 將內(nèi)部換模時間盡可能轉(zhuǎn)化為外部換模時間的5W1H分析Table 2 5W1H analysis on conversion of internal activities into external activities

(2) 觀察引線運行過程和正常產(chǎn)品開機調(diào)試，都發(fā)現(xiàn)存在內(nèi)部時間的浪費。

第一：引線接上后，運行到銀缸主機位置，總計45 m的長度(包括20 m的緩沖區(qū)以及電解除油、鍍銅、預(yù)鍍銀三處的總長度25 m)，這段長度不會對調(diào)試工作產(chǎn)生任何影響，正常的走速為5 m/min，耗時9 min。采用變速的方法把這一段的走速提高到10 m/min，內(nèi)部時間就節(jié)約了4 min 30 s。

第二：正常產(chǎn)品開機調(diào)試時，從正常產(chǎn)品接上后運行到電解除油工位有20 m緩沖區(qū)，正常耗時4 min，這部分長度對電鍍也不會產(chǎn)生影響，所以把走速提高到10 m/min，這樣內(nèi)部時間又節(jié)約了2 min。

(3) 電鍍線上的導(dǎo)電輪設(shè)計不合理，每次換產(chǎn)品時都需要對電解除油、鍍銅、預(yù)鍍銀、選鍍銀、退鍍等處導(dǎo)電輪的寬度進(jìn)行調(diào)整，工作量較大，極為不便，浪費較多的時間。在匯集所有電鍍工程師、技術(shù)員一起探討后，決定用導(dǎo)電刷取代導(dǎo)電輪，成功地解決了這一麻煩，產(chǎn)品運行至各個工序處的導(dǎo)電刷位置，不需要再調(diào)整導(dǎo)電輪的寬度，大大地減少了內(nèi)部換模時間?，F(xiàn)在只需各班每2 h檢查導(dǎo)電刷是否老化，是否與產(chǎn)品接觸良好即可。

(4) 工藝指導(dǎo)書上工藝參數(shù)的范圍較大，導(dǎo)致技術(shù)員反復(fù)調(diào)試后才能正常電鍍；同時電鍍圖紙是與工藝指導(dǎo)書分開的，增加了技術(shù)員尋找的時間。所以每次換模時，應(yīng)該把重要的參數(shù)記錄下來，形成標(biāo)準(zhǔn)，制定類似于表3的換模參數(shù)表，并附上電鍍圖紙，實施目視化管理。

3.5 減少外部換模時間

外部換模主要是為了輔助內(nèi)部換模，實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換而在轉(zhuǎn)換前做準(zhǔn)備、轉(zhuǎn)換后做整理的工作。由于現(xiàn)場的電鍍模具、皮帶、噴頭存放不合理，工具、工裝擺放混亂，因此技術(shù)員在尋找、取放模具和工具時浪費了過多的時間，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換操作效率低下。因此，如果想徹底消除外部換模操作中存在的浪費，5S管理是必不可少的一個工具。整理出換模操作需要的工具、量具，與不需要的工具、量具區(qū)別開，不需要的及時處理，避免混放。將換模所需要的模具、皮帶、噴頭等按照“定點”、“定量”、“定容”的原則，規(guī)定其放置的位置，并用標(biāo)示卡標(biāo)示，做到一目了然，方便取用。用完的工具、量具、夾具等一定要及時清理，并放回規(guī)定的放置場所。具體措施如下：

(1) 由電鍍班長管理模具。每次換模后，由技術(shù)員整理電鍍模具并放到指定的位置，然后由電鍍班長對其換下的電鍍模具進(jìn)行檢查，看是否有膠粒破損，膠粒壽命是否達(dá)到上限，做到及時更換，從而保證下次換膜時技術(shù)員能夠迅速找到電鍍模具并立即使用。

(2) 建立模具、皮帶的臺賬，設(shè)立專用模具室。電鍍模具、皮帶分開存放在指定位置，并用標(biāo)示卡標(biāo)示。

(3) 整理出換模所用的工具，并與其他工具分開存放。

3.6 將優(yōu)化改進(jìn)后的換模流程標(biāo)準(zhǔn)化

由于操作人員各自的習(xí)慣不同，因此在換模過程中很難做到完全統(tǒng)一和細(xì)節(jié)量化。然而電鍍車間作業(yè)若隨意改變操作方法或前后次序，就很難保證能夠鍍出合格的產(chǎn)品。所以，為了使SMED能夠在電鍍車間持久良好地實施下去，應(yīng)該與標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序(SOP)結(jié)合起來使用，將換模過程的改進(jìn)優(yōu)化成果做到量化和標(biāo)準(zhǔn)化，并形成文件，對操作工進(jìn)行培訓(xùn)，使他們切實掌握。制定的電鍍換模SOP(標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書)有利于操作工在換模過程中高效、快速地操作，降低了部分勞動強度，讓操作工感受到了公司對基層員工的關(guān)注，其工作積極性會有一定的提高。改進(jìn)后的換模過程各個操作步驟的時間列于表4。

表3 某產(chǎn)品的換模參數(shù)記錄表Table 3 Changeover chart for manufacturing a product

表4 改進(jìn)后的換模過程各個操作步驟時間Table 4 Operation time of each step after improvement of changeover

4 快速換模的益處

經(jīng)過一系列措施的改善，電鍍3號線A通道換模過程中的停機時間由原來的95 min 10 s縮短至26 min 35 s，減少了72%。

通過研究快速換模并予以實施，明顯降低了因換產(chǎn)品而引起的電鍍線停機所造成的時間浪費，不但使各項業(yè)務(wù)指標(biāo)有了明顯的提高，而且使公司在實施精益生產(chǎn)的過程中又積累了成功經(jīng)驗，現(xiàn)場的5S、目視化管理等各方面得到進(jìn)一步加強，而且對工藝流程的進(jìn)一步改善起到了積極的推動作用。員工通過參與快速換模項目，自主性和工作積極性被激發(fā)了出來，在工作中提出了許多好的改進(jìn)建議，為持續(xù)改善提供了無限動力。

5 結(jié)語

生產(chǎn)現(xiàn)場的改善是一個復(fù)雜的工程，對企業(yè)的發(fā)展非常重要，現(xiàn)場車間的改進(jìn)優(yōu)化永無止境。根據(jù)生產(chǎn)實踐，發(fā)揮人的聰明才智，利用快速換模相關(guān)知識和方法，不斷消除浪費和優(yōu)化換模流程，一定可以不斷地縮短換模時間。

[1]王超, 陳亞龍, 陳明明, 等.壓板式高速鍍銀在引線框架中的應(yīng)用[J].電鍍與涂飾, 2016, 35 (9): 475-480.

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[3]王超, 陳琪輝, 陳孝龍.精益生產(chǎn)在電鍍企業(yè)中的應(yīng)用[J].電鍍與涂飾, 2017, 36 (17): 936-943.

[4]SHINGO S.Quick Changeover for Operators: The SMED System [M].Portland, OR: Productivity Press, 1996.

[5]貢怡峰, 周炳海.汽車空調(diào)管路生產(chǎn)線瓶頸改善研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù), 2008 (11): 1-4, 9.

Application of single-minute exchange of die in high-speed silver electroplating of leadframes

WANG Chao*,CHEN Qi-hui, CHEN Ya-long

The single-minute exchange of die (SMED) for high-speed silver electroplating of leadframes was studied.The waste of time caused by shut-down of the production line during changeover was greatly reduced through the implementation of six steps, improving the performance indicators.

leadframe; silver electroplating; lean production; changeover time; standardization

Ningbo Hualong Electronics, Co., Ltd., Ningbo 315121, China

摘要：引線框架；電鍍銀；精益生產(chǎn)；換模時間；標(biāo)準(zhǔn)化

TQ150.6; TQ153.16

B

1004 – 227X (2017) 21 – 1142 – 07

10.19289/j.1004-227x.2017.21.006

2017–04–28

2017–10–20

王超（1989–），男，湖北黃岡人，學(xué)士，工程師，從事電鍍添加劑的研究以及電子高速電鍍技術(shù)與管理工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) wangc2008@126.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]