航天電子產(chǎn)品多余物預防與控制方法探析

任建文、成鋼、李永春、王旭紅、李堯 /蘭州空間技術物理研究所

航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝復雜、工序繁多，具有單件小批量、自動化程度低、人工配裝為主等特點。為保證產(chǎn)品在發(fā)射后能保持長期穩(wěn)定工作，不僅要在生產(chǎn)過程中對每個細節(jié)明確規(guī)定、嚴格控制，而且要對每一步工序操作完成后實施100%檢查確認。隨著電子產(chǎn)品向小型化、輕量化、高密度、芯多數(shù)的方向發(fā)展，因多余物造成電路短路，進而導致產(chǎn)品性能故障、整機失效等問題，成為各航天電子產(chǎn)品研制生產(chǎn)單位重點關注的主要質量問題。多余物可能從生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)帶入，或者在焊接裝配過程中產(chǎn)生，隱藏在窄縫、開孔、插頭插座等不易清除的部位，檢驗時很難被全部發(fā)現(xiàn)，再加上電子產(chǎn)品內部存在短路點，就會為多余物“發(fā)揮作用”創(chuàng)造充分條件。

一、現(xiàn)狀

某型號控制單元正樣產(chǎn)品在電裝返修過程中，多余物控制不到位，造成產(chǎn)品加電調試時輸出異常，經(jīng)檢查問題定位于焊錫多余物導致可編程邏輯門陣列（FPGA）器件引腳短路；某型號顯示單元主板電裝焊接后檢查發(fā)現(xiàn)，數(shù)字信號處理技術（DSP）器件底部引腳之間存在金屬多余物，造成了極大的質量隱患；某型號模塊電源印制板刷漆后發(fā)現(xiàn)，印制板上安裝的連接器插孔中有三防漆浸入，造成接插件部分插針接觸不良；某型號電推進電源處理單元在試驗過程中測試出現(xiàn)故障，開蓋后測試排查時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品內部存在多個金屬多余物。某快速檢漏儀無法正常加電，經(jīng)查原因為濾波器引腳與殼體之間金屬多余物短路導致。

這些已發(fā)生的問題基本屬于產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的低層次質量問題，但反映的是工藝設計、生產(chǎn)裝配以及過程質量管理等多方面存在薄弱環(huán)節(jié)，例如，產(chǎn)品多余物防控設計不足，操作實施過程中加大了產(chǎn)生多余物的風險；多余物控制工藝方法無針對性，工藝措施不細化、不量化，裝配流程設計不合理，容易產(chǎn)生和隱藏多余物；過程管理粗放，工序間交接、半成品儲存、操作環(huán)境等未嚴格執(zhí)行多余物控制要求；檢驗方法有效性不夠，多余物的檢查不到位，不能及時發(fā)現(xiàn)多余物；生產(chǎn)過程監(jiān)督檢查不到位，多余物要求、多余物措施控制情況未得到有效監(jiān)督，暴露出電子產(chǎn)品在多余物預防和控制方面存在很大不足。

二、設計階段多余物防控

多余物防控設計與型號產(chǎn)品方案設計同時開展，工藝、電路和結構設計相關人員協(xié)同設計。設計階段需要對產(chǎn)品結構、裝配流程、各部組件連接關系進行分析，識別易產(chǎn)生多余物、易隱藏多余物的部位、操作環(huán)節(jié)，以及可導致短路的微小間隙金屬裸露部位或其他多余物防控風險點。其次，根據(jù)識別出的風險點設計針對性的防控措施，減少多余物的產(chǎn)生，或控制多余物產(chǎn)生在較小范圍內。封閉孔洞、間隙，避免多余物隱藏不易發(fā)現(xiàn)。最后，根據(jù)產(chǎn)品工藝流程制定階段性多余物專項檢驗要求、檢查時機、記錄形式等。

1.多余物風險分析識別

（1）產(chǎn)品結構分析識別

所有機殼棱邊、內部螺紋孔孔壁、凸臺棱邊及機殼內部拐角處可能存在如切削、粉末和毛刺等金屬多余物，對于深孔和盲孔位置多余物不易清洗。根據(jù)產(chǎn)品結構特點分析識別操作過程可能會引入多余物的裝配工步，識別多余物進入后不易清除或檢查的部位。

對簡單模塊電源類產(chǎn)品（機殼內安裝一塊/兩塊印制板），結構分析主要關注點為：機殼內部拐角處容易產(chǎn)生多余物；印制板安裝后與底殼之間多余物不容易發(fā)現(xiàn)。

對單機箱類產(chǎn)品（機殼內安裝多個印制板），結構分析主要關注點為：導線束中、導線束與機殼或印制板之間間隙不容易發(fā)現(xiàn)多余物；機殼對外連接器螺釘安裝時（機殼通孔螺紋）容易產(chǎn)生多余物。

對多機架類產(chǎn)品（各機架獨立裝配電氣互聯(lián)），結構分析主要關注點為：機殼內部拐角處；印制板安裝后與底殼之間；導線束中、導線束與機殼或印制板之間間隙；機殼對外連接器螺釘安裝時（機殼通孔螺紋）；轉接板對接連接器孔中；機箱內部二次絕緣防護膠帶；器件涂導熱硅脂與結構件接觸散熱，導熱硅脂外露位置。

（2）裝配流程分析識別

工藝裝配流程的設計需考慮多余物控制，除常規(guī)多余物檢查外，還需從以下要點分析識別：剪線、焊接等操作無法避免在機殼內部實施的工序；上步工序操作完成后無法完全打開實施檢驗的部位；產(chǎn)品合蓋后實施機殼通孔螺紋安裝的操作。

（3）細間隙裸露部位分析識別

產(chǎn)品設計過程中需對可能因金屬多余物造成短路的部位分析識別，分析識別要點為：高密度引腳器件（BGA、CGA）引腳之間或引腳與印制板間隙、貼板安裝連接器引腳之間；器件引腳與印制板上鄰近的焊盤、過孔之間間距較小的部位；金屬殼封裝且有絕緣端子隔離引腳的器件，引腳根部于器件殼體之間；導線或器件引腳與金屬邊框、金屬散熱片、安裝卡、安裝螺釘之間間距較小的部位。

（4）產(chǎn)品返修、返工分析識別

產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中因異常問題處理需返修、返工時，需對返修部位及實施過程分析識別，分析識別要點為：結構件拆卸時螺紋孔容易產(chǎn)生碎屑多余物；拆卸組件時容易產(chǎn)生膠渣、綁扎線、套管等多余物；剪線、端頭處理、搪錫、焊接等過程容易產(chǎn)生導線絲、導線皮、焊錫珠等多余物。

2.制定控制措施

（1）從產(chǎn)品結構識別多余物風險制定的措施

產(chǎn)品機殼領取后，要求操作人員對機殼棱邊、內部螺紋孔孔壁、凸臺棱邊及機殼內部拐角處檢查，對毛刺、碎屑等金屬多余物進行清理；印制板安裝前，要求對機殼內部拐角、凸臺四周、螺紋盲孔內進行多余物檢查、清理；導線束綁扎前、導線束粘接固定前，要求對導線束內、導線束與印制板（機殼）面之間多余物檢查、清理；機殼通孔螺紋安裝螺釘時，要求螺釘緊固后及時清理多余物，并使用硅橡膠在螺釘頭部與機殼面封堵；轉接板組件焊接完成后，要求對導線束，連接器與印制板、機殼安裝面間隙，連接器插孔進行多余物檢查、清理；測試電纜制作完成后，需對連接器尾罩檢查清理，并使用橡膠墊或膠帶保護尾罩開孔，防止多余物再次進入；固封前、合蓋前對機殼粘貼的二次絕緣膠帶粘貼區(qū)域四周進行多余物檢查、清理；導熱墊安裝時對凸臺周圍擠出的多余導熱硅脂進行檢查、清理。

（2）從裝配流程識別多余物風險制定的措施

剪線、焊接等操作無法避免在機殼內部實施的工序，要求操作前對機殼內部進行全面防護。局部實施剪線、焊接等操作時，及時收集清理已產(chǎn)生的導線絲、焊錫珠等多余物，操作完成后拆除防護措施；產(chǎn)品在安裝印制板、結構件裝配、灌封、粘固等操作后，無法對已完成的部位進行多余物檢查時，要求操作前對該部位進行多余物檢查、清理，并局部拍照記錄，能全面清晰地反映該部位多余物情況；安裝完成后使用膠帶對可能會二次進入多余物的縫隙、開孔進行粘貼防護，明確防護膠帶去除時機。對于機殼蓋板已設計為通孔的產(chǎn)品，機殼蓋板安裝時要求安裝前在機殼內部，使用硅橡膠對螺紋通孔進行封堵，確保緊固后螺桿端部完全被膠液包裹。

（3）微小間隙裸露部位分析識別多余物風險制定的措施

與電路搭接短路是電子產(chǎn)品內部多余物最主要的危害之一，識別微小間隙裸露部位，是為了將可能會造成多余物搭接短路的位置提前識別，并采取措施進行防護，防止產(chǎn)生短路危害。

高密度器件（BGA、CGA）、貼板安裝連接器焊接完成后，因器件底部引腳無法實施三防防護，后續(xù)焊接等操作多余物容易再次進入，要求對經(jīng)過X 光檢驗的器件四周使用膠帶粘貼防護，并拍照記錄，明確去除時機。

產(chǎn)品印制板上識別出的器件引腳底部印制板上距離較近的焊盤、過孔等部位，因無法實施三防防護，要求器件焊接前使用硅橡膠將空焊盤、過孔等使用硅橡膠覆蓋。

金屬殼封裝且有絕緣端子隔離引腳的器件，引腳根部與器件殼體之間間隙較小，因該位置不能實施三防防護，要求在引腳焊接完成后使用硅橡膠將引腳根部絕緣端子一周完全固封。

產(chǎn)品內部識別出的裸露導線、焊點或器件引腳與金屬邊框、金屬散熱片、安裝卡、安裝螺釘之間間距較小的部位，要求在三防防護時重點涂刷，且在檢驗時設置專檢點，對上述位置三防涂覆情況專項檢查。無法實施三防防護的位置，要求使用硅橡膠覆蓋。

（4）產(chǎn)品返修、返工時分析識別多余物風險制定的措施

產(chǎn)品在返修、返工時，由于需要進行結構件拆卸、去除固化膠、剪線、焊接等操作，過程中容易產(chǎn)生多余物，且多余物隱藏后不易發(fā)現(xiàn)，需進行嚴格控制。

產(chǎn)品返修結構件拆卸時，在拆除緊固件后，螺紋孔中金屬屑、膠渣等多余物，要求結構件打開后，首先使用無紡布蘸酒精對螺紋孔進行清理，清理完成后再進行下步操作。重新裝配前清理緊固件螺紋部分多余物。

機殼內單板組件拆卸時，存在扣膠、拆除綁扎線、拆除導線束套管或熱縮膜等操作，要求設計合理的拆卸工序流程，盡量將組件從機架中取出后再進行其他操作，過程中隨時收集已產(chǎn)生的多余物。

印制板組件返修時存在剪線、端頭處理、搪錫、焊接等過程，要求：一是盡量在產(chǎn)品機殼外操作，清洗檢驗合格后安裝至機殼；二是如無法避免在機殼內操作，盡量減少操作內容，如規(guī)定準確的導線長度，在機殼外部剪線，端頭處理完成后轉至機殼內部焊接；三是在機殼內部操作前，對除需操作區(qū)域以外的所有區(qū)域使用聚酰亞胺膠帶粘貼保護。

3.明確階段性多余物專項檢查要求

（1）確定檢驗時機

根據(jù)產(chǎn)品特點，設置階段性專項多余物檢查時機，如小模塊電子產(chǎn)品在印制板安裝前（安裝后不再拆卸）、產(chǎn)品合蓋前設置多余物專項檢驗點；機箱電子產(chǎn)品在互聯(lián)導線焊接后、印制板安裝前、產(chǎn)品合蓋前設置多余物專項檢驗點；機架電子產(chǎn)品在印制板安裝前、單機架固封前、產(chǎn)品合蓋前設置多余物專項檢驗點。

（2）確定檢查要點

互聯(lián)導線焊接后主要檢查部位：導線（或導線束）與印制板（或機殼）之間、熱縮套管或熱縮膜、焊點周圍印制板表面；

印制板安裝前主要檢查部位：印制板表面、器件表面、器件引腳之間、器件與印制板之間、連接器插孔、印制板過孔（綁扎孔）、機殼內部及工藝設計階段識別出的微小間隙裸露部位；

單個機架固封前主要檢查部位：印制板組件表面、印制板組件與機殼之間、導線束與印制板（機殼）之間、機殼安裝螺紋孔及工藝設計階段識別出的微小間隙裸露部位；

產(chǎn)品合蓋前主要檢查部位：最外層印制板組件表面、機殼內部導線束與機殼接觸位置、蓋板內部及螺紋孔、機殼內部粘貼聚酰亞胺膠帶邊緣。

（3）明確檢驗方法

產(chǎn)品階段性專項檢查以目視檢查為主，特殊位置無法實施目檢的，要求明確檢查方法，如X 射線透視檢查，內窺鏡檢查，晃動檢查，空氣吹吸檢查等方法。

三、生產(chǎn)現(xiàn)場多余物防控

產(chǎn)品進入生產(chǎn)之前，科學合理的結構配裝設計、工藝流程設計能簡化裝配工序、減少產(chǎn)品反復拆裝，從根本上減少多余物的產(chǎn)生。進入生產(chǎn)階段，產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場是多余物產(chǎn)生的主要場所，系統(tǒng)全面的現(xiàn)場多余物防控是產(chǎn)品生產(chǎn)過程多余物控制的基礎，需要對生產(chǎn)過程的每個環(huán)節(jié)，生產(chǎn)現(xiàn)場的每個角落、每個崗位、每個步驟進行分析識別，提出多余物控制要求，多余物產(chǎn)生后的處理辦法，總結固化經(jīng)驗，并不斷迭代更新，形成長期有效的現(xiàn)場多余物防控機制。

1.制定生產(chǎn)現(xiàn)場多余物控制要求

產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場應制定多余物控制要求，對現(xiàn)場環(huán)境、工作臺面、產(chǎn)品交接過程、工具設備使用過程、操作過程、包裝運輸過程等進行詳細的控制要求。明確相關人員責任，將現(xiàn)場責任區(qū)域劃分，要求各小班組長每天對本班組人員及區(qū)域多余物控制情況監(jiān)督檢查，對發(fā)現(xiàn)的問題立即整改，形成檢查整改記錄。生產(chǎn)部門經(jīng)理每周對各班組檢查整改情況匯總梳理，對存在的嚴重問題、普遍性問題進行部門內情況通報，避免其他班組再次發(fā)生類似問題。

2.制定生產(chǎn)現(xiàn)場各崗位多余物控制要求

產(chǎn)品生產(chǎn)部梳理生產(chǎn)現(xiàn)場多余物控制相關崗位，如配套、領料、表貼、初裝、機裝、清洗、刷漆、灌封等，確定產(chǎn)品在本崗位的輸入及輸出形式，要求各崗位人員識別本崗位各環(huán)節(jié)多余物控制薄弱點、流程、要點，明確多余物檢查方式，規(guī)定轉工序時交接確認內容等，形成本崗位多余物控制要求。

3.生產(chǎn)現(xiàn)場定期開展多余物防控討論會

產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場根據(jù)生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的多余物問題，收集各類人員反饋信息，及時組織人員分析問題原因，群策群力，制定針對性改進措施，調整流程，優(yōu)化工序操作，完善多余物控制要求等，調動各崗位人員積極關注、參與多余物控制。

4.制定專職檢驗發(fā)現(xiàn)多余物后的處理機制

產(chǎn)品操作完成后自檢合格，轉交專職檢驗后，要求檢驗發(fā)現(xiàn)多余物需按不合格品處理，并計入操作人員交檢合格率統(tǒng)計，產(chǎn)品生產(chǎn)部門每周收集匯總統(tǒng)計結果，并現(xiàn)場公示。明確將交檢合格率統(tǒng)計結果作為現(xiàn)場操作人員績效考核數(shù)據(jù)之一，約束操作人員對產(chǎn)品多余物的控制、檢查和確認，提高操作人員對多余物的防控意識。

四、多余物控制措施實施情況檢查

生產(chǎn)階段從工藝設計到完成交付，制定各環(huán)節(jié)多余物控制措施，措施是否有效執(zhí)行，是否需要改進優(yōu)化，須對實施過程進行監(jiān)督檢查，根據(jù)檢查結果確定實施效果。

1.工藝控制要求

組織工藝評審時，對工藝文件中多余物的控制措施進行專項審查，在工藝評審要素表中增加多余物審查要素，由專人審查確認。針對產(chǎn)品結構、工藝流程設置等情況識別出易短路的細間隙，容易產(chǎn)生多余物環(huán)節(jié)，容易隱藏多余物的部位等。根據(jù)識別結果制定多余物控制要求，提出防護措施、檢驗時機、檢驗方法。

以某配電器電源產(chǎn)品為例，在工藝設計之初識別出“貼板安裝連接器引線根部、MOS 管引線根部、印制板焊盤引出線根部、COFP 封裝的芯片電路引腳”為該產(chǎn)品易造成短路的細間距目裸露部位。工藝文件在單板表貼焊接后、整機裝配整機固封前分別設置多余物檢驗點，對已識別出的部位進行多余物檢查。MOS 管引線根部、印制板焊盤引出線根部、COFP 封裝的芯片電路引腳三處使用30 倍放大鏡檢查，貼板安裝連接器引線根部要求使用X 射線檢查。檢查完成后將易短路部位使用聚酰亞胺膠帶粘貼保護，防止再次進入多余物。所有上述多余物控制要求在工藝評審時作為一項獨立要素，由工藝專家進行專項審查，審查結果為：該產(chǎn)品生產(chǎn)過程多余物要素全面識別，檢查方式、檢查時機、防護措施合理。

2.工藝紀律檢查

生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員對多余物控制實施情況隨時檢查，檢查各崗位操作人員是否執(zhí)行多余物防控要求，著重檢查物料準備組人員在發(fā)料時檢查結構件內外部金屬多余物是否已清理；三防涂覆人員在涂覆前檢查印制板組件上器件間隙、焊點間隙等部位是否無多余物；整機裝配組人員檢查產(chǎn)品固封前，印制板、導線束、機殼孔等多余物是否已清理；操作人員在產(chǎn)品返修時確認返修工藝已明確多余物控制措施，且將控制措施實施工序編制到過程記錄表中，返修時嚴格執(zhí)行多余物控制措施，完成后逐一記錄實施情況。

3.生產(chǎn)現(xiàn)場檢查

修訂《生產(chǎn)制造部生產(chǎn)現(xiàn)場管理辦法》，增加生產(chǎn)現(xiàn)場多余物定期檢查和定期組織現(xiàn)場多余物專項會議的要求。要求每月第二周第一個工作日對生產(chǎn)現(xiàn)場進行多余物專項檢查，排查生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境多余物隱患，檢查生產(chǎn)現(xiàn)場工作臺面、產(chǎn)品轉運盒、防靜電包裝袋、操作工具、防護設備等多余物控制情況；質量管理人員監(jiān)督現(xiàn)場多余物專項討論會執(zhí)行情況，配合生產(chǎn)管理人員隨時解決發(fā)現(xiàn)的多余物問題，及時追蹤多余物質量問題閉環(huán)管理情況，治理根源，杜絕問題重復出現(xiàn)。

此外，管理辦法要求專職檢驗員將發(fā)現(xiàn)的多余物情況計入《一次交檢不合格率統(tǒng)計表》每季度進行結果統(tǒng)計，作為操作人員考核依據(jù)。

五、結束語

多余物預防與控制是航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)單位質量控制難點，僅從單一要素出發(fā)很難有效控制，需要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，系統(tǒng)全面地識別多余物控制薄弱點，綜合地制定措施進行控制。多余物的防控涉及設計、工藝、生產(chǎn)、試驗、交付全過程，如果各環(huán)節(jié)相互制約，多余物防控就不能有效發(fā)揮質量保證作用。本文從電子產(chǎn)品工藝設計、生產(chǎn)、檢驗等過程分析識別多余物產(chǎn)生或隱藏的風險，制定相應的措施要求，幫助指導工藝設計人員、生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員、監(jiān)督檢查人員等開展多余物風險識別與控制，確保型號產(chǎn)品生產(chǎn)階段多余物控制措施全面實施，且有效運行。