改善生产工艺降低电源模块故障率10月13日.docx

改善生产工艺降低电源模块故障率电源模块具有体积小、功率密度大、防潮、抗振动、一致性好、应用简单、可靠性高等优点，作 为令用集成电路、数字信号处理器、微处理器、存储器、现场可编程门阵列，以及其他数字或模拟 负载提供电源的供应器，目前己得到广泛地应用。电源模块是各类矿用电源、分站、传感器等电子 产品的动力源，其可靠性是监控系统等可靠运行的前提，也是保障煤矿安全生产的基础。与集成式 的解决方案相比，采用电源模块可以按照标准性能的规定进行单独设计和测试，节省开发时一间、 降低故障风险，当出现故障时只需将问题模块子以更换即可，易于维修。在电源模块批量应用初期， 由十生产土艺不成熟，出现了较高的故障率，客户满意度不高。依照QC小组活动程序U7，按PDCA 循环的模式，对电源模块质量现状进行了深入调查，设立攻关目标，应用调查表、排列图、关联图、 对策表等系列质量管理技术和方法，全面系统地分析了故障原因并确定主要原因。在此基础上，制 订了改进对策表。实施改进后，电源模块生产过程月故障率由最高时的5.3%降到0.54%，开箱不良 率由最高的7.3%降为0，提高了电子产品的可靠性。1现状调查与原因分析1.1现状调查分别对2015年1-4月生产过程中，以及同期发往煤矿现场的5V电源模块故障情况进行了调 查统计，结果见表1。根据表1统计数据，绘制出故障率柱状图，如图1所示。统计发现，5V电源 模块的生产过程故障率为3.6% 5.3%，平均为4.5%，未达到生产过程故障率不大十2.0%的质量目 标要求;用户现场开箱不良率最高时一达到7.3%，平均达5.1%，开箱不良率未达到不超过1.0%的质 量目标要求。S v电源模以隘障数景统i|月份产销数金/只生产故障数金/只开料故障数金/只2C15-0122C&1占2C15-021317由山1占1占2C15-04.切1&合计1 22C55心图I 5 ',电源模坎故障率柱技图1.2故障分类为有效降低故障率，对统计期间发现的117只故障电源模块进行了故障定位分析和分类统计， 结果见表2。根据表2的分类结果，制作故障类型排列图，如图2所示。q隈障类型调查分类序号故障类型故障数/只占比施1无电压愉出由佛.42带载启动昴常3输出电压值超限21.74输出纹波超限21.75其他3顼乳电摩帝载启榆出电压 输出堂箕他骊出动序带值恐范图波偏北故障类型图2成障类型排列图.0%,是电源模块故障的主要由图2可知，无电压输出”与“带载启动异常”占总故障数的94原因，解决好这两项故障，理论上可将电源模块故障率降到0.58%。如果措施得当，那么将电源模 块生产过程故障率及顾客现场开箱不良率均降低到1.0%以下是完全可以实现的。2原因分析与确认2.1原因分析通过对采购、生产、检验等过程进行了解、分析，对造成无电压输出及带载启动异常的因素进 行讨论，利用头脑风暴法整理得到两类故障的原因关联图，如图3所示，确定了 10个末端因素。葬救淙移帝戢詹劫异希器件损环设计缺陷无电压输出温度受化造成 勤出电压滓耕抗振站、祷等电搏 藏不到免供货器件质培训不泛， 溺试不煽包厕试设备 .祺茬大，图3随障原由美联图2.2主要原因确认采用现场调查、验证和试验对比等方法，对引起SV电源模块无电压输出及带载启动异常的10 个末端因素制订主要原因（要因）确认方法和确认标准，形成要因确认表，见表3。占3要因确认占序号末端因素确认方法确认标准1培训不足，删试不规范现场调查培训及操作合格通过率IW%.能如立揉作2测试设备误差大调查设希计量情况测试设备有计量松定沌校准证西3防静电措施不到位现场调查及删试电烙铁接地电阻2 Q.漏电压W<I.5 '4蜉接要求不完善孙蜉接1.艺要求及焊接质里验证焊接岂明确无误.电路板无虚焊、漏焊等情况5电调1.艺不"善调查电调作业指导书,并现场测试电调能指导产品生产及测试项目无遗漏6供费器件质量有缺陷抗雷击博 电干扰差供成画及器件质量调查雷甘浪涌、静电试验器件术购渠道瓦规可查，卮堇信息可迫潮试验中不出现电压暂降、重启现弟，试验后监测电源模块电压为:温度变化造成输出电压漂秽温度循环试眺4.95.1 V试验中电源模块不出现电压漂的试验后监测电源模块电压均为抗振动、.运障性能差运幼、振动试验4.9 5.1 V试验后且电源模块结构无变形,器件不出现脱落或接触不良电源模块监测电压为4.9-51 V10雌也1胶祝化够响故障模玦拆解分析器件管脚不能P：遍封胶固化造成脱落成接触:不良根据表3要求，对10个末端因素逐一进行确认，发现测试设备误差大等6项因素为非要因 （确认情况略），而“焊接工艺不完善”“电调土艺不完善”和“灌封胶固化影响”等3项因素属十要 因，确认情况如下：1）焊接土艺不完善。通过对当月生产的268只尚未进行树脂灌封的电源模块进行焊接土艺质量 检查发现:主芯片U1背部插接处全部未点焊，一旦受力则极易脱落；由于波峰焊缺陷，有107只电源 模块的电容C2/C3的4只管脚焊点存在缺陷、不牢固现象，有潜在接触不良的可能性。导致这两类 现象大面积出现的主要原因是焊接土艺文件对主芯片U1背部插接处点焊和电容C2/C3管脚焊点的饱 满度未提出明确要求。2）电调工艺不完善。对电源模块在灌封前是否需要带载老化进行测试验证，选取100只通过了 带载老化测试的电源模块，然后灌封树脂，发现经过带载老化的电源模块，无一例出现输出电压测 试异常或纹波测试异常现象。而对比测试的另一组100只未经带载老化的电源模块，有4只输出电 压测试出现启动异常，1只纹波测试出现异常。因此，需要对电调工艺进行调整，在灌封树脂前增 加带载老化测试工序，减少电源模块灌封后启动异常和纹波异常故障。3）灌封胶固化影响。由电源模块提供动力源的各类电子产品主要用十煤矿含有爆炸性气体的环 境，为了保证电源模块发生故障时一不会引爆爆炸性气体，必须用灌封胶对电源模块逐一进行灌封。 对无电压输出的80只电源模块进行了拆解分析，其中主不良5只。经查阅相关文献得知，用于灌封 的酚醛树脂胶的固化收缩率高达8% 10%，树脂内部如果存在空气、水气，则树脂干燥后会形成空 隙，再加上溶剂的挥发作用都会产生较大内应力，一旦电子儿器件焊接不牢，灌封胶固化收缩极易 将器件管脚从电路板剥离，从而导致电源模块无电压输出。3改进措施及效果3.1改进措施针对前述3项要因，按照SH1W的思路制订了改进措施，形成对策表，见表4，并逐一实施。芯 片接触不良64只、电容管脚脱落11只、二极管接触表4改进村策占序号要因孙 策II 标措咂1焊接1.艺不完善明确焊接要求,并要求 外协厂家严格执行电容焊口饱满无凹陷，芯片汀部全 部痂焊,无焊接不牢隐患利电容改为焊接小；七控芯片 廿面焊点进行焊接2电调1:艺不完善设计电调1:装井规范电调艺解决带薮后启动异常问题，带薮启动 界常故障率为1增加芾藏老化1：序3端封股回化影响优化溜封1.艺解决灌封后因谨封胶固化收爆造成器件管脚脱落或接触木良等时题溜封前刷3次:防漆，溜封后在50无环境下烘干2 k1）明确焊接要求。针对脱焊、虚焊、焊接不牢等现象，通过修改焊接土艺文件，增加电容及主芯片 焊接要求:对C2/C3电容的4只管脚用手工补焊替代波峰焊;对主芯片U1在其背部插接处进行对应手 工点焊;每一焊点应饱满无缺陷、无虚焊。2）增加电调内容。为解决电源模块带载启动异常问题，增加带载老化土序。为提高老化效率， 令门设计了电源板带载老化及测试土装。在电源模块灌封前增加带载（0.72 A）老化8h的土艺要求， 通过老化测试工序剔除启动异常者一，避免带载启动异常的电源模块进入灌封土序。3）优化灌封工艺。为解决酚醛树脂胶灌封后因树脂固化收缩造成电源模块器件管脚脱落或接触 不良故障，采取了如下措施:用固化收缩率较低的环氧树脂代替酚醛树脂;将PCB设计更改为单面布 器件和单板沉底机构，保证PCB在灌胶过程中的平衡;灌封前对电路板加刷三防漆3遍，使器件与灌 封胶之间形成一层隔离膜，降低因灌封胶固化收缩引起器件管脚脱落或接触不良的概率;灌封时一对 灌封胶进行充分搅拌以减少气泡影响;灌封后增加烘干土序，减少灌封胶内所含的空气、水气产生空 洞的影响，同时一提高工序效率。3.2效果检查及巩固在明确焊接要求、增加电调内容、优化灌封工艺后，对按照新工艺生产出的首批376只电源模 块进行了 可靠性试验。按照 GB /T 2423. 10-2008,GB /T 4798.2-2008, GB/T 2423.22-2012,GB 1032- 90分别进行振动试验、运输试验、温度变化试验和温度循环试验，按照GB /T 17626-2006要求进 行静电放电抗扰度试验和电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。试验结果显示:该批产品未出现带载启动异 常和无电压输出故障。对2015年8至11月间生产并发往现场的电源模块进行持续跟踪统计，电源模块生产现场平均 故障率为0.62%，用户开箱不良率为0，均优于预定目标值1.0%（见表5）。& 5改进.后肮源模坎故障情况统l|月份生产数批，生产故障 数量，只月故障率F氐平均故障开符不良2OL5HIN37630.7 N2015-09400L0.250.6202OL5-IO枷3(1.772OL5-LL20.7 L对4个月内生产过程中出现的9只故障电源模块进行分类，其中输出电压值超限4只，输出纹 波超限3只，管脚断裂2只，未出现无电压输出和带载启动异常现象。可靠性试验结果及批产品质 量状况证明，所采取的改进措施能够有效解决无电压输出、带载启动异常的问题。为确保改进效果 稳定，针对上述工艺改进措施完善了标准化手续。一是设计了电调土装，修订了<<5v电源模块调试 作业指导书>>二是对焊接工序增加了焊接要求，编制了5v电源板装配图；三是优化了灌封工艺， 更改了灌封用胶、增加了刷漆及烘干工艺，下发了电路板刷漆土艺过程片同时一对科研、中试 及生产人员就上述3个文件进行了宣贯，并制订了培训计划，规定对新上岗、转岗及6个月未进行 该岗位操作的人员上岗前均需通过上述文件的学习培训，年末对操作人员执行巩固措施情况进行 考核，确保改进措施持续有效。4结语对2015年11月之后生产的920只电源模块持续跟踪发现，按照改进后的土艺生产的电源模块 质量持续改善并趋十稳定，生产过程平均故障率为0. 54%，用户开箱故障率为0。从售后及安装部 门的跟踪及反馈情况看，改进后的电源模块现场使用3个月内未出现一例故障。提高了产品的客户 满意度与认同感。改进后电子产品的内外部故障成本大幅降低，扣除改进增加的生产成本，按年产4 000只计算， 每年降本增效达61000元。