印制电路组件质量管理的信息化与术语标准的发展

曹易

摘 要：以术语标准中的分类为基础建立模型，是实现质量管理信息化系统通用化模型的一种思路。文章在术语国际标准提供的术语分类体系基础上，提出了一个印制电路组件制造质量控制系统模型的总体框架，并在分析国际术语标准对产业界信息化发展反应的同时，针对质量管理实例评估了标准术语的应用情况。

关键词：印制电路组件;术语;质量管理;信息化;国际电工委员会标准

中图分类号：N04;H059 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2020.06.003

Abstract： Due to facts of cost reduction from application of automatic systems， there is a possible to expectation of optimizing in terms of quality and cost under helping to information technology. This paper provides a framework of a model for quality management information systems based on classification system given from the IEC printed circuit board assembly （PCBA） terminology standard， and also reports changes of terminology standard related to application of information technology in the field .

Keywords： PCBA; terminology; quality management; informatization; IEC

引 言

从航空飞行控制系统到手持智能产品，越是先进的电子系统，越是由复杂、昂贵的印制电路组件（printed circuit board assembly，PCBA）构成。随着终端产品价格的持续下降，印制电路组件制造商正在不断引入自动化的手段，试图在提升生产效率的同时，获得更高的成品率。但是，如何分析、处理和应用先进制造、测试设备所累积的大量数据，在业内依然难以形成共识。

鉴于目前质量管理的方案基本建立在数理统计和分析的基础上，业界的很多企业开始尝试对标准化的场景进行建模和分析，并探索各要素间的相关性，来提升数据处理结果的准确性。这一技术趋势已在术语标准逐步得到了反映。

2000年前的印制电路组件术语标准多是补充说明实践中的新技术、新应用、新现象。2000年之后，国际上开始尝试寻找某种更适合与计算机系统对接的术语标准分类结构，并逐步发展成国际术语标准IEC 60149—2006。

与传统术语标准偏重向使用者解释现象或规律不同，新的术语国际标准倾向于依据知识树或分类来引导、补全相应概念的术语。虽然目前这些术语标准尚无法在语法构成上获得统计学意义的相关关系，但其涵盖的术语已基本可以满足厂商在特定生产环节中建立基本的定性模型的最低需求。随着对数据的积累和场景的补充，这些模型产生决策辅助信息的准确度会随之逐步提高。

本文分析了建立质量管理信息系統对术语标准的需求，并按IEC 60149—2006提供的术语分类体系，构建了一个印制电路组件制造中最基本的质量控制系统模型的总体框架，总结了信息化发展对印制板组装件术语标准的影响，评估了标准术语的应用情况。

一 建立质量管理信息系统需要以标准术语为基础

在智能仓储[1]、自动检测[2-3]、资源管理[4]等信息化手段可以有效降低人力成本的背景下，印制电路组件制造业已经普遍地采用自动化手段来改造旧产线或建设新厂。企业期望通过信息化手段来提升产品质量和生产效率，但目前仅有极少数的业内龙头企业能自行开发信息化的质量管理软硬件系统并取得较好的效果，借助外部力量开发系统的企业则很少取得满意的成果。导致这一状况的一个重要因素在于印制电路组件制造和信息化两个领域间知识的通用性较低，这也体现在术语上。

1. 术语影响信息系统模型的真实性

智能信息系统的本质是将人对物理世界的观察、认知和经验转移到计算机系统中，而被转移的知识的真实性，则依赖于对现象描述的准确性。标准化的术语能够对特定领域内的概念进行没有歧义的描述。具体而言，系统软件编写者首先需要准确理解物理现象，准确选用描述现象的术语，合理选用属性定义术语，最后通过属性识别多个术语（被描述的现象）之间的逻辑语义关系。标准术语是实现准确性最有效的工具，可界定出被描述对象的属性以及与其他现象间的外延关系，几乎不会产生歧义。例如，桥接和网状焊锡球两个术语描述的现象有近似之处，在被焊接部位周围都有焊料，危害都是短路或虚焊，但两个概念的外延截然不同，桥接的产生与印刷网板厚度、印刷间隙和次数等印刷工序参数相关，而网状焊锡球则与焊料质量、焊接工艺、基板可焊性等焊接工序参数相关。

2.术语可消除信息系统编者和用者间的障碍

脱离使用者的质量管理信息化系统是没有价值的，因此编写系统者的思想必须能被印制电路组件制造工程人员理解。但编写者和制造工程师之间的专业语言通常并不一致。一方面，编写者擅长程序语言的编写和各种智能化算法;另一方面，制造工程师不知道计算机的建模需要他提供什么信息。如果没有标准化术语，双方可能都采用自己习惯的词汇描述现象，将无法理解对方的真实意见，极易造成混乱。如，非印制电路组件制造业者会习惯使用“间距”描述元器件两个引出端之间的距离，而“间距”这个词对业者而言是指印制板上两条导线之间的距离，引出端之间的距离业内则使用“节距”描述。

3.术语有助于信息系统与生产实践情况的贴合

印制电路组件制造过程涉及的物料繁多、工艺复杂度高，造成所收集的数据中蕴含着大量不确定性。系统的编写者通常倾向于采用业内人员难以理解的专业统计学模型、复杂的数学方式处理采集到的数据，这使得被挖掘出的信息常不能被印制电路组件制造人员理解，也因此无法在业界推广使用。术语标准中统计方面词汇的状态，不但是向软件编写者提供业内统计工具应用水平的一面镜子，而且也为新技术在业内不同厂家间推广提供了一种途径。

4.标准化术语有助于归纳新现象

依据标准术语包含的属性进行分类，能够快速准确地对新现象进行归类，进而对其进行处理。如，焊盘起翘常见于导通的外层电路焊盘，但在实际生产中也会遇到罕见的包覆电镀层下的焊盘的翘起。虽然少见，但其符合焊盘起翘的定義，因此被归于一类，统一处理。

二 依据IEC术语标准建立的基本信息模型框架

为了满足业界对术语的新要求，IEC 60149以索引的方式，按照各种概念的相互关系，对术语进行了编码和分类。整个印制电路组件制造领域术语被分为9大类和71小类（参见IEC 60149附录A.2代码门类表）。代码门类表的第9大类就是“电子封装、制作和组装的质量和可靠性”类，其中包含了质量通用、工艺过程控制（SPC）、元器件评定、基板评定、印制电路组件评定、测试与检验和数据分析等7小类。这7小类中的术语可用于支撑质量管理信息系统的构建。

根据IEC 60149的7个分类以及目前业内常见的质量管理信息系统，本文提出一个企业质量控制系统的总体框架（见图1）。IEC 60149分类的初衷是服务于质量管理系统的各组成部分，其术语包括不同的检测阶段、不同质量动作和不同目标所涉及的内容。这些术语可以依照图1直接被用于计算机数据系统的数据采集、处理和存储部分，形成相关关系。例如，“桥接”“表面焊接器件”“焊料厚度”“印刷网间隙”这4个术语构成了一个缺陷处理的逻辑链。当发掘出产品出现“桥接”（缺陷）的信息后，可以通过元器件信息“表面焊接器件”获得缺陷发生的时间和位置信息，通过失效模型对比以及工艺监控的参数信息（如“焊料厚度”）是否有异常变化，最终由工艺工程师调节印刷机的“印刷网间隙”，达到消除缺陷的目标。

三 产业的信息化发展已对术语标准产生新影响

1. 质量控制相关的术语数量大幅增加

与2000年之前的术语标准相比，IEC 60149—2006的“电子封装、制作和组装的质量和可靠性”类术语的内容已经发生了比较大的变化。在总体数量上，IEC 60149—2006有389条质量和可靠性术语，而20世纪90年代术语标准仅有58条，增加了约6倍。

90年代术语标准主要围绕进厂检验、最终产品检验和测试试验过程等三个阶段编制，没有考虑对最终产品十分重要的元器件质量的评定、生产过程的监控以及最终质量信息的分析内容。这是由于当时行业应用主要针对原材料、最终产品中的缺陷现象以及确定缺陷的相应测试方法，较少考虑到生产与质量的问题。

如表1所示，IEC 60149—2006在进厂检验、最终产品检验和测试方法等阶段更加注重可靠性的要求，而90年代术语标准则侧重于功能的实现。

2.新标准全面覆盖产品质量控制系统的各环节

为了适应印制电路组件产品质量控制的高要求，如图1所示，进入生产的每一批原辅料（如基板、元器件等）的质量状态都需要评估，产线上每一台印刷机、贴片机、回流焊机、波峰焊机、外观检测机的参数及半成品质量信息都需要监控，最终组件产品的质量也必须评估。生产过程的监控数据以及产品缺陷的诊断，需要通过相应的数据监控系统和知识挖掘技术进行信息的提炼并提出修改的建议。IEC 60149—2006的质量和可靠性术语基本覆盖了图1所述各环节。如表2所示，除18个通用术语外，其他的371条（超过95%）术语支撑了质量控制系统的进厂检验（基板质量评定和元器件质量评定术语约占总数的18.77%）、工艺过程控制（约21.08%）、最终产品检验（组件质量评定约10.3%）、测试与检验方法（约35.5%）以及数据分析（约9.77%）等各主要环节。

3.新标准强化了数据统计分析方面的术语

为了弥合系统软件开发与实际生产人员沟通的间隙，IEC 60149—2006有意识地搜集了业内常用的统计分析工具相关术语，从而使生产人员清晰了解已存在的重要技术工具的概念。当质量数据通过生产监控和检测系统汇集到数据库后，业界通常会采用工艺过程控制监控与分析、产品缺陷诊断和统计的方式进行质量数据的分析。针对印制电路组件生产小批量、多品种的特点，IEC 60149—2006重点引入了Q控制图、累积控制图、柏拉图分析、鱼骨图、正交回归分析等相关术语，合计120条（工艺过程控制82条，质量数据分析38条）。

4.新标准强化不同概念之间的延伸关系

术语是某一领域概念体系的一部分，因此术语可以部分反映该领域概念的逻辑关系。对于IEC 60149—2006而言，其英文版本中的介词形式（如in、for、by等）常会表征着这种逻辑形式。对应的中文的某些词（通过、位于、导致等）也起着类似作用。此类逻辑关系，构成了质量管理系统需要设定的属性维度的一个部分。例如，表3是按照变量、测试方法和设备、对象、来源、条件、位置（时间、空间）、应用等属性划分了IEC 60149—2006中的259条术语。可见，基板和元器件评定的术语集中于对现象时间和空间位置的确定;工艺过程控制的术语则注重对缺陷来源的检测和追溯;组装件评定的术语则着重于最终产品性能变量的控制;测试环节则提供了变量测试、测试对象和测试条件的相关术语。

四 质量管理系统中标准术语的使用情况

所有质量管理系统的问题和措施均被记录在文档管理系统之中。通过对相关文件的分析，可以了解到新术语标准中涉及的入厂检验、工艺过程控制、最终检验、测试方法、数据分析等各阶段的术语均在实际案例中频繁出现。

例1. 对A工厂产线一个批次产品状态的跟踪

A工厂某类产品所有记录在案的重要缺陷一共为30种（外观方面缺陷7种，安装工序导致缺陷5种，焊接工序导致缺陷9种，电性能参数不合格4种，显示或其他功能不良5种）。合并、整理后，30种缺陷可归类采用13条术语描述。其中，该厂最常见的缺陷为：桥接、开路、虚焊、立碑和锡球。

针对某一批次产品，该厂质量部门随机抽取了30个产品（共计超过6000个焊点）进行最终检验。结果显示，共出现了2处短路点和1处虚焊焊点。通过检验确定缺陷出现的位置和工序次序，并参比相关工艺过程控制工艺监控参数的变化情况，确定了8个工艺过程控制参数项目对应的术语。同时，文档中还反复出现了可焊性测试方法、Cpk值（过程能力指数值）、关键操作、一类错误、能力特性上限等检测和统计分析方面的术语。

例2. 对B工厂某超长连接器的桥接缺陷的分析记录

B工廠在生产中发现6个设计图号共30个安装有超长尺寸连接器的产品，出现了桥接缺陷频率增高的异常现象。常见的桥接缺陷相关的来源术语是“焊盘尺寸”“引线尺寸”“引线直径”“焊料污染”等。然而记录显示，该厂在制造过程中上述术语的监控数据均符合该厂工艺规范的一般要求。

因其他同期产品未产生桥接缺陷异常，所以将原因查找的重点放在与新设计相关的因素上。记录显示，该类产品上安装了超长的连接器，且试验设计结果显示连接器长度是影响焊接质量的重要因素。最终，在进一步剪短引线长度后，桥接缺陷的水平恢复正常。可见，在质量分析过程中，术语标准规定术语的对象与措施之间存在隐含的相关关系。

五 结 论

本文初步总结了印制电路组件制造的质量管理信息化过程对术语标准的新要求，并针对当前业界部署质量管理信息系统遇到的问题，提出了一个依据术语标准分类关系而建立的基础的信息系统模型。通过对新旧术语标准的对比，分析总结了术语标准对行业中质量管理信息化过程的反应。文章最后通过对工厂实际质量管理信息系统中某些术语使用情况的分析，验证了标准化术语在具体场景中作为关键质量信息分析的广泛性和可行性。

参考文献

[1] 苏诚，许朋刚，代志良. 智能仓储系统设计与开发应用[J]. 机械，2017（10）：65-71.

[2] 谢佳豪. 基于计算机视觉的印刷电路板自动检测系统的研究[D]. 西安：西安理工大学硕士论文，2004.

[3] 李汉国，何星，阎晓娜.印制电路板的自动光学检测[J]. 无损检测，2004（6）： 307-309.

[4] 鲜飞.CIM系统在PCBA行业的应用[J].信息技术与标准化，2006（5）：40-41.