快速换模在引线框架高速镀银中的应用

王超*，陈琪辉，陈亚龙

（宁波华龙电子股份有效公司，浙江 宁波 315121）

【经验交流】

快速换模在引线框架高速镀银中的应用

王超*，陈琪辉，陈亚龙

（宁波华龙电子股份有效公司，浙江 宁波 315121）

对引线框架高速镀银中快速换模方法进行了研究，通过快速换模六大步骤的实施，明显减少了因更换产品而引起的电镀线停机所造成的时间浪费，使各项业务指标有了明显的改善。

目前，我国半导体市场发展正处于炽热阶段。随着政府不断投放资金吸引外资，引入晶片厂和研究设施，全球半导体产业重心正积极向我国转移。绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架，不同的封装方式需要不同的引线框架，因此，通常以半导体的封装方式来对引线框架进行命名，如DIP(双列直插式封装)系列、SOP(小外形贴片封装)系列、QFP(方形扁平式封装)系列、BGA(球栅阵列封装)系列、CSP(芯片级封装)系列、SOT(小型晶体管表面贴装型封装)系列、TO(晶体管封装)系列，等等[1]。为了保证封装工艺中的装片/键合性能，使芯片和焊接丝与引线框架形成良好的扩散焊接[2]，需要在引线框架的装片/键合区域(引线的载片台区域和引线脚上)进行特殊的表面处理，即电镀银。不同系列引线框架的电镀方式各不相同(包括单面局部镀银、单面半镀银、双面半镀银、单点镀银、两点镀银、三点镀银、全镀银，等等)，电镀工艺、电镀区域、镀层厚度也不相同。面对如此众多系列的引线框架电镀，换模是一项艰巨的任务，不同系列的产品切换时，电镀生产线需要停止生产，以便更换所需的电镀装置及调试电镀条件。产品切换过程中，停机时间成了影响电镀生产效率的主要因素之一。每次换模所耗费的时间，按照精益思想的原则来说就是浪费[3]。因此，缩短换模时间是提高电镀效率必须要解决的课题之一。

1 快速换模概述

精益生产(Lean Production)是当前工业界公认的一种最佳的生产方式和组织体系，在全球范围内各行各业中得到了广泛应用。精益生产的核心是消除一切无效劳动和浪费。快速换模(Single-Minute Exchange of Die，简称SMED)是实施精益生产的重要方法和手段之一，是指通过工业工程的方法，持续改进生产准备过程，用尽可能少的时间完成换模过程，因此也被称作快速生产准备。它最早由日本丰田汽车工业工程师新乡重夫先生于1969年在改善丰田1 000 t冲床的换模过程中提出，现已成为丰田生产系统的一项关键技术，极大地促进了生产方式的变革。SMED通过换模过程中的简化、协调操作等方式来实现，以减少更换工装，缩短生产启动或调整时间[4]。

目前市场订单已经向多品种、小批量转变，快速换模的实施对电镀企业来说具有很多现实意义及好处。对客户而言，在保证产品质量的前提下缩短了交付周期，做到了准时交付，并且提高了需求的灵活性；对生产企业而言，降低了成本，减少了库存，改进了质量，提高了产能，能快速响应需求变化，减少了对操作员的依赖性；对员工而言，按标准进行操作减少了出错，换模更简单易行，自身技能得到了拓展，工作环境更加安全。

在一般的制造企业中，包括换模时间在内的在制品周转、等待所需的时间，约占整个生产周期的95%。要实现快速响应客户需求的变化，就要求企业必须尽量缩短换模时间。今天，SMED已经在许多制造行业中得到了成功应用。国外的研究显示，通过运用SMED，制造型组织可以在几乎不增加任何成本的情况下减少75%甚至更多的换模时间。

2 换模时间的概念

精益生产将换模时间定义为：上一种类产品最后一个合格产品顺利生产结束，到下一种类产品第一个合格产品被生产出来之间的时间间隔。在引线框架高速镀银中，换模时间指的是从上一种产品收料结束到下一种类的合格品收料的时间间隔。从精益生产的角度来看，这部分时间不产生价值，所以需要尽可能地缩短，以减少浪费。如图1所示，电镀换模时间的4个主要组成部分包括准备时间、换模操作时间、调整时间和整理时间。

图1 换模时间的构成Figure 1 Composition of changeover time

换模作业按时间特性可以分为“内部换模"和“外部换模"。内部换模是指必须在电镀线停止生产的状态下才能进行的换模动作，又称为“内部作业”或者是“内部准备”，主要包括电镀皮带、电镀模具、电镀喷头和导电轮的拆卸、安装及调整，整流器电流的调整，工作液温度的调整，电镀上料员对首件检验等工作。外部换模是指电镀线在生产运转状态中仍然可以进行的换模动作，又称为“外部作业”或者是“外部准备”，主要包括生产计划的安排，准备基材，寻找工艺指导书，确认电流、温度等工艺参数，准备好规定的皮带、电镀喷头及相应的电镀模具，电镀成品转移，皮带、喷头、模具归位等工作。在整个电镀加工过程中，真正使产品增值的环节并不多。国外有学者研究发现，产品在加工过程中，只有 5%的时间能够真正地给产品增值。其余 95%的时间在做以下内容：检查基材(毛坯)是否存在缺陷，在电镀过程中等待，对不合格电镀品进行返工，检查产品质量，转换电镀模具，等等。电镀换模时间显然是影响生产效率的重要因素。

3 快速换模的步骤

快速换模的目标是尽可能减少不同产品转换时电镀线的停顿时间。然而不少电镀从业者认为，大幅度减少转换时间是不可能的。如果不先摒弃这种思想，快速换模技术就不可能在电镀行业中应用。如图 2所示，快速换模分6个步骤实施。为了使整个电镀换模时间降到最低，这6个步骤缺一不可。

3.1 了解原换模过程并对其分析

引线框架高速镀银的工艺流程为：上料→双极电解除油→水洗→酸洗→水洗→预镀铜→水洗→预镀银→水洗→选镀银→水洗→退镀→水洗→保护→水洗→热水洗→吹干→烘干→收料。

以某厂电镀3号线A通道为例，当前电镀的产品为SOT-223(6rows)。电镀车间收到生产计划，需要将电镀产品更换为DIP007(139*119)。仔细观察当前电镀技术员的换模流程，认真记录并计算当前整个换模时间[5]，以收到生产计划为起点计时，直至新产品可以开始正常生产，得到如表 1所示各个步骤的操作时间。

图2 快速换模的6个步骤Figure 2 Six steps for SMED

表1 原换模过程各个步骤操作时间分析Table 1 Analysis of operation time of each step in previous changeover process

用鱼骨图从人、机、料、法、环、测等六大方面对原换模各个步骤进行分析，如图3所示。结果发现，原换模作业基本为串行作业，在电镀线停机之后才开始拉料，找模具、工具等，有闲置等待、相互干涉、反复调试等现象，存在严重的时间浪费。

图3 如何提高电镀线整体效率的鱼骨图分析Figure 3 Fishbone diagram analysis for improving the overall efficiency of an electroplating production line

影响换模时间主要有以下几个的因素：

(1) 员工的意识不够，没有时间浪费的概念。

(2) 员工的操作不够熟练，不同技术员的熟练程度不一，特别是银缸主机部分的安装，若技术员不够熟练，调试过程中容易使产品产生变形、扎孔等缺陷。

(3) 无专人看管模具，所有技术员找到模具后还要检查上面的胶粒是否完好，严重浪费了时间。

(4) 电镀模具、皮带、喷头存放不合理，没有建立模具台账，管理比较混乱，导致技术员在寻找的过程中浪费了时间。

(5) 工具、工装管理不到位，摆放混乱，现场5S(即整理、整顿、清扫、清洁和素养)较差。

(6) 没有区分内、外换模时间，所有的操作基本上都是在电镀线停机后才开始，致使设备利用率不高。(7) 工艺参数不够细化，工艺指导书上面的工艺参数范围较大，导致技术员要反复调试。

(8) 无目视化管理，如银缸主机里模具、喷头的安装，产品运行到主机处后如何准确用定位针定位产品等都没有目视卡片，导致经验不足的技术员花费了较多的时间。

(9) 电镀线上的导电轮设计不合理，因为不同系列产品的宽度一般都不同，产品通过导电轮之前要先调整好导电轮的宽度，所以每次都要用到六六角，极其不便，浪费较多的时间。

3.2 区分内部换模和外部换模

将换模过程细分为一项项基本工作内容，分析换模全过程，确定在停机前后有哪些事情可以做、必须做，以及做的时间和顺序要求，对内部活动进行仔细分析，将内部换模操作和外部换模操作严格区分开。从表1可以看出，在电镀线没有停机的状况下所进行的外部操作时间总计为33 min，停机时间便缩短了约35%，大大地提高了电镀线的整体效率。

3.3 将内部换模时间尽可能转化为外部换模时间

仔细分析当前换模流程，深入了解每一步内部换模操作的真实目的，利用 5W1H(六何分析)法进行分析，将可以在外部进行的操作坚决从内部换模操作中移出，使之成为外部换模操作，从而减少内部换模操作。对当前内部换模分析后认为表2中所列的4项内部换模时间可以转换为外部换模时间。

3.4 减少内部换模时间

为了缩短内部换模时间，必须对不能够转换为外部操作的流程动作进行彻底的改进，包括以下几个方面：

(1) 员工的意识和熟练程度不够是影响内部换模时间的要素之一，所以要对内部换模过程中操作人员的动作进行分析，减少不必要的动作，改进其走动路线，缩短走动时间，并采用“并行”的思维方式来深入研究当前的内部换模流程。特别要对银缸主机模具调试进行严格的培训及考核，让所有技术员在调试时所花的时间都差不多。还要制作并打印模具安装的目视卡片，悬挂在银缸主机旁边，让技术员对定位针定位产品一目了然。

表2 将内部换模时间尽可能转化为外部换模时间的5W1H分析Table 2 5W1H analysis on conversion of internal activities into external activities

(2) 观察引线运行过程和正常产品开机调试，都发现存在内部时间的浪费。

第一：引线接上后，运行到银缸主机位置，总计45 m的长度(包括20 m的缓冲区以及电解除油、镀铜、预镀银三处的总长度25 m)，这段长度不会对调试工作产生任何影响，正常的走速为5 m/min，耗时9 min。采用变速的方法把这一段的走速提高到10 m/min，内部时间就节约了4 min 30 s。

第二：正常产品开机调试时，从正常产品接上后运行到电解除油工位有20 m缓冲区，正常耗时4 min，这部分长度对电镀也不会产生影响，所以把走速提高到10 m/min，这样内部时间又节约了2 min。

(3) 电镀线上的导电轮设计不合理，每次换产品时都需要对电解除油、镀铜、预镀银、选镀银、退镀等处导电轮的宽度进行调整，工作量较大，极为不便，浪费较多的时间。在汇集所有电镀工程师、技术员一起探讨后，决定用导电刷取代导电轮，成功地解决了这一麻烦，产品运行至各个工序处的导电刷位置，不需要再调整导电轮的宽度，大大地减少了内部换模时间。现在只需各班每2 h检查导电刷是否老化，是否与产品接触良好即可。

(4) 工艺指导书上工艺参数的范围较大，导致技术员反复调试后才能正常电镀；同时电镀图纸是与工艺指导书分开的，增加了技术员寻找的时间。所以每次换模时，应该把重要的参数记录下来，形成标准，制定类似于表3的换模参数表，并附上电镀图纸，实施目视化管理。

3.5 减少外部换模时间

外部换模主要是为了辅助内部换模，实现快速转换而在转换前做准备、转换后做整理的工作。由于现场的电镀模具、皮带、喷头存放不合理，工具、工装摆放混乱，因此技术员在寻找、取放模具和工具时浪费了过多的时间，导致转换操作效率低下。因此，如果想彻底消除外部换模操作中存在的浪费，5S管理是必不可少的一个工具。整理出换模操作需要的工具、量具，与不需要的工具、量具区别开，不需要的及时处理，避免混放。将换模所需要的模具、皮带、喷头等按照“定点”、“定量”、“定容”的原则，规定其放置的位置，并用标示卡标示，做到一目了然，方便取用。用完的工具、量具、夹具等一定要及时清理，并放回规定的放置场所。具体措施如下：

(1) 由电镀班长管理模具。每次换模后，由技术员整理电镀模具并放到指定的位置，然后由电镀班长对其换下的电镀模具进行检查，看是否有胶粒破损，胶粒寿命是否达到上限，做到及时更换，从而保证下次换膜时技术员能够迅速找到电镀模具并立即使用。

(2) 建立模具、皮带的台账，设立专用模具室。电镀模具、皮带分开存放在指定位置，并用标示卡标示。

(3) 整理出换模所用的工具，并与其他工具分开存放。

3.6 将优化改进后的换模流程标准化

由于操作人员各自的习惯不同，因此在换模过程中很难做到完全统一和细节量化。然而电镀车间作业若随意改变操作方法或前后次序，就很难保证能够镀出合格的产品。所以，为了使SMED能够在电镀车间持久良好地实施下去，应该与标准化作业程序(SOP)结合起来使用，将换模过程的改进优化成果做到量化和标准化，并形成文件，对操作工进行培训，使他们切实掌握。制定的电镀换模SOP(标准作业指导书)有利于操作工在换模过程中高效、快速地操作，降低了部分劳动强度，让操作工感受到了公司对基层员工的关注，其工作积极性会有一定的提高。改进后的换模过程各个操作步骤的时间列于表4。

表3 某产品的换模参数记录表Table 3 Changeover chart for manufacturing a product

表4 改进后的换模过程各个操作步骤时间Table 4 Operation time of each step after improvement of changeover

4 快速换模的益处

经过一系列措施的改善，电镀3号线A通道换模过程中的停机时间由原来的95 min 10 s缩短至26 min 35 s，减少了72%。

通过研究快速换模并予以实施，明显降低了因换产品而引起的电镀线停机所造成的时间浪费，不但使各项业务指标有了明显的提高，而且使公司在实施精益生产的过程中又积累了成功经验，现场的5S、目视化管理等各方面得到进一步加强，而且对工艺流程的进一步改善起到了积极的推动作用。员工通过参与快速换模项目，自主性和工作积极性被激发了出来，在工作中提出了许多好的改进建议，为持续改善提供了无限动力。

5 结语

生产现场的改善是一个复杂的工程，对企业的发展非常重要，现场车间的改进优化永无止境。根据生产实践，发挥人的聪明才智，利用快速换模相关知识和方法，不断消除浪费和优化换模流程，一定可以不断地缩短换模时间。

[1]王超, 陈亚龙, 陈明明, 等.压板式高速镀银在引线框架中的应用[J].电镀与涂饰, 2016, 35 (9): 475-480.

[2]景璀, 赵晓明.IC引线框架电镀工艺及设备[J].电子工业专用设备, 2008, 37 (5): 24-27.

[3]王超, 陈琪辉, 陈孝龙.精益生产在电镀企业中的应用[J].电镀与涂饰, 2017, 36 (17): 936-943.

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

[5]贡怡峰, 周炳海.汽车空调管路生产线瓶颈改善研究[J].组合机床与自动化加工技术, 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：引线框架；电镀银；精益生产；换模时间；标准化

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，湖北黄冈人，学士，工程师，从事电镀添加剂的研究以及电子高速电镀技术与管理工作。

作者联系方式：(E-mail) wangc2008@126.com。

[ 编辑：温靖邦 ]