航天电子产品多余物预防与控制方法探析

任建文、成钢、李永春、王旭红、李尧 /兰州空间技术物理研究所

航天电子产品生产工艺复杂、工序繁多，具有单件小批量、自动化程度低、人工配装为主等特点。为保证产品在发射后能保持长期稳定工作，不仅要在生产过程中对每个细节明确规定、严格控制，而且要对每一步工序操作完成后实施100%检查确认。随着电子产品向小型化、轻量化、高密度、芯多数的方向发展，因多余物造成电路短路，进而导致产品性能故障、整机失效等问题，成为各航天电子产品研制生产单位重点关注的主要质量问题。多余物可能从生产过程各环节带入，或者在焊接装配过程中产生，隐藏在窄缝、开孔、插头插座等不易清除的部位，检验时很难被全部发现，再加上电子产品内部存在短路点，就会为多余物“发挥作用”创造充分条件。

一、现状

某型号控制单元正样产品在电装返修过程中，多余物控制不到位，造成产品加电调试时输出异常，经检查问题定位于焊锡多余物导致可编程逻辑门阵列（FPGA）器件引脚短路；某型号显示单元主板电装焊接后检查发现，数字信号处理技术（DSP）器件底部引脚之间存在金属多余物，造成了极大的质量隐患；某型号模块电源印制板刷漆后发现，印制板上安装的连接器插孔中有三防漆浸入，造成接插件部分插针接触不良；某型号电推进电源处理单元在试验过程中测试出现故障，开盖后测试排查时发现产品内部存在多个金属多余物。某快速检漏仪无法正常加电，经查原因为滤波器引脚与壳体之间金属多余物短路导致。

这些已发生的问题基本属于产品生产环节出现的低层次质量问题，但反映的是工艺设计、生产装配以及过程质量管理等多方面存在薄弱环节，例如，产品多余物防控设计不足，操作实施过程中加大了产生多余物的风险；多余物控制工艺方法无针对性，工艺措施不细化、不量化，装配流程设计不合理，容易产生和隐藏多余物；过程管理粗放，工序间交接、半成品储存、操作环境等未严格执行多余物控制要求；检验方法有效性不够，多余物的检查不到位，不能及时发现多余物；生产过程监督检查不到位，多余物要求、多余物措施控制情况未得到有效监督，暴露出电子产品在多余物预防和控制方面存在很大不足。

二、设计阶段多余物防控

多余物防控设计与型号产品方案设计同时开展，工艺、电路和结构设计相关人员协同设计。设计阶段需要对产品结构、装配流程、各部组件连接关系进行分析，识别易产生多余物、易隐藏多余物的部位、操作环节，以及可导致短路的微小间隙金属裸露部位或其他多余物防控风险点。其次，根据识别出的风险点设计针对性的防控措施，减少多余物的产生，或控制多余物产生在较小范围内。封闭孔洞、间隙，避免多余物隐藏不易发现。最后，根据产品工艺流程制定阶段性多余物专项检验要求、检查时机、记录形式等。

1.多余物风险分析识别

（1）产品结构分析识别

所有机壳棱边、内部螺纹孔孔壁、凸台棱边及机壳内部拐角处可能存在如切削、粉末和毛刺等金属多余物，对于深孔和盲孔位置多余物不易清洗。根据产品结构特点分析识别操作过程可能会引入多余物的装配工步，识别多余物进入后不易清除或检查的部位。

对简单模块电源类产品（机壳内安装一块/两块印制板），结构分析主要关注点为：机壳内部拐角处容易产生多余物；印制板安装后与底壳之间多余物不容易发现。

对单机箱类产品（机壳内安装多个印制板），结构分析主要关注点为：导线束中、导线束与机壳或印制板之间间隙不容易发现多余物；机壳对外连接器螺钉安装时（机壳通孔螺纹）容易产生多余物。

对多机架类产品（各机架独立装配电气互联），结构分析主要关注点为：机壳内部拐角处；印制板安装后与底壳之间；导线束中、导线束与机壳或印制板之间间隙；机壳对外连接器螺钉安装时（机壳通孔螺纹）；转接板对接连接器孔中；机箱内部二次绝缘防护胶带；器件涂导热硅脂与结构件接触散热，导热硅脂外露位置。

（2）装配流程分析识别

工艺装配流程的设计需考虑多余物控制，除常规多余物检查外，还需从以下要点分析识别：剪线、焊接等操作无法避免在机壳内部实施的工序；上步工序操作完成后无法完全打开实施检验的部位；产品合盖后实施机壳通孔螺纹安装的操作。

（3）细间隙裸露部位分析识别

产品设计过程中需对可能因金属多余物造成短路的部位分析识别，分析识别要点为：高密度引脚器件（BGA、CGA）引脚之间或引脚与印制板间隙、贴板安装连接器引脚之间；器件引脚与印制板上邻近的焊盘、过孔之间间距较小的部位；金属壳封装且有绝缘端子隔离引脚的器件，引脚根部于器件壳体之间；导线或器件引脚与金属边框、金属散热片、安装卡、安装螺钉之间间距较小的部位。

（4）产品返修、返工分析识别

产品在生产过程中因异常问题处理需返修、返工时，需对返修部位及实施过程分析识别，分析识别要点为：结构件拆卸时螺纹孔容易产生碎屑多余物；拆卸组件时容易产生胶渣、绑扎线、套管等多余物；剪线、端头处理、搪锡、焊接等过程容易产生导线丝、导线皮、焊锡珠等多余物。

2.制定控制措施

（1）从产品结构识别多余物风险制定的措施

产品机壳领取后，要求操作人员对机壳棱边、内部螺纹孔孔壁、凸台棱边及机壳内部拐角处检查，对毛刺、碎屑等金属多余物进行清理；印制板安装前，要求对机壳内部拐角、凸台四周、螺纹盲孔内进行多余物检查、清理；导线束绑扎前、导线束粘接固定前，要求对导线束内、导线束与印制板（机壳）面之间多余物检查、清理；机壳通孔螺纹安装螺钉时，要求螺钉紧固后及时清理多余物，并使用硅橡胶在螺钉头部与机壳面封堵；转接板组件焊接完成后，要求对导线束，连接器与印制板、机壳安装面间隙，连接器插孔进行多余物检查、清理；测试电缆制作完成后，需对连接器尾罩检查清理，并使用橡胶垫或胶带保护尾罩开孔，防止多余物再次进入；固封前、合盖前对机壳粘贴的二次绝缘胶带粘贴区域四周进行多余物检查、清理；导热垫安装时对凸台周围挤出的多余导热硅脂进行检查、清理。

（2）从装配流程识别多余物风险制定的措施

剪线、焊接等操作无法避免在机壳内部实施的工序，要求操作前对机壳内部进行全面防护。局部实施剪线、焊接等操作时，及时收集清理已产生的导线丝、焊锡珠等多余物，操作完成后拆除防护措施；产品在安装印制板、结构件装配、灌封、粘固等操作后，无法对已完成的部位进行多余物检查时，要求操作前对该部位进行多余物检查、清理，并局部拍照记录，能全面清晰地反映该部位多余物情况；安装完成后使用胶带对可能会二次进入多余物的缝隙、开孔进行粘贴防护，明确防护胶带去除时机。对于机壳盖板已设计为通孔的产品，机壳盖板安装时要求安装前在机壳内部，使用硅橡胶对螺纹通孔进行封堵，确保紧固后螺杆端部完全被胶液包裹。

（3）微小间隙裸露部位分析识别多余物风险制定的措施

与电路搭接短路是电子产品内部多余物最主要的危害之一，识别微小间隙裸露部位，是为了将可能会造成多余物搭接短路的位置提前识别，并采取措施进行防护，防止产生短路危害。

高密度器件（BGA、CGA）、贴板安装连接器焊接完成后，因器件底部引脚无法实施三防防护，后续焊接等操作多余物容易再次进入，要求对经过X 光检验的器件四周使用胶带粘贴防护，并拍照记录，明确去除时机。

产品印制板上识别出的器件引脚底部印制板上距离较近的焊盘、过孔等部位，因无法实施三防防护，要求器件焊接前使用硅橡胶将空焊盘、过孔等使用硅橡胶覆盖。

金属壳封装且有绝缘端子隔离引脚的器件，引脚根部与器件壳体之间间隙较小，因该位置不能实施三防防护，要求在引脚焊接完成后使用硅橡胶将引脚根部绝缘端子一周完全固封。

产品内部识别出的裸露导线、焊点或器件引脚与金属边框、金属散热片、安装卡、安装螺钉之间间距较小的部位，要求在三防防护时重点涂刷，且在检验时设置专检点，对上述位置三防涂覆情况专项检查。无法实施三防防护的位置，要求使用硅橡胶覆盖。

（4）产品返修、返工时分析识别多余物风险制定的措施

产品在返修、返工时，由于需要进行结构件拆卸、去除固化胶、剪线、焊接等操作，过程中容易产生多余物，且多余物隐藏后不易发现，需进行严格控制。

产品返修结构件拆卸时，在拆除紧固件后，螺纹孔中金属屑、胶渣等多余物，要求结构件打开后，首先使用无纺布蘸酒精对螺纹孔进行清理，清理完成后再进行下步操作。重新装配前清理紧固件螺纹部分多余物。

机壳内单板组件拆卸时，存在扣胶、拆除绑扎线、拆除导线束套管或热缩膜等操作，要求设计合理的拆卸工序流程，尽量将组件从机架中取出后再进行其他操作，过程中随时收集已产生的多余物。

印制板组件返修时存在剪线、端头处理、搪锡、焊接等过程，要求：一是尽量在产品机壳外操作，清洗检验合格后安装至机壳；二是如无法避免在机壳内操作，尽量减少操作内容，如规定准确的导线长度，在机壳外部剪线，端头处理完成后转至机壳内部焊接；三是在机壳内部操作前，对除需操作区域以外的所有区域使用聚酰亚胺胶带粘贴保护。

3.明确阶段性多余物专项检查要求

（1）确定检验时机

根据产品特点，设置阶段性专项多余物检查时机，如小模块电子产品在印制板安装前（安装后不再拆卸）、产品合盖前设置多余物专项检验点；机箱电子产品在互联导线焊接后、印制板安装前、产品合盖前设置多余物专项检验点；机架电子产品在印制板安装前、单机架固封前、产品合盖前设置多余物专项检验点。

（2）确定检查要点

互联导线焊接后主要检查部位：导线（或导线束）与印制板（或机壳）之间、热缩套管或热缩膜、焊点周围印制板表面；

印制板安装前主要检查部位：印制板表面、器件表面、器件引脚之间、器件与印制板之间、连接器插孔、印制板过孔（绑扎孔）、机壳内部及工艺设计阶段识别出的微小间隙裸露部位；

单个机架固封前主要检查部位：印制板组件表面、印制板组件与机壳之间、导线束与印制板（机壳）之间、机壳安装螺纹孔及工艺设计阶段识别出的微小间隙裸露部位；

产品合盖前主要检查部位：最外层印制板组件表面、机壳内部导线束与机壳接触位置、盖板内部及螺纹孔、机壳内部粘贴聚酰亚胺胶带边缘。

（3）明确检验方法

产品阶段性专项检查以目视检查为主，特殊位置无法实施目检的，要求明确检查方法，如X 射线透视检查，内窥镜检查，晃动检查，空气吹吸检查等方法。

三、生产现场多余物防控

产品进入生产之前，科学合理的结构配装设计、工艺流程设计能简化装配工序、减少产品反复拆装，从根本上减少多余物的产生。进入生产阶段，产品生产现场是多余物产生的主要场所，系统全面的现场多余物防控是产品生产过程多余物控制的基础，需要对生产过程的每个环节，生产现场的每个角落、每个岗位、每个步骤进行分析识别，提出多余物控制要求，多余物产生后的处理办法，总结固化经验，并不断迭代更新，形成长期有效的现场多余物防控机制。

1.制定生产现场多余物控制要求

产品生产现场应制定多余物控制要求，对现场环境、工作台面、产品交接过程、工具设备使用过程、操作过程、包装运输过程等进行详细的控制要求。明确相关人员责任，将现场责任区域划分，要求各小班组长每天对本班组人员及区域多余物控制情况监督检查，对发现的问题立即整改，形成检查整改记录。生产部门经理每周对各班组检查整改情况汇总梳理，对存在的严重问题、普遍性问题进行部门内情况通报，避免其他班组再次发生类似问题。

2.制定生产现场各岗位多余物控制要求

产品生产部梳理生产现场多余物控制相关岗位，如配套、领料、表贴、初装、机装、清洗、刷漆、灌封等，确定产品在本岗位的输入及输出形式，要求各岗位人员识别本岗位各环节多余物控制薄弱点、流程、要点，明确多余物检查方式，规定转工序时交接确认内容等，形成本岗位多余物控制要求。

3.生产现场定期开展多余物防控讨论会

产品生产现场根据生产过程中发现的多余物问题，收集各类人员反馈信息，及时组织人员分析问题原因，群策群力，制定针对性改进措施，调整流程，优化工序操作，完善多余物控制要求等，调动各岗位人员积极关注、参与多余物控制。

4.制定专职检验发现多余物后的处理机制

产品操作完成后自检合格，转交专职检验后，要求检验发现多余物需按不合格品处理，并计入操作人员交检合格率统计，产品生产部门每周收集汇总统计结果，并现场公示。明确将交检合格率统计结果作为现场操作人员绩效考核数据之一，约束操作人员对产品多余物的控制、检查和确认，提高操作人员对多余物的防控意识。

四、多余物控制措施实施情况检查

生产阶段从工艺设计到完成交付，制定各环节多余物控制措施，措施是否有效执行，是否需要改进优化，须对实施过程进行监督检查，根据检查结果确定实施效果。

1.工艺控制要求

组织工艺评审时，对工艺文件中多余物的控制措施进行专项审查，在工艺评审要素表中增加多余物审查要素，由专人审查确认。针对产品结构、工艺流程设置等情况识别出易短路的细间隙，容易产生多余物环节，容易隐藏多余物的部位等。根据识别结果制定多余物控制要求，提出防护措施、检验时机、检验方法。

以某配电器电源产品为例，在工艺设计之初识别出“贴板安装连接器引线根部、MOS 管引线根部、印制板焊盘引出线根部、COFP 封装的芯片电路引脚”为该产品易造成短路的细间距目裸露部位。工艺文件在单板表贴焊接后、整机装配整机固封前分别设置多余物检验点，对已识别出的部位进行多余物检查。MOS 管引线根部、印制板焊盘引出线根部、COFP 封装的芯片电路引脚三处使用30 倍放大镜检查，贴板安装连接器引线根部要求使用X 射线检查。检查完成后将易短路部位使用聚酰亚胺胶带粘贴保护，防止再次进入多余物。所有上述多余物控制要求在工艺评审时作为一项独立要素，由工艺专家进行专项审查，审查结果为：该产品生产过程多余物要素全面识别，检查方式、检查时机、防护措施合理。

2.工艺纪律检查

生产现场管理人员对多余物控制实施情况随时检查，检查各岗位操作人员是否执行多余物防控要求，着重检查物料准备组人员在发料时检查结构件内外部金属多余物是否已清理；三防涂覆人员在涂覆前检查印制板组件上器件间隙、焊点间隙等部位是否无多余物；整机装配组人员检查产品固封前，印制板、导线束、机壳孔等多余物是否已清理；操作人员在产品返修时确认返修工艺已明确多余物控制措施，且将控制措施实施工序编制到过程记录表中，返修时严格执行多余物控制措施，完成后逐一记录实施情况。

3.生产现场检查

修订《生产制造部生产现场管理办法》，增加生产现场多余物定期检查和定期组织现场多余物专项会议的要求。要求每月第二周第一个工作日对生产现场进行多余物专项检查，排查生产现场环境多余物隐患，检查生产现场工作台面、产品转运盒、防静电包装袋、操作工具、防护设备等多余物控制情况；质量管理人员监督现场多余物专项讨论会执行情况，配合生产管理人员随时解决发现的多余物问题，及时追踪多余物质量问题闭环管理情况，治理根源，杜绝问题重复出现。

此外，管理办法要求专职检验员将发现的多余物情况计入《一次交检不合格率统计表》每季度进行结果统计，作为操作人员考核依据。

五、结束语

多余物预防与控制是航天电子产品生产单位质量控制难点，仅从单一要素出发很难有效控制，需要根据生产现场实际情况，系统全面地识别多余物控制薄弱点，综合地制定措施进行控制。多余物的防控涉及设计、工艺、生产、试验、交付全过程，如果各环节相互制约，多余物防控就不能有效发挥质量保证作用。本文从电子产品工艺设计、生产、检验等过程分析识别多余物产生或隐藏的风险，制定相应的措施要求，帮助指导工艺设计人员、生产现场管理人员、监督检查人员等开展多余物风险识别与控制，确保型号产品生产阶段多余物控制措施全面实施，且有效运行。