质量管理与基础学科的结合应用研究_曾令发.pdf

电子质量2022年第12期（总第429期）质量管理与基础学科的结合应用研究曾令发（漳州众环科技股份有限公司，福建 漳州363000）摘 要：质量管理是起源于实践的科学总结，其与物理、化学、数学等学科知识相互促进，共同发展。首先，从生产材料的有害元素及笔者所在公司对有害物质的管控要求出发，简要地介绍了材料的化学属性和物理性质；然后，应用理化知识，对辅料、塑胶、五金等材料的质量进行了管控，并借此阐述了质量管控与学科知识的充分应用，旨在说明在质量管理发展的过程中，物理、化学、数学等学科知识提升了质量管理的科学性，质量管理也成就了学科的应用性与严谨性；研究学科知识的应用，可使质量管理得以进一步发展。关键词：理化性能；质量管理；质量检验；安规；材料；生产工艺；数据统计；分析中国分类号：F 273.2文献标识码：A文章编号：1003-0107（2022）12-0102-06Research on the of Combination Application of QualityManagement and Basic DisciplinesZENG Lingfa（Zhangzhou iHastek Inc，Zhangzhou 363000，China）Abstract：Quality management is a scientific summary originating from practice，which pro-motes mutually and develops together with physics，chemistry，mathematics and other disci-plines.Firstly，starting from the harmful elements of the production materials and the control re-quirements of the authors company，the chemical properties and physical properties of thematerials are briefly introduced.Then，the pysical and chemical knowledge is used to controlthe quality of auxiliary materials，plastic，hardware and other materials，thus the combination ofquality control and discipline knowledge is expounded and it，aims to show that in the develop-ment process of quality management，the knowledge of physics，chemistry，mathematics andother disciplines has enhanced the science of quality management，and quality managementhas also achieved the applicability and rigor of the discipline，and studying the application ofsubject knowledge can further promote the development of quality management.Keywords：physical and chemical properties；quality management；quality inspection；safetycompliance；material；process technology；data statistic；analysisCLC number：F 273.2Document code：AArticle ID：1003-0107(2022)12-0102-06收稿日期：2022-09-05修回日期：2022-11-19作者简介：曾令发（1984），男，福建龙岩人，漳州众环科技股份有限公司中级工程师，从事质量管理工作。0引言质量管理是在材料检验、生产运营和品质提升方面的管控工具，从工业生产向社会活动过程中，延生出大质量的概念，不但有材料质量管理、工艺质量管理，也上升到工作质量管理、服务质量管理和试验质量管理等。质量管理发展通常分为3个阶段。20世纪以前，质量管控只是作业者对产品的理解和自主检验，20世纪20年代开始，“科学质量管理”的提出使质量102质量管理与基础学科的结合应用研究曾令发管理有了“三权分立”的说法，即生产、制定标准和检验分不同人员负责。这个阶段的特征被叫做质量检验阶段。二战开始，因为军需品的需求，检验不能满足物资在战争中的质量要求，因此数理统计被应用于军工企业生产过程中，随之又扩张到民用生产企业中，给企业带来了丰厚的利润，这是质量管理与数理统计合作的一次跨越，这个阶段称为统计质量控制阶段。20世纪60年代开始，美国推出全员质量概念，随后传到日本。这个阶段强调工作质量，提升产品的品质，从而提升社会经济效益。这个阶段从事前检验为主转变为预防和改善为主，提前把影响质量的因素识别出来并加以管控，强调全员、全部门的参与，依靠科学理论和方法，使整个生产过程处于受控状态，也就是全员质量管理阶段，这个阶段无论在化学分析、物理检验和数据统计应用都是多种多样的，质量管理和学科知识应用结合，进一步飞跃1。质量管理跟各学科紧密结合，物理、化学和数学等知识应用于质量检验，也诞生了质量管理学科，如质量工程、分析化学等等，让质量管理专业进一步地丰富发展；同时质量方法也促进学科知识、实验过程更为严谨和方法论的设立。以下将对安规要求中的化学信息和质量管理的理化检验进行介绍，以此来说明质量管理与基础学科融合应用的情况。1安规要求中的化学信息电子产品的材料应用不当会给人类的环境和身体健康造成严重的伤害，材料有害物质中，影响最大 是 铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、六 价 铬（Cr6）、多溴二苯醚（PBDE）和多溴联苯（PB）这6类元素。在传统的制造业中，基本上都有用到这几类有害物质，它们不能通过肉眼直接识别，会在毫不知觉的情况下损害身体健康。这几类物质在欧盟市场上已限定使用，但因为材料有限条件的限定，也有29项的豁免条例2。根据机构调查研究，这些元素具体的危害如表1所示。笔者所在公司的产品的主要市场是欧洲、美洲和日本，客户对有害物质管控特别严格，对此，公司根据欧盟RHoS 2.0、REACH和CP65等的要求，制定了相应的 有害物质管理程序，特别强调了有害物质的管理。同时在产品设计阶段，选材都考虑材料的环保要求，要求供应商提供相应的材质证明，例如：SGS报告和RoHS报告等，对材料/有害物质做相应的管控，确保用于生产过程中的材料都是符合绿色环保要求的；在进料检验过程中，IQC也制定相应的材料检验规范，每批都会抽查RoHS要求。而且，SQE会每年审核供应商的材料RoHS报告，而公司内部，也会检查过程中材料的使用情况，定期地抽查公司的成品RoHS状况，确保过程中没有有害物质的污染，交给客户的每批产品都是安全的。公司的六大有害物质管控要求及相应标准如表2所示。2质量管理的理化检验材料质量好坏直接影响着电子产品的质量，也影响着产品的可靠性。在产品检查及失效分析过程中，通过理化技术分析，检查材料质量指标是否符合要求，也能检测材料是否正确、是否符合需要的工艺。化学元素材料应用危害铅主要存在于焊锡、印刷电路板等材料中铅会影响中枢神经系统及肾脏，影响儿童智力和骨骼发育，也会引起消化不良和内分泌失调疾病，造成贫血、高血压和心律不齐，损坏肾脏功能及免疫功能等镉多应用于金属或金属化合物中，也存在于电池中在人的身体中积累、潜伏时长可达1030年并可能造成“骨痛病”，进入人体的镉一般累积在肝、肾、胰腺、甲状腺和骨头中，长期引起肾脏等病变，引发贫血、高血压、神经痛和内分泌失调等铬应用于不锈钢、汽车零件和金属工具及镀层等六价铬是有害物质，Cr6长期摄入会导致癌症，如扁平上皮癌、腺癌等；摄入比较高含量的六价铬化合物会导致鼻腔出血、鼻腔溃疡和鼻中隔穿孔等病症；吸入大剂量的六价铬化合物则会导致肾脏和肝脏的损坏及恶心、肠胃不适等症状，甚至导致循环系统衰竭，直至死亡；另外，长期接触Cr6的父母还可能造成后代严重智力发育问题汞应用于温度计、日光灯和杀虫剂等汞金属具有挥发性，是吸入性有毒物质，会影响中枢神经及肾脏系统且能造成生物累积效应。Hg中毒后记忆力会明显衰退、造成注意力不集中和全身乏力等多溴二苯醚和多溴联苯经常用于电子产品或塑料中作为阻燃剂这两种有机物都有致癌性，是致畸性物质，会导致甲状腺荷尔蒙功能紊乱和导致胎儿畸形等表1有害元素的应用与危害103电子质量2022年第12期（总第429期）表2公司的六大有害物质管控要求及相应标准序号禁用物质名称主要用途限值mg/kg=PPM1镉（Cd）塑胶、橡胶、硅胶、油墨、涂料、颜料、染料和胶水等等；金属类1002铅（Pb）塑胶、橡胶、硅胶、油墨、涂料、颜料、染料和胶水等；金属类1 0003汞（Hg）电子设备所有部件（如继电器、接触片和灯）1 0004六价铬（Cr6+）金属镀层、皮革1 0005多溴联苯（PBBs）防火塑料、橡胶、印刷电路板等相关部品、半成品、制品1 0006多溴二苯醚（PBDEs）防火塑料、橡胶、印刷电路板等相关部品、半成品、制品1 0007邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）增塑剂、黏合剂和密封剂1 0008邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯（DEHP）1 0009邻苯二甲酸丁苄酯（BBP）1 00010邻苯二甲酸二丁酯（DBP）100011镉（Cd）所有类型电池及蓄电池512汞（Hg）2013铅（Pb）4014镉（Cd）所有包装材料，包括纸盒、纸箱、木框、塑料袋、气泡袋、泡棉、保利龙、固定器具、薄板、绳索、涂料、墨水、胶带、胶、束线带和标签，以及说明书等铅（Pb）+镉（Cd）+汞（Hg）+六价铬（Cr VI）10015铅（Pb）16汞（Hg）17六价铬（Cr6+）与其他法规关系说明中 国RoHS等 同，韩 国RoHS等同，日 本RoHS等同，美国CP65等同美国CP65外部可接触部件1.010-4，中国RoHS等同，韩国RoHS等同，日本RoHS等同中 国RoHS等 同，韩 国RoHS等同，日 本RoHS等同邻苯16P等同电池指令禁用有害物质美国TPCH等同包装指令禁用有害物质2.1辅料的质量管理2.1.1助焊剂及理化检测助焊剂是辅助、促进电子器件焊接的材料，一般应用于SMT或焊接车间中，其主要作用是去除待焊接面上的氧化物，改善焊接材料对被焊接面的润湿，从而形成良好的焊接效果。助焊剂的化学作用是在达到焊接温度前能充分地使金属表面的氧化物还原或置换，形成新的金属盐类化合物3。针对助焊剂的检查，有物理检查方法，如外观检查、物理稳密度、粘度测试、可焊性检验、水萃取电阻率测试和表面绝缘电阻测试等也可以通过化学方法，如通过化学卤素含量、铜镜腐蚀性和铜板腐蚀性等参数对助焊剂的性能进行评估。助焊剂活性类型的测试方法与标准如表3所示，助焊剂的活性理化测试方法与测试标准如表4所示。表3助焊剂活性类型的测试方法与标准焊剂类型铜镜试验卤素含量（定性）卤素含量（定量）腐蚀试验绝缘阻抗（SIR）必须大于100 M的条件铬酸银试验（Cl，Br）含氟量测试（F）（氯溴氟Cl，Br，F）L0铜镜无穿透现象PassPass0.0%无腐蚀清洗及未清洗L1PassPass 0.5%M0铜镜穿透性腐蚀程度50%PassPass0.0%较严重腐蚀清洗H1FailFail 2.0%104质量管理与基础学科的结合应用研究曾令发2.1.2焊料质量的理化因素分析焊料是用来让两种或两种以上的金属器件连接成为一个整体金属或合金的材料，按照成分，焊料可分为锡-铅焊料、银焊料和铜焊料；按其熔点，又可分为软焊料（450 以下）和硬焊料（450 以上），电子设备装接中常使用到的是锡-铅系焊料。分析焊料的品质，要测量其氧化物的比例，焊料被氧化了会导致可焊性降低，导致相邻的焊盘之间产生桥接（连焊），也可能造成焊锡球和虚焊等问题；焊料的形状决定了焊接材料的含氧量及焊接料膏的贴片印刷性；同时如果其他化学元素杂质过多，也会影响焊料的品质及元器件焊接效果5。杂质对焊料焊接理化性能效果的影响如表5所示。2.2塑胶原料的理化检验塑胶材料的检验方法有很多中，包括熔融指数检查对比、重量比检测等。其中，化学燃烧法比较简单却较为准确，因为可以根据颜色、气味和燃烧表4助焊剂的活性理化测试方法与测试标准4序号测试项目技术标准/参数结合学科1溶剂（水）萃取电阻率测试/（cm）P&PM1.5105；PH5104物理2卤素含量检测（以Cl计数）/wt%P0.15化学3助焊性测试（扩展率）/%P75；PM80；PH90物理、化学4干燥度测量焊渣表面无粘性，且表面的白粉笔痕迹应能容易清除物理5铜镜腐蚀性测试P：应该基本无变化PM：不能让铜膜出现穿透性腐蚀化学6绝缘电阻P&PM（I级）：11012；P&PM（II级）：11011；PH（I级）：11011；P&PM（II级）：11010物理注：P型纯松香基助焊剂；PH型活性松香基助焊剂；PM型中等活性松香基助焊剂表5杂质对焊料焊接理化性能效果的影响化学元素对锡膏性能的影响锑（Sb）比例高时锡膏的硬度加大，流动性能降低，比例超过1%时延展面积减少20%铜（Cu）使锡膏熔点提高，可焊性降低，比例超过0.29%时可导致焊点疏松铋（Bi）使锡膏熔点降低，机械性能降低，比例超过0.5%时，锡膏表面容易氧化变色镉（Cd）比例大于0.15%时，延展面积减小25%锌（Zn）使锡料流动性变低，机械性能降低，比例超过0.003%时锡料表面氧化，容易被腐蚀铝（Al）比例超过0.005%时极易被氧化铁（Fe）导致焊锡熔点升高，浸润性降低砷（As）比例达到0.2%时，延展性降低25%磷（P）导致锡料浸润性降低，导致疏松硫（S）导致锡料浸润性降低，导致疏松银（Ag）导致熔点升高105电子质量2022年第12期（总第429期）状况进行辨别6，塑胶材料的理化信息与判别方法如表6所示。2.3油漆/喷漆材料的理化检验油漆/喷漆材料的试验测试，可以分为物理测试和化学测试两种。其中，物理测试一般有油漆耐磨测试、耐酒精测试、附着力（百格）测试、铅笔硬度测试和镜面摩擦测试；而化学测试主要有汗液测试、盐雾测试和紫外线照射（UV）测试。油漆/喷漆材料的检验如表7所示。2.4其他材料（五金件及电镀件）的理化检验五金件和电镀件等，除了核对材质报告，确认材料各元素的比例，判断供应商交货材料是否正确外；也可以通过盐雾试验和汗液测试，测试材料合格与否。五金件及电镀件的理化检测如表8所示。3结束语在质量管理发展的历史过程中，物理、化学的方法得到充分的应用，在生产工艺中，选材时不但需要了解材料的相应物理特性，如材质硬度、力学匹配对锁付和组装的影响，也要考虑化学方面，如电镀、溶液配比等；质量检验判定产品、材料的状态，也借助物理、化学对应的知识；另外在质量异常分析及改善过程，理化方法更是得到充分的应用7。在统计质量控制阶段和全员质量管理阶段，注重数据的分析、应用，基础统计、概率分析等数学知识慢慢地渗透在质量管理与改善中，在此基础上延伸出了SPC、MSA等质量管理工具，SPC通过质量数据分析制程稳定性，MSA通过数据的收集、分析，分析测量系统的稳定性。在20世纪60年代，又新兴了6sigma质量管理，在原有数据趋势分析的基表6塑胶材料的理化信息与判别方法材料分类材料的物理外观化学燃烧法颜色外观燃烧性燃烧颜色燃烧气味ABS树脂浅象牙色不透明非常容易燃烧，移开火源也不会自动熄灭，燃烧后会熔融落下黄色黑烟气 味特 殊，类 似橡胶味的辣味聚碳酸酯（PC）无色透明极难燃烧，移开火源很快熄灭，燃烧后会软化黄色黑烟气 味特 殊（花 果味）聚丙烯（PP）白色蜡状感容易燃烧，移开火焰不熄灭，燃烧时会完全烧掉，有熔融物落下黄色、蓝色火焰石油味聚苯乙烯（PS）无色硬而脆燃烧速度慢火焰黄亮闪光冒黑烟熄灭 后 有一 股 特别的焊气味聚四氟乙烯（PTFE）半 透 明 至 不透明易弯曲，有弹性不燃/在 熔融 状况 下 有刺鼻性 气味（HF）聚酰胺（PA）半 透 明 至 不透明/难燃，离开火焰后立即熄灭；有融熔、滴落和起泡现象燃烧时有蓝烟，上端呈桔红色羊毛烧焦气味酚醛树脂（PF）深 色（一 般含有填充料）/难燃，有开裂和颜色加深现象明 亮 的 黄 色 火 焰，黑烟多/聚氯乙烯（PVC）无色透明难燃，会软化黄 色，火 苗 边 缘 呈 绿色，白烟有糊焦味氨基树脂（UF脲/甲醛、MF三聚氰胺/甲醛）/（含填料）质硬难燃，火焰中会有炭化、膨胀和开裂现象呈鲜黄色有 氨、甲醛 和 鱼腥味聚乙烯（PE）半 透 明 至 不透明质硬可燃，离开火焰后缓慢熄灭或持续燃烧，有融熔、滴落现象火焰上端呈黄色，下端呈蓝色石蜡味聚氨酯（PUR）半 透 明 至 不透明有 填 料，质硬可燃，有黄透明沫、成滴现象火 焰 呈 黄 色，边 缘 呈蓝色有 刺激 味（异 氰酸酯）聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯（PMMA，有机玻璃）透明质硬可燃，有融熔、起泡现象呈浅蓝色、明亮、顶端呈白色水果香味聚酯树脂（PET）透明/可燃，加热时微微膨胀，有时开裂（同聚苯乙烯）火焰呈黄色，黑烟有苯乙烯气味106质量管理与基础学科的结合应用研究曾令发础上，增加了概率统计、方差分析和回归分析工具的应用，进一步地促进了质量管理的科学性8。同时，学科在促进质量管理发展的同时，质量管理也融合学科学术研究，提升学科研究的精准性与严谨性。在学科与质量管理互相融合和互相促进下，也衍生了质量工程、质量管理学等等，这都大大地促进了企业和社会效益的提高，也促使质量管理向科学质量管理的进一步迈进9。参考文献：1黄怡.质量-生存与价值的起点M.北京：企业管理出版社，2003.2詹姆斯R埃文斯，威廉M林赛.质量管理与质量控制M.集叔斌，译.北京：中国人民大学出版社，2010.3李朝林.SMT制程M.天津：天津大学出版社，2011.4傅明连，郑炳云，陈彰旭，等.两性/阴离子表面活性剂复配体系性能研究J.应用化工，2010，39（1）：27-29.5鲜飞.焊膏印刷中影响质量的因素J.电子工业专用设备，2002（3）：176-179.6光昕，李沁.质量管理与可靠性工程M.北京：电子工业出版社，2005.7董文尧，张熙，张岩.质量管理学M.北京：清华大学出版社，2006.8周纪芗，茆诗松.质量管理统计方法M.北京：中国统计出版社，1999.9水野滋.企业的全面质量管理M.孙良康，梁宝俭，译.北京：企业管理出版社，1988.表7油漆/喷漆材料的检验试验项目试验环境测试目的测试材料试验方法判定标准试验图示汗液测试60，95%RH喷漆材料表面抗汗液腐蚀能力试纸、酸性（pH=3.0）或碱性（pH=8.5）溶剂将试纸放在酸性（pH=3.0）或碱性（pH=8.5）溶剂中充分浸泡，然后用胶带将浸泡有酸性或碱性溶液的试纸粘贴在样品表面，保证试纸平整且与样品喷漆的表面充分接触，最后将测试样品放置在检测环境中，24 h/次的检 查 频 率，48 h后，将样品从检查区取出，并静置2 h后，检查样品表面喷漆效果喷 漆 样 品 表面 无 色 变、起 皮、脱 皮或褪色等盐雾测试35 测试样机抗盐雾腐蚀能力5%的氯化钠溶液将样品放在盐雾试验箱内，确保溶液喷洒均匀，不能出现表面喷不到 的 情况，盐雾喷洒测试48 h，然后取出样品，将产品常温干燥放置48 h，最后进行外观检查喷 漆 面 无 明显的腐蚀等紫外线照射测试50、紫外线为340 W/m2喷漆样品抗紫外线照射能力/在温度为50、紫外线为340 W/m2的光线下，直射油漆表面48 h。测试结束后将样品拿出，在常温下环境下放置2 h后检查喷漆的表面油漆、印刷、电 镀 表 面 无褪色、变色、裂 纹 或 脱 落等表8五金件及电镀件 的理化检测序号测试项目测试材料测试方法标准备注1汗液测试人工汗液氯化钠（NaCl）20 g/L、氯化氨（NH4Cl）17 g/L；尿素（CH4N2O）5 g/L；醋酸（CH3COOH）2.5 g/L；乳酸（C3H6O3）15 g/L；再加入氢氧化钠（NaOH），直到溶液pH值达到4.6将测试样品放入人工汗液中，试验时间不小于24 h表 面 无 异常，不 脱落、不 起皮/2盐雾测试5%NaCl溶液在35，1 kg的压力下连续盐雾喷雾3 h材 料 表 面无 明 显 的腐蚀痕迹若 无 盐 雾 测 试 设 备，也可以用3%的NaCl溶液做浸泡检验测试107