波峰焊DOE.docx

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波峰焊DOE

波峰焊DOE

某公司焊接DOE案例:

重要性分级指标定义指标

（技术要求）调整方法监控方法说明

指标名称测量方法A1焊接时间秒表实测（注?

）3,4s调整链条速度秒表/基准确定、维护控制重点

A2预热温度从PCB表面用点温计采样（注?

）80,90?

调整加热功率温度计1次/2hr,

X-R控制图

A3助焊剂比重用比重计测定0.82,0.845g/cm?

更换助焊剂1次/2hr,

X-MR控制图

B1焊锡温度250?

5?

温度计/实时监测注?

B2波峰高度10,14mm直尺/定期抽检B3压锡深度PCB厚度的1/2,3/4目测/抽检/每次工作前B4焊剂发泡高度PCB厚度的3/4目测/抽检/每次工作前注?

焊接时间也要用秒表实测,不能通过链条速度换算出来,因为波峰宽度不固定。

?

方法是:

在一块空PCB板上打一小洞深至铜箔,点温计探头固定、接触在洞内PCB铜箔上,把PCB放在转动的链条上，到预热结束时读出点温计计数即为预热温度。

?

焊锡温度按锡炉最佳值,事先用平均法确定。

Process能否做DOE的关键是:

输入可控,输出可测量.

具体到波峰焊工艺,有不少因子是噪音,而且无法知道其具体值,实际做DOE时可选的因子有:

1.预热温度（直接用设备上显示的值,下同）

2.松香流量（发泡制程则用松香比重）

3.锡缸温度

4.波峰马达转速或频率

5.输送速度

6.波峰高度（没有显示可转换一下,用测量到的浸锡时间）

可操作的DOE大致流程:

A.因子水平确认:

根据经验值定一个范围,可以大一些,否则响应（如PPM）可能不敏感.B.生成实验表格,做实验.

C.筛选,根据结果将有重要影响的因子找出来.

D.确认实验（全因子）,对找到的因子重做全因子实验来验证结果.

E.参数优化,找到最佳参数设置和最佳组合.

F.将结果文件化.

经上是本人的一点经验,不当之处请高手们指正.

无铅焊接:

如何确定工艺

ByGerjanDiepstraten

本文将研究确定什么参数对无铅焊接有最大和最小影响的方法。

目的是要建立一个质量和可重复性受控的无铅工艺...。

开发一套有效的方法

既然生产线中的无铅焊接即将来临，那么我们应该开发出一套有效的方法，来决定正确的工艺设定。

无铅焊接不仅仅是以另一种合金来取代一种合金，不存在“插入式”的取代。

一种新材料的引入影响着整个工艺，因此，所有机器设定都必须再检查。

在回流焊接中，目标是要满足或再现锡膏的正确设定，保持在元件和电路板材料的规格之内。

我们面临的挑战是使用现在生产中使用的机器并保持现有的产量，来达到这个目标。

为了实现这个目标，机器应该具有良好的热传导特性和均匀性（板上的温度差别小）。

大多数今天的热风/氮气对流炉能够焊接无铅合金。

可是，红外灯的炉子将很可能需要取代，因为板上的加热均匀性能差和温度差别大。

对于波峰焊接工艺，转变到无铅也将影响大多数机器参数。

对于这个工艺，目标是在与无挥发性有机化合物（VOC,volatileorganic

compound）的水基助焊剂的结合中实施无铅合金（消除卤化阻燃剂），而不减低生产率或产量。

我们必须设计一个适当的试验来决定是否计划中的生产设备可以接纳转换到无铅焊接的目标。

DOE（Designofexperiment,试验设计方法），特别是Taguchi方法，提供一个调查设备能力的有效方法。

通过学习和使用该技术，可以大大减少试验研究所要求的时间。

设计一个有效的试验

Taguchi试验优化产品/设备的设计，以最经济的方式使得性能对变量的不同原因敏感性最小，而不实际上消除这些原因。

包括了研究开发、制造和运作的成本。

Taguchi试验是基于正态阵列，它减少试验运行的次数。

一个Taguchi试验的设计是非常重要的，因为结果的质量取决于一个适当的准备。

这个准备要求仔细的计划、审慎的试验布局和输出数据的专家分析。

试验以一个集思广益的会议开始，邀请来自不同部门（设计、运作、品质和制造）的雇员参加。

所有个人都应该对焊接有第一手资料。

每个成员在所有必须由这个小组所作的选择中都有一个投票权。

因此，小组成员数量应该是奇数。

小组的工作是列出问题。

目标是要通过确定设计因素的最佳结合，以尽可能最高的品质和可能获得的最好性能实现无铅焊接。

第一步是要列出控制因素，或者那些将对焊接品质有主要影响的参数，或者可以控制的输入。

对于波峰焊接，控制因素的例子包括助焊剂数量、预热设定、传送带速度和焊锡温度。

在回流焊接中，控制因素可

能包括氮气的使用、传送带速度和保温与峰值区的温度设定。

助焊剂类型和板的表面涂层是受控的输入因素的例子。

如果在这些因素的有些之间出现相互影响，那么它们也应该列出。

每个小组成员分别按照其对于影响输出品质的重要性的次序排列这些因素。

噪音因素是那些影响变化、但又或者不可能控制或者控制成本太高的工艺或产品因素。

例子有板的质量、空气温度和湿度。

当必须量化一个设计的稳定性时，这些因素可以集中到一个试验中，以一个所谓的外部阵列。

现在，必须选择试验的方式。

Taguchi方法使用正交阵列，这些是可以用同时变化的因素填充的严格定义的矩阵。

每个因素的每个级别按照每个因素级别的每个级别测试相同的次数。

正交阵列和将选作试验的重复次数取决于成本、时间和现有的材料。

有许多矩阵可用;例如，

37411L4

（2），它代表4（次运行）、2（个级别）和3（个因素）;L8

（2）、L9（3）、L12

（2）和几个L18变量。

现在选择运行次数（有正交阵列决定）和重复次数，变化因素的级别也必须定义。

小组在这一步应该大胆一点，因为在这类试验中的主要目的是要看到变化。

如果品质差别没有看到，那么该小组还不够大胆，或者甚至更差，所选择的控制因素不能影响品质。

品质特征和方法

输出特征（反应数据）允许试验运行的结果被量化。

这些特征将表示是否该产品按照品质规格焊接的，或者是否焊点质量差。

对来自该工艺的焊接缺陷的Pareto分析可以提供在输出特征选择中的良好输入。

可是，应该清楚，无铅焊接将有一些特殊的品质问题，如焊角升起、空洞和锡球。

因为无铅焊接温度比锡/铅更接近于熔点，孔的填充和可靠性也必须量化。

无铅焊接试验

做一个实际的试验来显示Taguchi分析法可以怎样应用。

对于这个试验，小组决定在一个基本的波峰焊接机上做这个焊接，使用一个L8阵列，重复三次运行（图一）。

在外部阵列中，测试了两种助焊剂。

这个试验结果总共48次运行:

八次对L8运行，三次重复和两次对外部阵列（表一）。

表一、试验方案

L8正交矩阵

因素单位级别1级别2

A锡锅温度?

C255265

B氮气-开关

C接触时间秒2.34.3

DSmart波-开关

E预热温度?

C最小最大

F助焊剂数量-低高

G板面涂层-OSPNiAu

选择锡/银/铜（SnAgCu）合金来焊接。

使用了两种无VOC的水基助焊剂，预热温度由助焊剂规格决定。

波峰焊机装备有一个主波和一个"Smart"波。

Smart波有一根六角形轴在波中转动，因此产生波上的紊流。

其结果是较高的焊锡垂直力，提供更好的通孔渗透。

图一、在波峰焊机内的测试PCB

使用了1.6mm的FR-4板。

总共，装配了14个插针连接器（280个插针，等于280个潜在的锡桥）。

输出特性

在这个试验中，研究了通孔渗透和插针之间的桥接问题。

因为使用无铅合金的通孔填锡更加困难（图二），应该将那些可以帮助焊锡流动到通孔顶部的变量进行量化。

可能帮助这个响应因子的变量是接触时间、氮气、助焊剂、板面涂层和焊锡温度。

焊锡温度限制到265?

C，以防止板的弯曲。

图二、部分充满的通孔例子

较早的试验显示，在桥接、助焊剂和预热设定之间的关系中，预热起主要的作用。

太高的预热设定可能使助焊剂活性剂不稳定，因而造成在波峰出口处缺乏助焊剂，使得氧化物产生桥接。

为了避免这种情况，不能超过如助焊剂供应商所规定的板顶面最高温度。

分析数据

在表二中列出了填充差的通孔数量。

使用助焊剂A的第七次运行得出最好的结果，4,000多个通孔中只有四个对SnAgCu焊锡的填充效果差。

表二、通孔渗透结果

因素外部矩阵运行ABCDEFG助焊剂A助焊剂B

锡锅温度氮气接触时间Smart波预热温度助焊剂数量板面涂层ABCABC111111112623202271211122225182838607131221122910304104122221187585136293852121212580338026621221217011836

722112214005141782212112728677617979

表三、锡桥的结果

因素外部矩阵运行ABCDEFG助焊剂A助焊剂B

锡锅温度氮气接触时间Smart波预热温度助焊剂数量板面涂层ABCABC11111111000060211122220000003122112200058841222211023521061205212121200000062122121000000722112210000124822121128400700

表三列出锡桥的数量。

几次运行没有锡桥，而用助焊剂B的第四次运行显示278个插针有锡桥。

通孔填充是用Anova软件进行评估的（表四）;ρ列显示各因素对通孔填充影响的百分比，ρ是根源贡献收益率（ρ等于根源纯变量S'除以标准偏差）。

表四、通孔渗透的Anova分析结果

根DF根源自由度S根源偏V根源变量F根源变化率S'根源纯变量ρ（%）123源f差

A锡锅温度1444411400.1B氮气11,7041,7044171,7004.3C接触时间12,2412,2415492,2375.7DSmart波17,7017,7011,8867,69719.6E预热温度144合并F助焊剂量110,50210,5022,57210,49826.8G板面涂层12,5812,5816322,5776.6

助焊剂类B14944941214901.3型

e1主要错误76,6219462326,59216.8e2次要错误327,301228567,17118.3（e）合并1441920.5总4739,195834计

1.V=S/f,2.F=V/Ve,Ve是合并变量,3.S'=S-Vexf

表五、锡桥的Anova分析结果

根DF根源自由度S根源偏V根源变量F根源变化率S'根源纯变量ρ（%）123源f差A锡锅温度11,6571,657201,5726.0B氮气12,2142,214262,1298.1C接触时间11,5191,519181,4