《精益工艺实现焊接零缺陷》-孙鹏-ESAMBER

精益工艺技术实现焊接零缺陷15分钟，获得安心品质孙鹏Esamber中国区技术总监[e-mail]分享：Esamber过去十年研究的课题15分钟，如何快速有效地•让工艺效能提升1倍•让焊炉寿命延长1倍•让品质信心提升1倍研讨内容1.传统焊接工艺管控，失效案例2.焊接品质问题的根本原因分析3.剖视再流焊设备状况4.新时代最佳化的工艺管理Reflow传统测试方法回流温度工艺过程•热风强制对流应该完成的使命预热浸温融锡峰值冷却溶剂挥发活化、去氧化浸润IMC,结晶Reflow传统测试方法•传统工艺管控，•温度曲线测试，•倒班测试，每天4次•推板测温•测温板距离托架距离•稳定性监控Reflow传统测试方法•工艺管控内容–峰值温度–熔锡时间–温升斜率–浸温时间–冷却斜率普遍存在的现象•测温板制作困难，•测温板制作成本高•测试过程繁琐，千遍一律•测试结果=产品温度吗？•统计困难，稳定性？•品质问题不断发生，找原因无从下手•对炉子表现状况无数据可依•对Rootcause争论不休•保养有效性问题CaseStudy案例一•H##SMT车间出现离奇偏位–笨重的电感竟然偏位•工厂对策：–温度曲线，pass–硬币测试，pass–水平测试，pass–增加风罩，无效–保养维护，无效CaseStudy案例二•W##TW铝基板车间出现‘冷焊’•工厂对策：–温度曲线，pass–保养维护，无效CaseStudy案例三•Z##SMT出现不定期焊点发黑•工厂对策：–对比焊炉，只有1条线出现此问题–温度曲线，一致–保养维护，保养后有所改善，一段时间后又出问题CaseStudy案例四•F**SMT出现长期严重偏位•工厂对策：–对比焊炉，同品牌炉子一样–温度曲线，pass–保养维护，无效–焊盘设计，有改善CaseStudy案例分析五•F**SMT出现掉件、锡裂•工厂对策：–对比焊炉，仅一台炉子异常–温度曲线，pass–保养维护，无效–上下温度，无效–托盘过炉，改善CaseStudy案例分析六•Q**SMT出现BGA焊接不良•工厂对策：–对比焊炉，仅一台炉子异常–温度曲线，pass–保养维护，无效Reflow“工艺”在哪？工艺管控品质技术分析--剖视再流焊设备状况•黑匣子工艺包含哪些？加热器种类----热补偿能力•加热器功率•热传递效率•可维护性•成本回流通道结构•进板方向•横向风是偏位杀手強制對流：2次換熱過程As：組件表面積Tg：接近表面的氣體溫度Ts：組件表面溫度Hc：對流熱交換量ABCDEF风道结构：大循環Reflow•简捷、易维护风道结构：小循環Reflow优势：较小的横扫对流风风道结构：微循環Reflow•优点：横扫风最小加热区温度控制•热补偿来自于对空气温度的及时采集、补偿松香回收系统•松香残留导致：–影响1st热交换、影响空气流速、影响2nd热交换Reflow轨道•軌道平行度：+/-1.0mm（1/3個鏈爪長）•检测方法：生产条件下，高温测试变形•精度要求：0.2mm常见的设备状况Reflow工艺的管控•怎样的曲线是最佳的？•温度差异存在哪些方面？–推板，产能，环境，测温板起点温度•产品&设备分配是否合理–风速，热补偿，均匀性，均衡度•产能是否合理？•保养计划是否合理？监管在哪什么在影响焊接？氧气浓度对流量大小温度高低加热时间长短助焊成份的耗损与碳化与之成正比器件端子、锡粉的氧化与之成正比对流时代的工艺特性转换热平衡特性热量加热效率溶剂挥发活化、去氧化浸润IMC,结晶工艺曲线的优化方式•循序预热有助于降低氧化•合适的对流量有助于保证热效率和降低氧化热塌落桥连立碑歪斜芯吸锡珠锡球组件破裂空洞润湿不良虚焊分层金属间化合物浸析焊点发黑焊点邹褶晶粒尺寸反润湿炭化虚焊组件破裂溶剂挥发活化、去氧化浸润IMC,结晶适用范围•同样适用于超难焊的SnZnBi无铅焊锡制程实时监控生产板产能规划测温板测试时实况追击•单板测试，各区温度不受前/后板影响干扰，•峰值温度偏高，熔锡时间偏长！测温板测试时实况追击多板连续生产，前板影响干扰后板加热环境，峰值温度偏低，熔锡时间偏短！测温板测试时实况追击测温板比生产板峰值温度高出2-3度！测温板比生产板熔锡时间长出1-4秒！产品&设备合理分配•产品大小&对流风速•品质异常&炉子类型•产品价值&炉子性能产品合理分配•SMT回流炉状况：“健康/体能检查表”GroupI，表现较好的项目GroupII，需要注意的项目GroupIII，需要改善的项目热效能均匀度分析Cl热冲击度分析Td热效能均衡度分析Φ回使用分析ψ回焊炉链速波动率分析V热效能稳定度分析Sd环境温差热补偿能力分析He空满载热补偿能力分析Ld参数A2.912.627.33.7-4.20.36%37.63%ρ=45.3χ=1.438.26%GroupIIIIIIIIIIIII参数B2.712.8627.23.8-4.20.37%27.87%ρ=40.97χ=1.338.28%GroupIIIIIIIIIIIII备注摄氏度越小越好I3℃II6℃III9℃摄氏度越大越好I18℃II9℃III9℃摄氏度越小越好I22II28III28热交换率I：4.5-6.5II：3.0-7.5III：2.0-8.5百分比越小越好I1/100II1/50III1/25百分比差异率越小越好I25%II50%III100%综合指数ρI20II10III5χI5II2III1.25百分比差异率越小越好I50%II75%III100%检测分析案例SMT回流焊保养状况•本数据出自Esamber在SMT行业累计测试的4632台回流焊设备统计而来合理保养是必须的•没有合理监管的保养，是盲目、低效的保养计划执行保养品管监管保养监管技术品管监管热风对流温度校验轨道检测热补偿标准产能欠保养时的对流状况对流形态分布•形状规则、清晰对流总量的变化•可设3%,6%,9%门槛保养计划•签字远远不够应用于回流焊设备商•设备优化、研发•出货前的检查•售后服务，快速定位异常•默认设置最佳化应用于SMT•评估新炉设备•合理分配机种•工艺优化设置•合理保养维护•产能最佳配置•合理测温周期轨道异常分布状况•优秀轨道单/固/粗多/悬/纤CaseStudy案例一分析•H##SMT车间出现偏位•工厂对策：–温度曲线–硬币测试–水平测试–增加风罩–保养维护CaseStudy案例一分析•失效机理分析–水平–振动–风量–器件、PCB上下热平衡状况–PAD焊膏熔锡张力–器件排气CaseStudy案例一分析•工艺实测、改善1：–控制上下风量实现温度平衡–风量优化CaseStudy案例一分析•改善方法2：尝试采用微循环–合理分配产品、设备CaseStudy案例二•W##TW铝基板车间出现‘冷焊’–铝基板+铝托盘–T##回流焊•工厂对策：–温度曲线，pass–保养维护，无效CaseStudy案例二•失效机理分析–风量–热补偿–产能分配CaseStudy案例二•检测分析–风量–热补偿–产能分配过负荷生产导致：测温板测温≠实际生产产品温度最大负荷时差异：9.2摄氏度CaseStudy案例二•检测分析–风量–热补偿–产能分配CaseStudy案例二•检测分析–风量–热补偿–产能分配建议改善的生产排程：180s/pcs即3分钟/pcs为最低要求间隔180S平均90s/pcs。强制90s/pcs的几种风险？铝板长度：51cm，70速度下，大约过板时间是43.7s。炉内长度522cm，70速度下，大约447s，即7.45分钟炉子总长582cm，间隔240SCaseStudy案例三•Z##SMT出现不定期焊点发黑•工厂对策：–对比焊炉，只有1条线出现此问题–温度曲线，一致–保养维护，保养后有所改善，一段时间后又出问题CaseStudy案例三•失效机理分析–风量–热补偿–轨道状况CaseStudy案例三•检测分析–常规快速检查–风量–热补偿–产能分配轨道测试变形测试安装规划热风对流测试对流强对流区炉子性能测试均匀性均衡性热补偿产能CaseStudy案例三•检测分析所用仪器–炉子性能分析仪–轨道平行度测试仪CaseStudy案例三•检测分析–1调整轨道3分钟–2启动测试6分钟–3下载分析6分钟–总计：15分钟，CaseStudy案例三•检测分析1234CaseStudy案例三•检测分析Item内容SMT信息Z##P22,P23炉子厂商B##炉子型号P#########分区数量12分区信息、设定如下P22P22链速75cm/mP23链速85cm/mCaseStudy案例三•检测分析–热效能均匀性分析P22P23CaseStudy案例三•检测分析–热效能均衡度分析P22P23CaseStudy案例三•检测分析–热冲击分析P22P23CaseStudy案例三•检测分析–热风对流风速分析P22P23CaseStudy案例三•检测分析–P22线轨道分析•需要特别留意：•1挤板导致弯曲、掉件•2挤板导致链条摩擦阻力增大而顿挫、卡板、振动•3入口放板尽可能松弛些CaseStudy案例三•检测分析–P23线轨道分析•需要特别留意：•1挤板导致弯曲、掉件•2挤板导致链条摩擦阻力增大而顿挫、卡板、振动CaseStudy案例三•检测分析–1热均匀性差：测温时需要注意埋设更多的探头–2热均衡度优：优–3热冲击小：优–4热对流：优–5轨道：变形严重–建议：–1该炉需要调整轨道–2热系统可胜任用于目前产品的大批量生产CaseStudy案例四•F**SMT出现长期严重偏位•BGA普遍容易连锡、短路•工厂对策：–对比焊炉，同品牌炉子一样–温度曲线，pass–保养维护，无效–焊盘设计，有改善CaseStudy案例四•失效机理分析–产品设计–风量–振动CaseStudy案例四•检测分析–风量测试分析参考1参考2参考3风速建议最佳范围：4.5~6.5CaseStudy案例四•检测分析–风量测试分析–默认设置不合理，非设备性能问题风力过大CaseStudy案例分析五•F**SMT出现掉件、锡裂•工厂对策：–对比焊炉，仅一台炉子异常–温度曲线，pass–保养维护，无效–上下温度，无效–托盘过炉，改善CaseStudy案例分析五•失效机理分析–产品设计–风量–振动–轨道–温度CaseStudy案例分析五•检测分析–高温下测试轨道平行度CaseStudy案例分析五•检测分析–轨道高温变形–轴承传动的同步性CaseStudy案例分析六•Q**SMT出现BGA焊接不良•工厂对策：–对比焊炉，仅一台炉子异常–温度曲线，pass–保养维护，无效CaseStudy案例分析六•失效机理分析–焊膏–温度曲线–风量–轨道CaseStudy案例分析六•检测分析–焊膏–温度曲线–风量，一温区风扇停转–轨道，存在风险CaseStudy案例分析六•检测分析–风速测试分析----更换风扇CaseStudy案例分析六•检测分析–温度曲线改善Reflow“工艺”在哪？•设备分配•产能分配•风险分配•轨道管控•风量管控•温度管控Reflow“工艺”在哪？工艺管控品质•15分钟•定位核心工艺状态•X核心工艺•=全面体检•Y安心品质孙鹏先生Esamber中国服务中心首席技术官CTO6sigma黑带大师从事SMT制造技术研究十余年研究方向无铅工艺开发、SMT精益制造技术IPC-9853工作组成员