DOE实验在波峰焊接品质控制中的应用

Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用日东电子科技（深圳）有限公司史建卫[e-mail]1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用1、DOE方法提出的技术背景？2、什么是DOE？3、DOE方法有什么特点？4、如何采用DOE方法控制波峰焊接品质？Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用1DOE方法提出的技术背景Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用焊接缺陷率：500ppm3000ppm技术背景工艺窗口的缩小5000ppm0ppmSince1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用如何有效地控制无铅波峰焊的缺陷？无铅波峰焊常见的焊接缺陷有那些呢？缺陷是怎么产生的？跟甚么因素有关？技术背景Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用采用鱼骨图进行原因分析：人机料法环无铅波峰焊接低缺陷率生产制造过程中工作人员的问题钎料成分问题等焊接工艺问题PCB板的设计，运送存储时出现的问题以及元器件自生存在的问题波峰焊机稳定性能问题温度/湿度/气压Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用助焊剂1不润湿/润湿不良；2焊锡网3桥连4锡球5助焊剂残留6球状焊点7冰柱8填充不良9焊点空洞浸锡时间1过长：粘锡、气孔，拉尖等焊接缺陷2太短：锡量不足、漏焊，桥连等预热温度1不润湿/润湿不良；2焊点空洞3桥连4锡球5球状焊点6冰柱8填充不良压波高度1波峰过高：拉尖、桥连等2波峰过低：吃锡量不够，锡点不饱满等1传输角小：桥连等2传输角大：焊接质量不好等轨道倾角1焊点剥离2焊点质量冷却速度焊接温度1过低：易造成虚焊和拉尖等焊接缺陷2过高：元器件受高温而损坏，加速焊料的氧化焊接工艺对缺陷的影响：Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用制造系统（稳定）CpCpkSPC维持改善制造系统：是否有特殊原因问题内型T型A型X型原因明确明确不明确条件明确不明确不明确解决工具QC推测推算DOE控制图相关回归层别法DOEDOE方法的提出Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用筛选主要因子（2N）找出最佳生产条件组合（3N）证实最佳生产条件有再现性1因子拉丁方程；2因子希腊拉丁方程；3因子超希腊拉丁方程DOE方法的提出通过实验进行优化设计通过实验控制其不良的影响程度，测工艺问题不具有完全复制性必须针对个体实际情况通过科学方法找到最佳组合Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用2什么是DOE方法Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE的定义试验设计（DesignOfExperiment，简称DOE），是对过程或产品进行改善或优化，找出最佳关键因子的方法。DOE的作用􀂾寻找和验证影响过程的主要因素。􀂾优化因素的取值，找出因素的最佳水平搭配。􀂾提高过程和产品的质量，实现6σ管理。􀂾提高过程和产品的稳定性，减少受环境的影响。􀂾提高产品的可靠性，延长产品的使用寿命。􀂾减少不必要的工艺和材料，降低生产成本，缩短生产周期。􀂾通过提高产品的设计质量，减小对检验的依赖，降低管理成本。Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用3DOE方法有什么特点Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用实验设计（DOE）是指以概率论、数理统计和线性代数等为理论基础，科学地安排实验方案，正确地分析实验结果，尽快获得优化方案的一种数学方法。主要方法：西方统计质量专家（以G.E.BOX为代表）提出的经典方法（重回归分析，适合单一产品大批量生产）采用统计回归的思想拟合出质量特性和影响因素之间的函数关系，并进行响应曲面分析，寻找工艺参数的最佳配置，从而使输出质量特性最优。追求均值最优，统计推导较为严谨，实验阶段较为分明，有序贯性的特点日本著名质量管理专家田口玄一博士创立的田口方法（重试验设计，适合多品种少批量）注重实验设计与工程技术的结合，提出稳健性设计的思想，在实验中综合考虑误差因素，寻求设计参数的优化配置，从而获得较为稳定的输出质量特性强调均值与方差的综合优化，寻求相对满意解，实验设计与分析过程相对简单易用追求质量与成本的均衡，现在已经得到广泛使用。Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用制定目标要因分析第一阶段试验3k因子设计弯曲不弯曲制定SPC标准接近预期目标选定试验方案，确定试验因子和水平响应曲面设计得出试验结果再现性试验DOE基本策略：田口方法经典方法Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用典型的正交表：“L”表示此为正交表；“8”表示试验次数；“2”表示两水平“7”表示试验最多可以有7个因素(包括单个因素及其交互作用)。正交表的表示方法：一般的正交表记为Ln(mk)，n是表的行数，也就是要安排的试验数;k是表中的列数，表示因素的个数；m是各因素的水平数；常见的正交表：2水平的有L4(23),L8(27),L12(211),L16(215)等；3水平的有L9(34),L27(313)等；4水平的有L15(45);5水平的有L25(56);Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用1）完全要因实验（也称为析因实验）两水平因子实验（线性）完全要因基础，插入中心点后判断三水平因子实验（二次曲面）采用基于中心复合设计或BOX-BEHNKEN法的响应曲面模型分析2）部分要因实验（因子过多，筛选实验）博克斯-亨特（BOX-Hunter）进行了分辨度设计：⑴分辨度Ⅲ⑵分辨度Ⅳ⑶分辨度Ⅴ部分2k因子试验设计2k是指共有k个因子,每个因子只有2个水平部分2k因子就是完全2k因子的一部分子集或一部分筛选主要因子（2N）找出最佳生产条件（3N）经典实验设计方法4步走：Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用对分辨度的解释：在DOE中，有个混淆的概念，比如：主效应和2级交互作用混淆，2级交互作用和3级交互作用混淆等情况。在做部分因子试验设计时有混淆情况，所以，III代表主效应与2级交互作用混淆，IV代表主效应与3级交互作用混淆以及2级交互作用与2级交互作用混淆，也可以这样理解：III=1+2，1代表主效用，2代表2级交互作用；IV=1+3还等于2+2，1代表主效用，3代表3级交互作用，同样，2还是代表2级交互作用。这里所说的III和IV就是我上面提到的分辨度。DOE中，2VIk-p表示就是k个因子2个水平的部分因析试验设计，其分辩度为VI，2-p表示试验组数为全因析试验的1/2p。Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用3）响应曲面模型（RSM）选择响应曲面模型方法拟合二次回归方程，绘制响应曲面与等高线图清晰直观地表达了重要影响因素水平与输出的关系，尤其当最优点不可取时可以方便地追踪到次优点。实验次数较多，实验周期较长，不利于在设计过程中使用没有充分考虑到误差因素的影响只适合连续的计量值的拟合，对于离散的计数值设计显得无能为力了4）调优设计（EVOP）一种是结合响应曲面求出响应曲面模型与等高线，按有限制条件次优解求解-复杂一种是使用经典调优设计试算求出满意解经典实验设计方法4步走：筛选主要因子（2N）找出最佳生产条件组合（3N）Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE基本概念：主效应Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE基本概念：主效应Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE基本概念：主效应Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE基本概念：交互作用Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用30m50Kg磷25m50Kg钾20kg磷30kg钾40m交互作用=总效果-(20kg磷的效果+30kg钾的效果)DOE基本概念：交互作用Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用4.1如何采用DOE方法控制波峰焊接品质田口方法Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用田口试验在波峰焊中应用实例（以缺陷率为控制对象）Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用田口试验在波峰焊中应用实例（以缺陷率为控制对象）Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用田口试验在波峰焊中应用实例（以缺陷率为控制对象）Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用田口试验在波峰焊中应用实例（以典型缺陷为控制对象）L8(2)7渗透情况与工艺参数的关系Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用田口试验在波峰焊中应用实例（以典型缺陷为控制对象）L8(2)7锡桥情况与工艺参数的关系L12(2)8Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用AnalysisofVariance(ANOVA)方差分析：样本数据存在变差Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用田口试验在波峰焊中应用实例（以典型缺陷为控制对象）得到效应参数Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用田口试验在波峰焊中应用实例（以典型缺陷为控制对象）得到效应参数得到效应参数Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用4.2如何采用DOE方法控制波峰焊接品质经典方法Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用试验设备及材料物理特性日本TumuraEC-19S-8成分乙醇、二丙基醇、甲苯、二甲苯、乙醛脂稀释剂THINNER#4520氯含量0.08±0.02%状态液体表观明亮的黄色，透明比重（20℃）0.822±0.007固体含量15±2%粘度（30℃，Redwoodmethod）3.9±1.5mPa.s最优焊接温度250-260℃绝缘阻抗高于1×1012ΩSWPC的波峰焊优化器，可测压波高度，浸锡时间等参数。钎料采用Sn-3.5Cu-0.5Ag经典试验在波峰焊中应用实例Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用因子名称高水平(＋1)低水平(－1)A助焊剂流量30ml/min60ml/minB预热温度90℃110℃C浸锡时间2s4sD压波高度0.8mm1.2mmE锡炉温度245265F轨道倾角4°6°试验因子及水平第一阶段选择：部分2k因子试验设计助焊剂量预热温度锡炉温度浸锡时间轨道倾角压波高度波峰焊焊剂部分波峰部分经典试验在波峰焊中应用实例Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用部分2k因子试验设计因子:6基设计:6,32含区组的分辨度:IV试验次数:36仿行:1（实验重复次数，考虑随机因子）实施部分:½区组:2（实验分批次数，考虑人、机、料、环）中心点（合计）:4（验证是否为线性关系）试验中的3阶交互作用一般很弱，不考虑。经典试验在波峰焊中应用实例Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用试验设计表经典试验在波峰焊中应用实例Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用试验设计及结果表注：以上统计结果以桥连为主。84经典试验在波峰焊中应用实例Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用S=0.739510PRESS=219.506R-Sq=99.41%R-Sq（预测）=80.42%R-Sq（调整）=98.29%Defect=5.594-0.031A+0.031B-4.969C+0.719D-1.469E+0.031F+0.156A*B+...从上面可以看出：C，D和E是影响缺陷产生的显著因素。经典试验在波峰焊中应用实例拟合出质量特性和影响因素间的函数关系Since1984DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用从图中可以看出：C、D、E对缺陷的影响是明显强于其他因素，且可以了解到这些因素与缺陷的关系，比如C它在高水平的时候，缺陷是最少的。经典试验在波