DOE實(shí)驗(yàn)在波峰焊接品質(zhì)控制中的應(yīng)用課件

DOE試驗(yàn)在無鉛波峰焊接品質(zhì)控制中的應(yīng)用

日東電子科技（深圳）有限公司史建666sjw191957_cn@DOE試驗(yàn)在無鉛波峰焊接品質(zhì)控制中的應(yīng)用日東電子科技（深圳1、DOE方法提出的技術(shù)背景？2、什么是DOE？3、DOE方法有什么特點(diǎn)？4、如何采用DOE方法控制波峰焊接品質(zhì)？1、DOE方法提出的技術(shù)背景？1DOE方法提出的技術(shù)背景1焊接缺陷率：500ppm3000ppm技術(shù)背景工藝窗口的縮小5000ppm0ppm焊接缺陷率：500ppm3000ppm技術(shù)背景工藝窗口的縮小如何有效地控制無鉛波峰焊的缺陷？無鉛波峰焊常見的焊接缺陷有那些呢？缺陷是怎么產(chǎn)生的？跟甚么因素有關(guān)？技術(shù)背景如何有效地控制無鉛波峰焊的缺陷？無鉛波峰焊常見的焊接缺陷有那采用魚骨圖進(jìn)行原因分析：人機(jī)料法環(huán)無鉛波峰焊接低缺陷率生產(chǎn)制造過程中工作人員的問題釬料成分問題等焊接工藝問題PCB板的設(shè)計(jì)，運(yùn)送存儲(chǔ)時(shí)出現(xiàn)的問題以及元器件自生存在的問題波峰焊機(jī)穩(wěn)定性能問題溫度/濕度/氣壓采用魚骨圖進(jìn)行原因分析：人機(jī)料助焊劑1不潤(rùn)濕/潤(rùn)濕不良；2焊錫網(wǎng)3橋連4錫球5助焊劑殘留6球狀焊點(diǎn)7冰柱8填充不良9焊點(diǎn)空洞浸錫時(shí)間1過長(zhǎng)：粘錫、氣孔，拉尖等焊接缺陷2太短：錫量不足、漏焊，橋連等預(yù)熱溫度1不潤(rùn)濕/潤(rùn)濕不良；2焊點(diǎn)空洞3橋連4錫球5球狀焊點(diǎn)6冰柱8填充不良

壓波高度1波峰過高：拉尖、橋連等

2波峰過低：吃錫量不夠，錫點(diǎn)不飽滿等1傳輸角?。簶蜻B等2傳輸角大：焊接質(zhì)量不好等軌道傾角1焊點(diǎn)剝離2焊點(diǎn)質(zhì)量冷卻速度焊接溫度1過低：易造成虛焊和拉尖等焊接缺陷2過高：元器件受高溫而損壞，加速焊料的氧化

焊接工藝對(duì)缺陷的影響：助焊劑1不潤(rùn)濕/潤(rùn)濕不良；2焊錫網(wǎng)浸錫時(shí)間1過長(zhǎng)：粘制造系統(tǒng)（穩(wěn)定）CpCpkSPC維持改善制造系統(tǒng)：是否有特殊原因問題內(nèi)型T型A型X型原因明確明確不明確條件明確不明確不明確解決工具

QC推測(cè)推算DOE控制圖相關(guān)回歸層別法DOEDOE方法的提出制造系統(tǒng)（穩(wěn)定）CpCpkDOE方法的提出篩選主要因子（2N）找出最佳生產(chǎn)條件組合（3N）證實(shí)最佳生產(chǎn)條件有再現(xiàn)性1因子拉丁方程；2因子希臘拉丁方程；3因子超希臘拉丁方程DOE方法的提出通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)通過實(shí)驗(yàn)控制其不良的影響程度，測(cè)工藝問題不具有完全復(fù)制性必須針對(duì)個(gè)體實(shí)際情況通過科學(xué)方法找到最佳組合篩選主要因子（2N）DOE方法的提出通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)通過2什么是DOE方法2DOE的定義

試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DesignOfExperiment，簡(jiǎn)稱DOE），是對(duì)過程或產(chǎn)品進(jìn)行改善或優(yōu)化，找出最佳關(guān)鍵因子的方法。DOE的作用尋找和驗(yàn)證影響過程的主要因素。優(yōu)化因素的取值，找出因素的最佳水平搭配。提高過程和產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)6σ管理。提高過程和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，減少受環(huán)境的影響。提高產(chǎn)品的可靠性，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。減少不必要的工藝和材料，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期。通過提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，減小對(duì)檢驗(yàn)的依賴，降低管理成本。DOE的定義DOE的作用3DOE方法有什么特點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）是指以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和線性代數(shù)等為理論基礎(chǔ)，科學(xué)地安排實(shí)驗(yàn)方案，正確地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，盡快獲得優(yōu)化方案的一種數(shù)學(xué)方法。主要方法：西方統(tǒng)計(jì)質(zhì)量專家（以G.E.BOX為代表）提出的經(jīng)典方法（重回歸分析，適合單一產(chǎn)品大批量生產(chǎn)）采用統(tǒng)計(jì)回歸的思想擬合出質(zhì)量特性和影響因素之間的函數(shù)關(guān)系，并進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，尋找工藝參數(shù)的最佳配置，從而使輸出質(zhì)量特性最優(yōu)。追求均值最優(yōu)，統(tǒng)計(jì)推導(dǎo)較為嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)階段較為分明，有序貫性的特點(diǎn)日本著名質(zhì)量管理專家田口玄一博士創(chuàng)立的田口方法（重試驗(yàn)設(shè)計(jì)，適合多品種少批量）注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與工程技術(shù)的結(jié)合，提出穩(wěn)健性設(shè)計(jì)的思想，在實(shí)驗(yàn)中綜合考慮誤差因素，尋求設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化配置，從而獲得較為穩(wěn)定的輸出質(zhì)量特性強(qiáng)調(diào)均值與方差的綜合優(yōu)化，尋求相對(duì)滿意解，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析過程相對(duì)簡(jiǎn)單易用追求質(zhì)量與成本的均衡，現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛使用。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）是指以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和線制定目標(biāo)要因分析第一階段試驗(yàn)3k因子設(shè)計(jì)彎曲不彎曲制定SPC標(biāo)準(zhǔn)接近預(yù)期目標(biāo)選定試驗(yàn)方案，確定試驗(yàn)因子和水平響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)得出試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性試驗(yàn)DOE基本策略：田口方法經(jīng)典方法制定目標(biāo)要因分析第一階段試驗(yàn)3k因子設(shè)計(jì)彎曲不彎曲制定典型的正交表：“L”表示此為正交表；“8”表示試驗(yàn)次數(shù)；“2”表示兩水平“7”表示試驗(yàn)最多可以有7個(gè)因素(包括單個(gè)因素及其交互作用)。正交表的表示方法：一般的正交表記為L(zhǎng)n(mk)，n是表的行數(shù)，也就是要安排的試驗(yàn)數(shù);k是表中的列數(shù)，表示因素的個(gè)數(shù)；m是各因素的水平數(shù)；常見的正交表：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);典型的正交表：正交表的表示方法：1）完全要因?qū)嶒?yàn)（也稱為析因?qū)嶒?yàn)）

兩水平因子實(shí)驗(yàn)（線性）

完全要因基礎(chǔ)，插入中心點(diǎn)后判斷三水平因子實(shí)驗(yàn)（二次曲面）

采用基于中心復(fù)合設(shè)計(jì)或BOX-BEHNKEN法的響應(yīng)曲面模型分析

2）部分要因?qū)嶒?yàn)（因子過多，篩選實(shí)驗(yàn)）

博克斯-亨特（BOX-Hunter）進(jìn)行了分辨度設(shè)計(jì)：

⑴分辨度Ⅲ⑵分辨度Ⅳ⑶分辨度Ⅴ部分2k因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)2k是指共有k個(gè)因子,每個(gè)因子只有2個(gè)水平部分2k因子就是完全2k因子的一部分子集或一部分篩選主要因子（2N）找出最佳生產(chǎn)條件（3N）經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法4步走：

1）完全要因?qū)嶒?yàn)（也稱為析因?qū)嶒?yàn)）部分2k因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)2對(duì)分辨度的解釋：在DOE中，有個(gè)混淆的概念，比如：主效應(yīng)和2級(jí)交互作用混淆，2級(jí)交互作用和3級(jí)交互作用混淆等情況。在做部分因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)有混淆情況，所以，III代表主效應(yīng)與2級(jí)交互作用混淆，IV代表主效應(yīng)與3級(jí)交互作用混淆以及2級(jí)交互作用與2級(jí)交互作用混淆，也可以這樣理解：III=1+2，1代表主效用，2代表2級(jí)交互作用；IV=1+3還等于2+2，

1代表主效用，3代表3級(jí)交互作用，同樣，2還是代表2級(jí)交互作用。這里所說的III和IV就是我上面提到的分辨度。DOE中，2VIk-p表示就是k個(gè)因子2個(gè)水平的部分因析試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其分辯度為VI，2-p表示試驗(yàn)組數(shù)為全因析試驗(yàn)的1/2p。對(duì)分辨度的解釋：在DOE中，有個(gè)混淆的概念，3）響應(yīng)曲面模型（RSM）

選擇響應(yīng)曲面模型方法擬合二次回歸方程，繪制響應(yīng)曲面與等高線圖清晰直觀地表達(dá)了重要影響因素水平與輸出的關(guān)系，尤其當(dāng)最優(yōu)點(diǎn)不可取時(shí)可以方便地追蹤到次優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)，不利于在設(shè)計(jì)過程中使用

沒有充分考慮到誤差因素的影響只適合連續(xù)的計(jì)量值的擬合，對(duì)于離散的計(jì)數(shù)值設(shè)計(jì)顯得無能為力了

4）調(diào)優(yōu)設(shè)計(jì)（EVOP）

一種是結(jié)合響應(yīng)曲面求出響應(yīng)曲面模型與等高線，按有限制條件次優(yōu)解求解-復(fù)雜一種是使用經(jīng)典調(diào)優(yōu)設(shè)計(jì)試算求出滿意解經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法4步走：

篩選主要因子（2N）找出最佳生產(chǎn)條件組合（3N）3）響應(yīng)曲面模型（RSM）經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法4步走：DOE基本概念：主效應(yīng)DOE基本概念：主效應(yīng)DOE基本概念：主效應(yīng)DOE基本概念：主效應(yīng)DOE基本概念：主效應(yīng)DOE基本概念：主效應(yīng)DOE基本概念：交互作用DOE基本概念：交互作用30

m50Kg磷25m50Kg鉀20kg磷30kg鉀40m交互作用=總效果-(20kg磷的效果+30kg鉀的效果)DOE基本概念：交互作用30m50Kg磷25m50Kg鉀20kg磷40m4.1如何采用DOE方法控制波峰焊接品質(zhì)田口方法4.1田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以缺陷率為控制對(duì)象）

田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以缺陷率為控制對(duì)象）田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以缺陷率為控制對(duì)象）

田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以缺陷率為控制對(duì)象）田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以缺陷率為控制對(duì)象）

田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以缺陷率為控制對(duì)象）田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）

L8(2)

7滲透情況與工藝參數(shù)的關(guān)系田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）L8(2田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）

L8(2)

7錫橋情況與工藝參數(shù)的關(guān)系L12(2)

8田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）L8(2AnalysisofVariance(ANOVA)方差分析：樣本數(shù)據(jù)存在變差A(yù)nalysisofVariance(ANOVA)方田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）

得到效應(yīng)參數(shù)田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）得到效應(yīng)田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）

得到效應(yīng)參數(shù)得到效應(yīng)參數(shù)田口試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例（以典型缺陷為控制對(duì)象）得到效應(yīng)4.2如何采用DOE方法控制波峰焊接品質(zhì)經(jīng)典方法4.2試驗(yàn)設(shè)備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、乙醛脂稀釋劑THINNER#4520氯含量0.08±0.02%狀態(tài)液體表觀明亮的黃色，透明比重（20℃）0.822±0.007固體含量15±2%粘度（30℃，Redwoodmethod）3.9±1.5mPa.s最優(yōu)焊接溫度250-260℃絕緣阻抗高于1×1012ΩSWPC的波峰焊優(yōu)化器，可測(cè)壓波高度，浸錫時(shí)間等參數(shù)。釬料采用Sn-3.5Cu-0.5Ag經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例試驗(yàn)設(shè)備及材料物理特性日本TumuraEC-19S-8成因子名稱高水平(＋1)低水平(－1)A助焊劑流量30ml/min60ml/minB預(yù)熱溫度90℃110℃C浸錫時(shí)間2s4sD壓波高度0.8mm1.2mmE錫爐溫度245265F軌道傾角4°6°

試驗(yàn)因子及水平第一階段選擇：部分2k因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)助焊劑量預(yù)熱溫度錫爐溫度浸錫時(shí)間軌道傾角壓波高度波峰焊焊劑部分波峰部分經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例因子名稱高水平(＋1)低水平(－1)A助焊劑流量30ml/m部分2k因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)因子:6基設(shè)計(jì):6,32含區(qū)組的分辨度:IV試驗(yàn)次數(shù):36仿行:1（實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù)，考慮隨機(jī)因子）實(shí)施部分:?區(qū)組:2（實(shí)驗(yàn)分批次數(shù)，考慮人、機(jī)、料、環(huán)）中心點(diǎn)（合計(jì)）:4（驗(yàn)證是否為線性關(guān)系）試驗(yàn)中的3階交互作用一般很弱，不考慮。經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例部分2k因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例試驗(yàn)設(shè)計(jì)表經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例試驗(yàn)設(shè)計(jì)表經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表注：以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果以橋連為主。84經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表注：以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果以橋連為主。84經(jīng)典試驗(yàn)在波S=0.739510PRESS=219.506R-Sq=99.41%R-Sq（預(yù)測(cè)）=80.42%R-Sq（調(diào)整）=98.29%Defect=5.594-0.031A+0.031B-4.969C+0.719D-1.469E+0.031F+0.156A*B+...從上面可以看出：C，D和E是影響缺陷產(chǎn)生的顯著因素。經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例擬合出質(zhì)量特性和影響因素間的函數(shù)關(guān)系S=0.739510PRESS=219.50從圖中可以看出：C、D、E對(duì)缺陷的影響是明顯強(qiáng)于其他因素，且可以了解到這些因素與缺陷的關(guān)系，比如C它在高水平的時(shí)候，缺陷是最少的。經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例從圖中可以看出：C、D、E對(duì)缺陷的影響是明顯強(qiáng)于其他因素，且很明顯地，C與D、E有很強(qiáng)的交互作用，D與E有很強(qiáng)的交互作用，其他的因素交互作用比較弱。經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例很明顯地，C與D、E有很強(qiáng)的交互作用，D與E經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例第二階段的試驗(yàn)：響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)法從上面的分析可以看出模型的彎曲，所以進(jìn)行下一步的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。從上面的分析可以看出：1）分析各因子對(duì)響應(yīng)的顯著性，篩選出C,D,E為影響焊接缺陷的顯著因子2）各個(gè)因子顯著性排隊(duì)，對(duì)所有的交互作用進(jìn)行分析經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例第二階段的試驗(yàn)：響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)法從上面的分析可以看出：經(jīng)典試驗(yàn)響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)表：經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)表：經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例響應(yīng)曲面回歸:缺陷與區(qū)組,浸錫時(shí)間,壓波高度,焊接溫度Y=-1253.98-13.12*C+137.66*D+9.78*E+0.29*C2-30.29*D2-0.02*E2-2.5*C*D+0.05*C*E-0.25*D*E擬合出質(zhì)量特性和影響因素間的函數(shù)關(guān)系經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例響應(yīng)曲面回歸:缺陷與區(qū)組,浸錫時(shí)間,壓波高度,焊接經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例4°軌道傾角F262℃錫爐溫度E0.95mm壓波高度D3.2s浸錫時(shí)間C90℃預(yù)熱溫度B30ml/min助焊劑流量A參數(shù)因子名稱經(jīng)典試驗(yàn)在波峰焊中應(yīng)用實(shí)例4°軌道傾角F262℃錫爐溫度E0.