DOE实验在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

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DOE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0755-27330313-666 sjw191957_cn@

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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？

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1DOE方法提出的技术背景

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技术背景

工 艺 窗 口 的 缩 小

焊接缺陷率： 焊接缺陷率：5000ppm 3000ppm 500ppm 0ppm

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技术背景无铅波峰焊常见的焊 接缺陷有那些呢？ 接缺陷有那些呢？ 缺陷是怎么产生的？ 缺陷是怎么产生的？ 跟甚么因素有关？ 跟甚么因素有关？

如何有效地控制无铅波 峰焊的缺陷？ 峰焊的缺陷？

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采用鱼骨图进行原因分析：

人生产制造过程中 工作人员的问题

机

料

法

环

波峰焊机稳定 性能问题

焊接工艺问题

无铅波峰焊 接低缺陷率 钎料成分问题等 PCB板的设计， PCB板的设计，运送 板的设计 存储时出现的问题以及 元器件自生存在的问题 温度/湿度/ 温度/湿度/气压

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焊接工艺对缺陷的影响：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 1 焊点剥离 2 焊点质量

冷却速度

助焊剂

预热温度

1 不润湿/润湿不良； 2 焊点空洞 轨道倾角 3 桥连 4 锡球 5 球状焊点 6 冰柱 压波高度 8 填充不良

1 传输角小：桥连等 2 传输角大：焊接质量不好等 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

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

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

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE方法的提出 方法的提出

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制造系统(稳定) Cp Cpk SPC维持 改善制造系统： 改善制造系统：是否有特殊原因 问题内型 原因 条件 解决工具 T型 明确 明确 QC 控制图 层别法 A型 明确 不明确 推测推算 相关回归 DOE X型 不明确 不明确 DOE

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE方法的提出 方法的提出

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通过实验进行优化设计

工艺问题不具有 完全复制性

,测

必须针对个体实际情况 通过科学方法找到最佳组合

通过实验控制其不良 通过实验控制其不良 的影响程度

筛选主要因子( ) 筛选主要因子(2N) 找出最佳生产条件组合( ) 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

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2什么是DOE方法

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用DOE的定义 的定义

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试验设计( ),是对过程或产品进 试验设计(Design Of Experiment,简称 ，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。 行改善或优化，找出最佳关键因子的方法。 DOE的作用 的作用 寻找和验证影响过程的主要因素。 寻找和验证影响过程的主要因素。 主要因素 优化因素的取值，找出因素的最佳水平搭配。 优化因素的取值，找出因素的最佳水平搭配。 最佳水平搭配 提高过程和产品的质量，实现 管理 管理。 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。 提高过程和产品的稳定性，减少受环境的影响。 稳定性 提高产品的可靠性，延长产品的使用寿命。 提高产品的可靠性，延长产品的使用寿命。 可靠性 减少不必要的工艺和材料，降低生产成本，缩短生产周期。 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， 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。

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3DOE方法有什么特点

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实验设计( 概率论、 实验设计(DOE)是指以概率论、数理统计和线性代数 ) 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： 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 经典方法 西方 重回归分析，适合单一产品大批量生产) (重回归分析，适合单一产品大批量生产) 采用统计回归 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 拟合出质量特性和影响因素之间的函数关系，并进行 统计回归 拟合出质量特性和影响因素之间的函数关系 响应曲面分析，寻找工艺参数的最佳配置 最佳配置，从而使输出质量特性最优 输出质量特性最优。 响应曲面 最佳配置 输出质量特性最优 均值最优，统计推导较为严谨 推导较为严谨，实验阶段较为分明，有序贯性的特点 追求均值最优 均值最优 推导较为严

谨 日本著名质量管理专家田口玄一博士创立的田口方法 田口方法 日本 重试验设计，适合多品种少批量) (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 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 实验设计与工程技术的结合 考虑误差 误差因素，寻求设计参数的优化配置 设计参数的优化配置，从而获得较为稳定的输出质量特性 误差 设计参数的优化配置 稳定的输出质量特性 强调均值与方差 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 均值与方差 简单易用追求质量与成本的均衡 质量与成本的均衡，现在已经得到广泛使用。 质量与成本的均衡

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用 DOE基本策略： 基本策略： 基本策略田口方法 经典方法制定目标 要因分析

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接近预 期目标 制定SPC 标准

选定试验方案，确 定试验因子和水平 弯曲

第一阶段试验 不 弯 曲 3k 因子设计 试验 试验

曲

设计

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用正交表的表示方法： 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： 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); 典型的正交表： 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)。

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用 步走： 经典实验设计方法 4 步走：1) 完全要因实验(也称为析因实验) ) 完全要因实验(也称为析因实验)

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筛选主要因子( ) 筛选主要因子(2N) 找出最佳生产条件( ) 找出最佳生产条件(3N)

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) ) 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Ⅲ ⑵ 分辨度Ⅳ ⑶ 分辨度Ⅴ 部分2k因子试验设计 部分 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 2k是指共有 个因子, 每个因子只有2 是指共有k 部分2k因子就是完全2k因子的 部分2k因子就是完全2k因子的一部分子集或一部分 因子就是完全 因子的一部分子集或一部分

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对分辨度的解释：在DOE中，有个混淆的概念，比如：主效应和 级交 对分辨度的解释： 中 有个混淆的概念，比如：主效应和2级交 互作用混淆， 级交互作用和 级交互作用混淆等情况。 级交互作用和3级交互作用混淆等情况 互作用混淆，2级交互作用和 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， 代表主效应与 代表主效应与2级交互 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 级交互 作用混淆， 代表主效应与 级交互作用混淆以及2级交互作用与 代表主效应与3级交互作用混淆以及 级交互作用与2级交互作 作用混淆，IV代表主效应与 级交互作用混淆以及 级交互作用与 级交互作 用混淆，也可以这样理解： 用混淆，也可以这样理解： III=1+2,1代表主效用，2代表 级交互作用；IV=1+3还等于 ， 代表主效用 代表主效用， 代表 级交互作用； 代表2级交互作用 还等于2+2, 1代 还等于 ， 代 表主效用， 代表 级交互作用，同样， 还是代表 级交互作用。 代表3级交互作用 还是代表2级交互作用 表主效用，3代表 级交互作用，同样，2还是代表 级交互作用。这里所说的 III和IV就是我上面提到的分辨度。 就是我上面提到的分辨度。 和 就是我上面提到的分辨度 DOE中，2VI k-p表示就是 个因子 个水平的部分因析试验设计，其分 中 表示就是k个因子 个水平的部分因析试验设计， 表示就是 个因子2个水平的部分因析试验设计 辩度为VI, 表示试验组数为全因析试验的 表示试验组数为全因析试验的1/2p。 辩度为 ，2-p表示试验组数为全因析试验的 。

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用 步走： 经典实验设计方法 4 步走：筛选主要因子( ) 筛选主要因子(2N)

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找出最佳生产条件组合( ) 找出最佳生产条件组合(3N) 3) 响应曲面模型(RSM) ) 响应曲面模型( ) 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

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DOE试验在无铅波峰焊接品质控制中的应用 DOE基本概念： 基本概念： 基本概念

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主效应