无铅波峰焊接质量分析DOE.doc

无铅波峰焊接质量分析(DOE) 摘要：达柯(Taguchi)试验设计(DOE, design-of-experiment)方法和统计过程控制(SPC, statistical process control)是评估波峰焊接中无铅工艺的有效方法，其目的是要为特定应用的最佳设置确定基本的控制参数。 本文通过分析无铅波峰焊接的各个工艺参数，运用DOE方法进行大量的试验，采用统计学原理分析产生各种缺陷的工艺因素，并确定优化的无铅波峰焊接工艺。 关键词：DOE；无铅波峰焊；工艺参数 Lead-free wave soldering quality analyzing HU Qiang1，LI Zhong-suo1，ZHAO Zhi-li2，Li Da-le2 （1．Lead-free soldering RD Center of Sun East Electronic Co.Ltd，Shenzhen 518103，China 2．Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract: Taguchi DOE and SPC are availability methods of evaluating lead-free process in wave soldering, which makes basic controlling parameters for the best setup. In the paper all the processes of lead-free wave soldering were analyzed, a great deal of experiments were done by DOE, many of soldering defects due to process were analyzed by SPC and the best lead-free wave soldering processes were made. Key words：DOE；Lead-free wave soldering；Process parameters 对于波峰焊接工艺，从有铅转变到无铅将影响大多数机器参数。其原因是相对于Sn-Pb合金，无铅焊料熔点的升高将会导致焊接温度的升高；无铅焊料较差的润湿性和易氧化性将会影响到整个波峰焊接系统工艺参数的设定；另外基于环保因素的考虑，无VOC的水基助焊剂和免清洗助焊剂的使用，将会导致助焊剂涂覆系统和预热系统的改变。为了确定无铅焊接所需的工艺参数，检测无铅波峰焊设备能否满足无铅焊接的要求，必须设计一个适当的实验来进行验证。DOE(Design of experiment)提供一个确定无铅波峰焊接工艺参数的有效方法，通过学习和使用该技术，可以大大减少试验研究所需的时间，降低成本。 一个DOE的试验设计是非常重要的，因为最后结果的确定是取决于试验参数的设计，试验的目标是要通过确定设计因素的最佳组合，以尽可能达到最高的品质和可能获得的最好性能实现无铅焊接[1]。 第一步是列出控制因素。主要包含对焊接质量有重要影响的参数，而且可以控制输入的。本次试验列出的控制因素包括焊料的选择、氮气保护、助焊剂流量、预热温度、锡炉温度、冷却方式、传输速度7个因素。 第二步是选择试验的方式。采用正交阵列试验方法，用同时变化的因素填充严格定义的矩阵，每个因素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、时间和现有材料，当然因素重复的次数越多，组合的种类就越多，分析的数据和试验的准确性就越高。 第三步是选择运行次数和重复次数，采用7个因素，3个级别的试验，总共测试了200多组不同条件下的试验。 表1为试验选用影响波峰焊接质量的因素和每个因素对应级别的数据。 表1 7因素3级别列表 因素编号 因素 级别1 级别2 级别3 A 焊料 Sn0.7Cu Sn3.8Ag0.7Cu B 氮气 开（O2800ppm） 关 C 助焊剂流量（ml/min） 20 30 50 D 预热温度（℃） 90 110 130 E 锡炉温度（℃） 240 250 265 F 冷却速率（℃/s） 3 8 24 G 传输速度（m/min） 0.9 1.2 1.6 试验结果分析与讨论 试验采用的PCB参数如表2所示，PCB总的焊点数目为208。试验设备采用Sun East CN-300无铅氮气波峰焊接系统，检测仪器为Olympus SZX12体视显微镜和Olympus GX51金相显微镜。 表2 PCB参数表 参数 值 PCB材质 FR-4 PCB厚度（mm） 1.6 通孔直径（mm） 0.8 引脚规格（mm） 0