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1、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_,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？,1DOE方法提出的技术背景,焊接缺陷率：,500ppm,3000ppm,技术背景,工艺窗口的缩小,5000ppm,0ppm,技术背景,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
2、/湿度/气压,焊接工艺对缺陷的影响：,制造系统（稳定）Cp CpkSPC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 DOE,DOE方法的提出,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,2什么是DOE方法,DOE的定义 试验设计（D
3、esign Of Experiment，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6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。,3DOE方法有什么特点,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
4、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
5、用。,DOE基本策略：,田口方法,经典方法,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);,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
6、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：分辨度 分辨度 分辨度,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：,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
7、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，2VI k-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。,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
8、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）,DOE基本概念：,主效应,DOE基本概念：,主效应,DOE基本概念：,主效应,DOE基本概念：,交互作用,30 m,50Kg 磷,25 m,50Kg 钾,20kg 磷30kg 钾,40 m,交互作用=总效果-(20kg 磷的效果+30kg 钾的效果),DOE基本概念：,交
9、互作用,4.1如何采用DOE方法控制波峰焊接品质田口方法,田口试验在波峰焊中应用实例（以缺陷率为控制对象）,田口试验在波峰焊中应用实例（以缺陷率为控制对象）,田口试验在波峰焊中应用实例（以缺陷率为控制对象）,田口试验在波峰焊中应用实例（以典型缺陷为控制对象）,渗透情况与工艺参数的关系,田口试验在波峰焊中应用实例（以典型缺陷为控制对象）,锡桥情况与工艺参数的关系,Analysis of Variance(ANOVA),方差分析：样本数据存在变差,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,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,4.2
10、如何采用DOE方法控制波峰焊接品质经典方法,试验设备及材料,SWPC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,试验因子及水平,第一阶段选择：部分2k因子试验设计,经典试验在波峰焊中应用实例,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: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,试验设计表,经典试验在波峰焊中应用实例,试验设计及结果
11、表,注：以上统计结果以桥连为主。,经典试验在波峰焊中应用实例,S=0.739510 PRESS=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-1.469 E+0.031 F+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,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。,经典试验在波峰焊中
12、应用实例,很明显地，C与D、E有很强的交互作用，D与E有很强的交互作用，其他的因素交互作用比较弱。,经典试验在波峰焊中应用实例,经典试验在波峰焊中应用实例,经典试验在波峰焊中应用实例,第二阶段的试验：响应曲面设计法从上面的分析可以看出模型的弯曲，所以进行下一步的试验设计。,从上面的分析可以看出：1）分析各因子对响应的显著性，筛选出C,D,E 为影响焊接缺陷的显著因子2）各个因子显著性排队，对所有的交互作用进行分析,经典试验在波峰焊中应用实例,响应曲面设计表：,经典试验在波峰焊中应用实例,响应曲面回归:缺陷 与区组,浸锡时间,压波高度,焊接温度 Y=-1253.98-13.12*C+137.66
13、*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,拟合出质量特性和影响因素间的函数关系,经典试验在波峰焊中应用实例,经典试验在波峰焊中应用实例,经典试验在波峰焊中应用实例,桥连,浸锡时间,压波高度,锡炉温度,由DOE试验可得：,经典实验设计,初始：桥连84个 调整后：桥连11个,桥连形成的机理示意图,Fw润湿力；P 附加内压，P=f/R；f 表面张力；R曲率半径。,桥连原理图,经典实验设计,谢 谢！,史建卫联系方式：0755-27330313-666电子邮件：sjw191957_博客地址：http:/,从部分要因实验与正交
14、设计法的实验选点规律不难看出，对于2水平的实验选点，部分要因实验与正交设计类似，符合哈达马（Hadamard）矩阵的规律；但对于3水平的实验选点，正交设计可采取正交拉丁方构造实验表，具有均衡分散、综合可比的特点，实验次数仅为水平值的平方；而对于化工行业设计中常遇到的更高水平值的实验选点，目前可以使用我国方开泰教授等人创造的均匀设计法来构造实验表，实验次数可以进一步降低为水平值。然而凡事有利必有弊，3水平正交设计涉及到主效应的部分别名是二因子交互作用，当其中一些交互作用很大时，可能会导致实验结果分析的失败；尽管因子实验选点较正交设计多，但其考虑了因子之间的交互效应显得更加严密，因子实验采用方差分析以及绘制正态分位图法，以找出重要影响因素的作用规律，为进一步的响应曲面分析提供判定依据。,李 辉联系方式：0755-27330313-112电子邮件：.com,浸锡时间,浸锡深度,
