基于DOE的无铅波峰焊接工艺优化的研究

论文摘要

波峰焊接一直被公认为电子装联过程中焊接质量较难控制的生产过程。国内电子厂商在进行波峰焊生产时,往往通过生产经验及设备厂商提供的工艺参考数据来拟定波峰焊的生产工艺,这种拟定生产工艺的方法缺乏科学的验证和统计学的支撑,难以实现高的生产质量。DOE（design of experiment）是一种基于统计学的实验方法集合。它是优化产品和过程设计、降低生产成本、解决制造问题的有力工具。本文将它引入到无铅波峰焊的质量改进过程中,主要采用了DOE实验中的2种方法,即因析实验设计方法和响应曲面实验设计方法。采用因析实验设计方法对无铅波峰焊工艺进行了初步的研究。在元器件可焊性良好以及焊盘设计合理的情况下,采用6因素2水平的部分析因实验（2 IV 6-2）,以助焊剂量、预热温度、压波高度、浸锡时间、锡炉温度和轨道倾角做为实验因子,平均每块实验板的桥连和冷焊数目做为响应结果。结果表明桥连和冷焊是无铅波峰焊接中最主要的缺陷,其它缺陷出现率较少;在其它情况保证良好时,桥连的形成跟焊接工艺中的助焊剂量、浸锡时间和轨道倾角有很大关系,控制好这三个因素可以大大降低桥连的数量;同样地,对于冷焊来说,助焊剂量和浸锡时间是影响其形成的关键因素,要降低冷焊现象就要控制好这两个因素;最终,可以得到影响焊接质量的3个主要因素,即助焊剂量、浸锡时间和轨道倾角。根据因析实验的结果,采用响应曲面法中的中心组合实验对无铅波峰焊的焊接工艺进行优化。选择助焊剂量、浸锡时间和轨道倾角为研究对象,以波峰焊后的平均每块实验板的缺陷数（包括桥连、冷焊等缺陷）做为响应结果。通过中心组合设计实验,得到了波峰焊工艺与焊接平均缺陷的数学模型。通过对数学方程求解,可以得到优化后的无铅波峰焊工艺:助焊剂量为0.15g或者750μg/in2,预热温度为120℃,压波高度为0.8mm,浸锡时间为2.3s,锡炉温度为260°,轨道倾角为6.3°。经过生产实践证实,采用以上焊接工艺进行无铅波峰焊时,可将缺陷率控制在2000PPM左右。最后对无铅波峰焊工艺与其缺陷的关系进行了理论分析和探讨,为将来进一步的研究波峰焊的工艺提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 无铅波峰焊接技术
• 1.2.1 无铅波峰焊接的特点
• 1.2.2 无铅波峰焊工艺
• 1.2.3 无铅波峰焊的焊接缺陷
• 1.3 DOE在波峰焊工艺优化中的应用
• 1.4 课题的目的及主要研究内容
• 第2章 实验材料和研究方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验设备及材料
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 析因实验设计
• 2.3.2 响应曲面设计
• 第3章 无铅波峰焊工艺与缺陷关系的初步研究
• 3.1 引言
• 3.2 焊接工艺的选择
• 3.2.1 助焊剂的涂覆
• 3.2.2 预热温度
• 3.2.3 锡炉温度
• 3.2.4 压波高度
• 3.2.5 焊接时间
• 3.2.6 轨道倾角
• 3.3 DOE在波峰焊工艺研究中的应用
• 3.3.1 实验方法及步骤
• 3.3.2 桥连的实验数据分析
• 3.3.3 冷焊的实验数据分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 无铅波峰焊接工艺与缺陷的优化研究
• 4.1 引言
• 4.2 响应曲面设计法
• 4.2.1 单因素因子实验设计
• 4.2.2 响应曲面实验设计
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 实验结果
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 响应曲面的最优化结果
• 4.5 结果验证
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢