Profile最佳化分析及.docx
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Profile最佳化分析及最佳化分析及Created:
June8,1998Printed:
January26,2000SMTThermalProfile最佳化分析及变量设计第一阶段:
实验前数据搜集及变量分析实验目的:
决定SMT制程之最佳ThermalProfile。
制程现况:
回焊炉规格:
总长3公尺,共有7个heater,第1个与第7个heater之间的距离为2.5公尺,每个heater间之距离相等回焊炉输送带速度:
70cm/min制程讨论:
HPsuggestionthermalprofileP1HeatupP2P3P4区域技术现象SolderPasteDrySolderReflowCoolDownHP斜率建议3/sMAX.(R1)0.5/sMAX.(R2)4.5/sTYP.(R3)-4.5/sTYP.(R4)-3/sMAX.(R5)斜率大小零件易受热冲击,易短路造成裂锡、脆化,焊点不漂亮且Open斜率小1.溶剂未完全挥发2.高温(183)时易产生锡球、溅锡造成结晶、表面粗劣时间太长助焊剂蒸发掉,吃锡(wetting)能力变差,易造成空焊温度太高会损坏零件时间太短易产生锡球温度太低锡部易溶解、空焊注意项目1.要领:
升温须缓慢2.升温至1301.目的:
活化助焊剂,去除氧化物,蒸发多余水分2.升温至170最高温最好在220,不能恒温,不然组件易漂移最好可调式实验细节:
1.质量评价方法与项目目检项目及其成因短路加热太短conveyor速度太快锡过多锡膏印刷偏移设计layout不良零件打偏裂锡冷却太快外力冲击空焊(灯蕊效应)原材焊锡性不良预热太久(吃锡能力变差)锡膏品质变差打零件时环境温、湿度之影响锡不足印刷条件不佳锡膏溅锡锡不熔温度不够助焊剂不足(可能为预热温度太高造成)conveyor速度太快仪器测量项目接着力-标准为可承受3牛顿之推力MDA结果-焊锡性好不好功能测试-完整功能检验2.实验之控制因子(其它因子如Heater温度设定,则配合达成控制因子之水平)FactorA:
抽风速度(冷却速度)Level1快Level2慢FactorB:
R1斜率(25升到130速度)【将溶剂去掉】Level12/sLevel23/sLevel34/sFactorC:
R3斜率(170升到220速度)【焊接机构】Level13/sLevel24/sLevel35/sFactorD:
P3最高温温度【焊接最佳】Level1210Level2220Level3230FactorE:
P2时间(130-170)【助焊剂活化】Level180sLevel290sLevel3100s3.实验之误差因子(noisefactor)生产密度-可利用空板为dummy材料,以控制生产密度,两水平1:
3,每个实验组合均生产4个产品4.实验材料-ES3508orES3008orFS508(约330mm*250mm),预计使用72片之材料(L1818组*4片/组=72片)5.与锡膏供货商(TAMURA)讨论之Profile温度曲线与可能之问题点,及参考HP,Intel等国内大厂之建议(1998/06/10)a.升温区:
升温速度应放慢,以免锡膏中之助焊剂成份急速软化,可预防预考前之流移,或锡膏倒塌短路.b.预烤区预烤之作用在于:
使助焊剂挥发物质成份完全发散去除氧化物及水份之蒸发作为急速加热之缓冲作用约加热至150170即可缓冲完毕活化助焊剂去掉氧化层c.正式加热区之升温180200焊锡会完全熔融温度若上升过于急速,温度分布难以均匀易发生墓碑效应和灯蕊效应及空焊现象d.正式加热区将零件之位移固定e.降温区依室温自然降温6.TAMURA锡膏质量对生产之影响:
不合格之可能原因可能造成之结果1.外观杂物、膏状不良、湿度(时间长,影响大)、温度(时间短,影响大)温度高、膏状松2.色调Flux浮在上面3.黏度温度高、黏度低(Flux溶剂挥发)Flux过多固体含量低预烤易有塌陷、桥接、产生锡球现象印刷性低、锡膏滚动(rolling)性、焊锡性(solderibility)不佳、零件边脚不易上锡或吃锡不良(尤其小零件,如:
QFP)4.扩展性原材零件、FLUX溶剂焊接性、边脚不易上锡.5.融熔性氧化(温度、湿度)、Flux太少或氧化锡不易熔化6.Flux溶剂过多易塌陷7.Cl(氯含量)加入太多易塌陷8.吃锡性活化剂功能消失,锡球氧化含水太Flux变质吃锡不良第二阶段:
实验变量直交表配置第一次实验配置:
参考HP建议实验共有5个因子,因子水平列于表一,分别为2水平因子1个,3水平因子4个,故使用L18(21x37)直交表表一:
第一次实验配置因子水平表因子抽风速度R1斜率R3斜率P3最高温温度P2时间Level1快2/s3/s21080sec.Level2慢3/s4/s22090sec.Level34/s5/s230100sec.每个实验组合均生产4个产品,生产密度为1:
3固定t3与t4间之时间为24秒实验配置列于表二第二次实验配置:
工研院梁顾问认为固定t3与t4间之时间不合理,见议应固定P3之时间长度且将R1下降T2减少与SMT课长廖荣金讨论后决定固定P3之时间为60秒以符合183以上时间约为50至60秒,200以上时间约为25至40秒实验配置列于表三表二:
第一次实验配置表实验配置时间预估(sec.)因子实验编号抽风速度R1斜率R3斜率P3最高温温度P2时间t1(130)t2(170)t3t4183以上时间200以上时间快2/s3/s21080sec.53133146(210)1704431快2/s4/s22090sec.53143155(220)1794837快2/s5/s230100sec.53153165(230)18952424快3/s3/s21090sec.35125138(210)1624431快3/s4/s220100sec.35135148(220)1724837快3/s5/s23080sec.35115127(230)1515242快4/s3/s22080sec.26106123(220)1475139快4/s4/s23090sec.26116131(230)1555544快4/s5/s210100sec.26126134(210)15840300慢2/s3/s230100sec.53153173(230)19758461慢2/s4/s21080sec.53133143(210)16742312慢2/s5/s22090sec.53143153(220)17746363慢3/s3/s220100sec.35135152(220)17651394慢3/s4/s23080sec.35115130(230)15455445慢3/s5/s21090sec.35125133(210)15740306慢4/s3/s23090sec.26116136(210)16058467慢4/s4/s210100sec.26126136(210)16042318慢4/s5/s22080sec.26106116(220)1404636表三:
第二次实验配置表实验配置时间预估(sec.)子验号风速度R1斜率R3斜率P3最高温温度P2时间t1(130)t2(170)t3t4t5183以上时间200以上时间2/s3/s21080sec.53133146(210)1779344312/s4/s22090sec.53143155(220)18320348372/s5/s230100sec.53153165(230)18921352423/s3/s21090sec.35125138(210)1698544313/s4/s220100sec.35135148(220)1759548373/s5/s23080sec.35115127(230)1517552424/s3/s22080sec.26106123(220)1466651394/s4/s23090sec.26116131(230)1527655444/s5/s210100sec.26126134(210)17086403002/s3/s230100sec.53153173(230)189213584612/s4/s21080sec.53133143(210)17793423122/s5/s22090sec.53143153(220)183203463633/s3/s220100sec.35135152(220)17595513943/s4/s23080sec.35115130(230)15175554453/s5/s21090sec.35125133(210)16985403064/s3/s23090sec.26116136(210)15276584674/s4/s210100sec.26126136(210)17086423184/s5/s22080sec.26106116(220)146664636第三阶段:
实验配置可行性检讨产线生产状态1.183以上之熔锡时间以45秒至80秒为佳,太长会造成零件烧坏2.SMT课之回焊炉并无冷却之设备或可控制风扇速度,因此产品必须在离开回焊炉后自行在室温下冷却,冷却速率约为-2.5/s3.依实验之设计,约在实验进行至170180秒时即将进入P3阶段,必须将conveyor速度设定为70cm/min4.Conveyor速度固定后,整个IRreflow制程的时间即被限制,因此约240250秒即可跑完IRreflow全程5.由于无冷却设备,R3之斜率不可过大,否则将违反183以上之熔锡时间为45秒至80秒之要求且仪器无法调整升温速度至3/s,所以改变R3从3、4、5/s下降为0.7、1.0及1.3/s6.发现R3升温速率与P3最高温度会互相影响(因P3时间为已知)结论:
1.制程conveyor速度可为70cm/min,以不影响产能为原则2.以工程角度删除P3最高之因子,改以控制183以上之熔锡时间长度,以减少实验之复杂度3.R3升温速率为3,4,5/秒,炉子无法达到改用0.7、1.0及1.3/s4.而且R1,2,3,4/秒可能太高,改用1.5、2.0、2.5/s5.实验因子列于表四,实验配置列于表五表四:
第三次实验配置因子水平表因子抽风速度R1斜率R3斜率183以上时间P2时间Level1快1.5/s0.7/s60sec.80sec.Level2慢2.0/s1.0/s70sec.90sec.Level32.5/s1.3/s80sec.100sec.表五:
第三次实验配置实验配置时间预估因子实验编号抽风速度R1斜率(/s)R3斜率(/s)183以上时间(sec.)P2时间(sec.)t1(sec.)(130)t2(sec.)(170)t5(sec.)(170)200以上时间(sec.)1快1.50.760807015234292快1.51709070160248463快1.51.38010070170265604快20.7609053143226295快217010053153241466快21.3808053133228607快2.50.7708042122216398快2.51809042132230569快2.51.360100421422174010慢1.50.780100701702744911慢1.516080701502283612慢1.51.37090701602455013慢20.770100531532463914慢218080531332315615慢21.36090531432184016慢2.50.78090421322364917慢2.5160100421422203618慢2.51.370804212220750第四段:
进行实验实验日期:
1998/07/10以表五所配置之直方表进行实验,每组实验以生产密度1:
3为杂音因子之方式生产4个产品,以单1个产品生产与3个产品连续生产方式实施判断质量好坏之检验项目外观检验以补焊记录排除非回焊炉因素计算不良PPM以望小特性吃锡性利用SONYUP-1200A之高倍显微镜影像检测系统以150倍之倍率放大拍摄PCB板上标示U1零件右上角4个焊点之照片(此处阴影最大)评判标准:
分A、B、C、D、E五个等级分别代表100、75、50、25、0分,分数越高吃锡性越好,要求实验品平均分配于每个等级,以拉大差异性由6位评判者评分,以平均分数作为该组产品之评分为望大特性功能测试包含MDA测试结果与初测结果以MDA与出测之总良率决定功能测试之优劣为望大特性根据田口实验计划法,将所有评分结果均转换为S/N比,以分析制程之最佳条件实验过程1.锡膏印刷2.锡膏印刷机3.锡膏印刷完成4.量测锡膏膜厚5.SMD放置零件6.完成放置零件7.回焊炉内部8.回焊炉内之风扇装置9.出回焊胪10.外观检验11.放大焊点12.拍摄吃锡性照片13.MDA测试14.MDA测试第五阶段:
实验结果分析实验结果:
1.外观检验:
实验界结果如表六表六:
外观检验结果实验编号Loading1(DPPM)Loading3(DPPM)100202003853011560740262042500601204710116723800909631028904821100120013001404821507231600170018002.吃锡性评分:
评分结果如表七表七:
吃锡性评分结果实验编号Loading1Loading3163172545435846417175385463342实验编号Loading1Loading37423382538942381063751154461275631371671467581550461663711750631854633.功能测试:
测试良率如表八表八:
功能测试结果实验编号Loading1(%)Loading3(%)1100100288100310095.834100100510093.33610095.007100100810095.83910080.951010095.83111001001210010013100100141001001510095.83161001001710010018100100分析S/N比反应图分析:
外观检验、吃锡性评分、功能检验之S/N比反应图分别为图一、图二、图三,根据反应图图一:
外观检验之S/N比反应图图二:
吃锡性评分之S/N比反应图图三:
功能测试S/N比反应图影响外观检验之显著因子为:
抽风速度、R1斜率、P2时间影响吃锡性评分之显著因子为:
抽风速度、183以上时间、P2时间影响功能检验良率之显著因子为:
抽风速度、R3斜率、P2时间由于吃锡性评分各评分结果差异甚大,其结果不列入考虑最佳因子水平之决定:
根据田口实验计划法S/N比越大越好,以显著因子决定最佳因子水平如表九,共有2组表九:
最佳因子水平抽风速度R1斜率(/s)R3斜率(/s)183以上时间(sec.)P2时间(sec.)慢2.50.77080以表九之最佳因子水平进行确认实验,以决定最终之最佳因子水平第六阶段:
确认实验预估最佳因子水平之S/N比:
最佳因子水平预估之S/N比抽风速度R1斜率(/s)R3斜率(/s)183以上时间(sec.)P2时间(sec.)外观检验功能检查慢2.50.7708067.9430.35确认实验结果:
以最佳因子水平再次进行实验,生产50个产品,结果如下:
实验结果S/N比外观检验不良率:
57.8ppm42.38功能检查良率:
98%16.90由确认实验结果得知:
确认实验之再现性不佳再现性不佳之原因:
可加性差.所选因子有强烈交互作用最佳条件所选之控制因子不足,可能遗漏其它即显著之因子因子水平距离太小,无法测得因子水平改变所造成之效果每组实验样本数过小,造成实验效果不准确,分析结果有误差
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