摘　要　統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制著重于生產(chǎn)過(guò)程的控制,是保證產(chǎn)品質(zhì)量、預(yù)防廢品產(chǎn)生的一種有效工具。本文介紹了再流焊工藝的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制。
關(guān)鍵詞　統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制　　再流焊　　產(chǎn)品質(zhì)量管理

Statistical Process Control of Reflow Soldering

Lü Qingxia
　　(Second Research Institute of Ministry of Electronics Industry)

Abstract　Statistical process control stresses control of manufacture process and is an effective tool of ensuring product quality and preventing waste product.The artical introduces statistical process control of reflow soldering.
Keywords　Statistical process control　　Reflow soldering　　Product quality management

    產(chǎn)品制造完成后，根據(jù)計(jì)劃和設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)最終產(chǎn)品是否符合規(guī)格要求，合格品通過(guò)，不合格品被剔出，防止它混入合格品，流出廠外。這樣的質(zhì)量管理辦法有兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題無(wú)法解決：一個(gè)是如何經(jīng)濟(jì)合理地確定標(biāo)準(zhǔn)，并有效地控制生產(chǎn)過(guò)程預(yù)防廢品的產(chǎn)生；另外一個(gè)問(wèn)題是，在破壞性檢驗(yàn)以及某些產(chǎn)品質(zhì)量特性不可能全檢的情況下，難以了解和保證產(chǎn)品質(zhì)量。在實(shí)際工作中存在的這些問(wèn)題要求在廢品產(chǎn)生之前，就能采取措施做到事先預(yù)防，同時(shí)要求提供科學(xué)的檢驗(yàn)方法，來(lái)解決破壞性檢驗(yàn)情況下的產(chǎn)品質(zhì)量保證問(wèn)題。

    統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制就是運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法這一手段，從產(chǎn)品(指原材料、零件、部件、半成品、產(chǎn)品等)質(zhì)量波動(dòng)中找出規(guī)律性，消除產(chǎn)生波動(dòng)的異常原因，使生產(chǎn)過(guò)程的每一環(huán)節(jié)控制在正常的比較理想的生產(chǎn)狀態(tài)，從而保證最經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出符合用戶要求的合格產(chǎn)品。這種統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制的方法，一方面應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)；另一方面，它著重于生產(chǎn)過(guò)程的控制，做到預(yù)防為主。

    本文介紹了再流焊工藝的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制。

    統(tǒng)計(jì)是客觀測(cè)量變量的工具，它的正確應(yīng)用是以正態(tài)隨機(jī)變量為前提。在生產(chǎn)中許多變量是正態(tài)隨機(jī)變量。如果子樣大小足夠大，并保證是隨機(jī)抽樣，那么對(duì)生產(chǎn)中大部分變量來(lái)說(shuō)這是正確的。根據(jù)中心極限原理，一批子樣30個(gè)足以呈現(xiàn)出正態(tài)分布。

    在再流焊工藝中，一個(gè)正態(tài)隨機(jī)變量是PCB傳送通過(guò)爐子時(shí)的溫度，這個(gè)溫度不總是一樣的，但它通常圍繞一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的值而群集。對(duì)它進(jìn)行統(tǒng)計(jì)有兩種方法：一種方法是測(cè)量通過(guò)爐子的每一塊板子的溫度，但這種方法往往有困難或者根本不可能辦到，是不切合實(shí)際且費(fèi)用昂貴；另一種方法是通過(guò)考察部分去掌握全體，當(dāng)然這時(shí)必須要求子樣大小足夠大，同時(shí)保證抽樣的隨機(jī)性，只有這樣溫度測(cè)試才是正確的，正態(tài)隨機(jī)分布才能顯現(xiàn)。通常測(cè)試板溫度絕大多數(shù)在平均溫度值附近。其標(biāo)準(zhǔn)偏差客觀地給出溫度遠(yuǎn)離平均值的離差。在正態(tài)隨機(jī)變量分布中，68％的測(cè)量值將落在平均值±1標(biāo)準(zhǔn)偏差之間。99.74％的測(cè)量值將落在±3標(biāo)準(zhǔn)偏差之間。

    1再流焊溫度曲線的監(jiān)控

    一個(gè)綜合的再流焊SPC程序?qū)⒈O(jiān)控所有引起焊接缺陷的變量。為了能客觀地檢測(cè)溫度曲線，需用統(tǒng)計(jì)的方法測(cè)量下列變量：峰值溫度、高于183℃的液化時(shí)間和溫度上升率等。這些變量是爐溫、負(fù)載、控制方式和傳送帶速度的函數(shù)。

    使用的再流焊爐是高純?cè)倭飨到y(tǒng)，經(jīng)過(guò)一個(gè)回流閉環(huán)循環(huán)后，用過(guò)的氣體通過(guò)入口排出。這樣流動(dòng)模式可使?fàn)t子免維修，同時(shí)消除了清洗過(guò)程對(duì)溫度曲線的影響。爐子采用了一個(gè)低熱容加熱元件，該元件對(duì)負(fù)載和溫度設(shè)定的變化反應(yīng)迅速。如果爐子溫度保持在±10℃的范圍內(nèi)，生產(chǎn)溫度就可保證在±2.5℃范圍內(nèi)，并且可重復(fù)。

    測(cè)試板的制備。將兩個(gè)熱電偶用環(huán)氧樹(shù)脂粘在FR-4板上，該板沒(méi)有銅層，因此導(dǎo)電通路被最小化在元件和板子表面之間。將一個(gè)標(biāo)號(hào)為1＃的K類熱電偶用環(huán)氧樹(shù)脂粘到板子表面，將一個(gè)標(biāo)號(hào)為2＃的熱電偶粘附在68針J形引線器件的底面。

    爐子負(fù)載模擬。采用兩個(gè)其它類型的板子：304.8mm×304.8mm×2.3mm鋁板和304.8mm×304.8mm×1.6mm黑鋼板。以往的測(cè)試已經(jīng)表明鋁板代表常用的大PCB，而黑鋼板代表極高密度組裝的大板子。負(fù)載系數(shù)用板子所占傳送帶空間與可占傳送帶空間比率的百分比來(lái)表示。例如：板子的長(zhǎng)度為304.8mm長(zhǎng)，傳送帶上板子之間的間距也為304.8mm長(zhǎng)，那么，負(fù)載系數(shù)為50％。

    當(dāng)爐子負(fù)載恒定不變時(shí)，PCB溫度曲線的控制比較容易，而當(dāng)負(fù)載不穩(wěn)定時(shí)，即板子的熱容量各不相同時(shí)，溫度曲線的控制很困難。不管怎樣，只有子樣是完全隨機(jī)的，生產(chǎn)工序也是盡可能隨機(jī)的，即在不同的日期內(nèi)由不同的操作者在隨機(jī)負(fù)載條件下進(jìn)行測(cè)量，統(tǒng)計(jì)子樣的結(jié)果才是唯一有效的，一批子樣至少需要30次測(cè)試。

    溫度曲線測(cè)量結(jié)果。從測(cè)量結(jié)果得出，所有熱電偶溫度曲線十分相近，幾乎是同樣的，所有峰值溫度滿足±2.5℃爐子的可重復(fù)性技術(shù)規(guī)范。這主要?dú)w功于控制系統(tǒng)的迅速響應(yīng)和傳送帶速度的良好控制。只要爐子和板子的類型不變，客觀統(tǒng)計(jì)的溫度曲線將保持一致。隨機(jī)測(cè)試的結(jié)果將不斷地添加到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，用以連續(xù)地監(jiān)視工藝過(guò)程。

    2工藝過(guò)程監(jiān)控步驟

    盡管監(jiān)控每一產(chǎn)品的再流溫度曲線是有效的，能提供準(zhǔn)確的工藝過(guò)程控制，但每一類板子都重復(fù)這樣的測(cè)試很明顯既昂貴又費(fèi)時(shí)。SPC法是對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，而不是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)工藝過(guò)程監(jiān)控有下列四個(gè)基本步驟：

    (1)確定控制變量。在任何對(duì)流再流焊爐中，板子的溫度都是加熱腔內(nèi)墻溫度及其輻射率、對(duì)流氣體溫度及其速度的函數(shù)。其它因素包括：傳送裝置速度、負(fù)載情況和爐子加電時(shí)間。

    (2)盡可能地減少變量。從先前的測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明，負(fù)載對(duì)溫度曲線的可重復(fù)性無(wú)影響。另外，爐子在準(zhǔn)備階段(甚至啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi))，溫度曲線也是可重復(fù)的。因此，對(duì)于爐子來(lái)說(shuō)，輻射體、負(fù)載和加熱時(shí)間等屬不需監(jiān)控的變量。

    (3)最后保留的幾個(gè)相關(guān)變量盡可能是機(jī)器設(shè)備參數(shù)。在測(cè)試爐子中，對(duì)流氣通過(guò)加熱元件的對(duì)流氣體被加熱，較高的對(duì)流量要求較大的加熱功率，以保證維持預(yù)先所設(shè)定的溫度值。

    (4)監(jiān)控所保留的參數(shù)。由于對(duì)流氣體的溫度與其流量和加熱元件的功率有關(guān)，因此，用壓力開(kāi)關(guān)監(jiān)控進(jìn)入爐子的對(duì)流氣體，如果發(fā)生氣體流量短缺或其它問(wèn)題，即引起報(bào)警，同時(shí)向SPC文件輸入這一數(shù)據(jù)。對(duì)加熱腔可簡(jiǎn)單地用熱電偶反饋來(lái)控制溫度，傳送裝置的速度用微處理器中的閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)控制，這樣就很容易地把三個(gè)參數(shù)溫度、加熱元件功率和傳送裝置速度寫到了SPC文件中。由于這些機(jī)器參數(shù)和板子溫度之間有著一定的相關(guān)性，因此使用統(tǒng)計(jì)分析可對(duì)爐子提供正確的工藝控制。

    統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)收集與分析軟件，可簡(jiǎn)化SPC法的工作量，軟件的第一個(gè)文件自動(dòng)地記錄日期和時(shí)間、產(chǎn)品的變化、報(bào)警情況、機(jī)器時(shí)間和生產(chǎn)量等。同時(shí)，第二個(gè)文件每10s記錄一次每個(gè)區(qū)域的傳送裝置速度、溫度和功率。一般這第二個(gè)文件數(shù)據(jù)是用戶友好格式的。與微軟的“Excel”百分之百兼容。

    軟件除了作為一個(gè)變量統(tǒng)計(jì)分析工具檢測(cè)再流焊爐的缺陷以外，也是一個(gè)診斷工具，可用來(lái)診斷是否爐子在正常狀態(tài)下操作。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以預(yù)防和解決工藝過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)減少停機(jī)時(shí)間。