簡(jiǎn)述運(yùn)用田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法改善PCB板自動(dòng)焊接工藝

劉海印 周平金 許若芬

【摘 要】隨著工業(yè)化的進(jìn)程，在中國(guó)制造業(yè)正在逐步開(kāi)始自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)取代人工手工生產(chǎn)模式，在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，傳統(tǒng)工藝技術(shù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)無(wú)法解決自動(dòng)化生產(chǎn)中的問(wèn)題，必須運(yùn)用科學(xué)的、系統(tǒng)的方法來(lái)解決自動(dòng)化生產(chǎn)工藝中的問(wèn)題，而田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)就是其中一種科學(xué)系統(tǒng)的方法，它通過(guò)幾組不同條件的組合試驗(yàn)得出幾十組、幾百組甚至上千組試驗(yàn)才能得出的結(jié)論。加速了工藝改善的速度，為企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力，節(jié)約了制造過(guò)程的成本。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)焊接；田口試驗(yàn)；假焊；試驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN405 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0062-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.026

PCB板又叫印制電路板或者PCB線路板是電子元器件電氣連接的搭載體。PCB焊接部位主要是主要是用來(lái)連接線路導(dǎo)通的銅箔，銅箔周邊被綠油包圍著。綠油是一層隔絕銅箔的環(huán)氧樹(shù)脂，主要避免線路之間發(fā)生短路PCB板自動(dòng)焊接機(jī)是將焊錫絲（焊錫絲是用于連接焊接線路中相關(guān)部位的一種含有錫以及助燃劑松香的熔點(diǎn)較低的焊料）首先裁切成一定長(zhǎng)度的焊錫絲段，再通過(guò)烙鐵頭的高溫融化焊錫絲，焊錫自然流入到PCB板中需要焊接的銅箔和零件之間，再通過(guò)自然冷卻，快速凝固，將PCB線路板中需要連接的線路零件連接在一起。這里將介紹一下PCB線路板與電機(jī)定子銅線焊接在一起產(chǎn)生的缺陷的解決方法。自動(dòng)焊接機(jī)常見(jiàn)缺陷：假焊、未焊完全、針孔、錫珠等。（a）假焊：在焊接過(guò)程中焊點(diǎn)表面看上去焊接成功，但是焊點(diǎn)體積肥大，通常成球形，實(shí)際上焊接位置并沒(méi)有完全焊接在一起。（b）未焊完全：又稱做漏銅，即焊點(diǎn)位置的焊錫沒(méi)有將銅箔完全覆蓋，有一部分銅箔漏出來(lái)，這種缺陷的焊點(diǎn)強(qiáng)度較弱。（c）針孔：焊點(diǎn)表面有一個(gè)凹陷的孔穴。（d）錫珠：在焊接過(guò)程中，焊接用的焊錫有部分成球狀分布在焊點(diǎn)附近。

下面將介紹如何運(yùn)用田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法改善PCB線路板與電機(jī)定子銅線焊接假焊缺陷。假焊缺陷主要是由于在焊接過(guò)程中焊錫沒(méi)有充分融化或者焊錫充分融化后，但是沒(méi)有在焊錫填滿焊接孔即凝固，造成假焊現(xiàn)象。而影響焊接溫度的條件有很多，單純提高焊接溫度又會(huì)造成其他缺陷，比如焊接溫度過(guò)高，會(huì)使PCB板焊點(diǎn)周邊的綠油燒焦，PCB板上焊點(diǎn)周邊的銅箔浮起，甚至是焊點(diǎn)周邊的電子元件找到破壞。所以必須通過(guò)各種試驗(yàn)找到自動(dòng)焊接機(jī)焊接PCB板相關(guān)工藝條件的最佳組合，使各項(xiàng)條件達(dá)到平衡點(diǎn)，才能徹底改善假焊缺陷。通過(guò)田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以用最少的試驗(yàn)，最快的時(shí)間明確改善方案。下面就將進(jìn)行田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)是如何實(shí)際應(yīng)用改善自動(dòng)焊接機(jī)焊接PCB板的假焊缺陷的。

田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)是以日本田口玄一（田口玄一博士：出生于1924年，知名的統(tǒng)計(jì)學(xué)家與工程管理專家。從1950年代開(kāi)始，他創(chuàng)造了田口方法，為品質(zhì)工程的奠基者）提出的穩(wěn)健性參數(shù)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，通過(guò)正交試驗(yàn)（正交試驗(yàn)是用于研究多要素多水準(zhǔn)的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)要素和水準(zhǔn)的不同，有不同的正交試驗(yàn)表，通常有L9和L18正交表，L9正交表為3水準(zhǔn)4要素，可以通過(guò)9組試驗(yàn)推測(cè)出81種組合的結(jié)果，L18正交表為2水準(zhǔn)1要素3水準(zhǔn)7要素，可以通過(guò)18組試驗(yàn)推出出4374種組合的結(jié)果。本文敘述的是L9正交表試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法），明確影響產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的控制要素，在多項(xiàng)控制要素中找出最優(yōu)的工藝參數(shù)，最終到達(dá)生產(chǎn)工藝最佳化。

具體的田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用：

1 明確試驗(yàn)樣品的評(píng)判方法及基準(zhǔn)

使用田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改善試驗(yàn)，試驗(yàn)樣品評(píng)判方法必須是量化評(píng)價(jià)，即用實(shí)際數(shù)值評(píng)判樣品的好壞。根據(jù)測(cè)試條件和評(píng)判合理性，最終選定焊接點(diǎn)正面焊錫的面積和焊接點(diǎn)背面焊錫的面積作為試驗(yàn)樣品的評(píng)判方法。

2 運(yùn)用FTA分析方法分析影響自動(dòng)焊接機(jī)出現(xiàn)假焊缺陷的可能因素

FTA：Fault Tree Analysis，故障樹(shù)分析又稱事故樹(shù)分析，是從一個(gè)可能的事故開(kāi)始，自上而下、層層的尋找頂事件的直接原因和間接原因事件，直到基本原因事件，并用邏輯圖把這些事件之間的邏輯關(guān)系表達(dá)出來(lái)。

明確烙鐵頭溫度、焊接時(shí)間、預(yù)熱時(shí)間、焊錫絲長(zhǎng)度、烙鐵頭清洗頻度、氮?dú)饬髁?、焊接后保溫時(shí)間、銅線焊接長(zhǎng)度、PCB板放置時(shí)間、銅線焊接時(shí)狀態(tài)、烙鐵頭內(nèi)徑、烙鐵頭結(jié)構(gòu)、烙鐵頭壓力、焊接后保溫時(shí)烙鐵頭與PCB板間隙、烙鐵頭焊接后離開(kāi)速度等為可能影響自動(dòng)焊接機(jī)出現(xiàn)假焊缺陷的因素。

3 診斷試驗(yàn)

3.1 噪音因子驗(yàn)證

所謂噪音因子：即在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)法控制的因子，這類因子因?yàn)槭盏江h(huán)境、成本、工藝技術(shù)水平的限制，無(wú)法做到理想狀態(tài)，或是由于自然規(guī)律不可抗拒。

根據(jù)FTA分析結(jié)果，將PCB板放置時(shí)間、銅線焊接時(shí)狀態(tài)、烙鐵頭內(nèi)徑、烙鐵頭結(jié)構(gòu)作為噪音因子。

1、2分別代表試驗(yàn)的參數(shù)或結(jié)構(gòu)

N1：噪音因子的理想狀態(tài)；N2：噪音因子的最惡狀態(tài)

進(jìn)行下述兩組試驗(yàn)：

a.自動(dòng)焊接機(jī)現(xiàn)狀設(shè)定條件+N1

b.自動(dòng)焊接機(jī)現(xiàn)狀設(shè)定條件+N2

驗(yàn)證噪音因子的效果，結(jié)論：PCB板放置時(shí)間、銅線焊接時(shí)狀態(tài)、烙鐵頭內(nèi)徑作為噪音因子。

1.2 可控因子驗(yàn)證：

（1）設(shè)定2組改善案：

a：烙鐵頭溫度、b：焊接時(shí)間、c：預(yù)熱時(shí)間、d：焊錫絲長(zhǎng)度、e：烙鐵頭清洗頻度、f：氮?dú)饬髁?、g：烙鐵頭壓力、h：銅線焊接長(zhǎng)度、i：焊接后保溫時(shí)間、j：焊接后保溫時(shí)烙鐵頭與PCB板間隙、k：烙鐵頭焊接后離開(kāi)速度

（2）進(jìn)行下列組合的4組試驗(yàn)：

（3）驗(yàn)證結(jié)果：選取烙鐵頭溫度、焊接時(shí)間、預(yù)熱時(shí)間、焊錫絲長(zhǎng)度、烙鐵頭清洗頻度、氮?dú)饬髁俊⒑附雍蟊３謺r(shí)間、銅線焊接長(zhǎng)度作為最終可控因子。

4 正交試驗(yàn)

將可控因子、噪音因子按照L9正交試驗(yàn)表進(jìn)行試驗(yàn)條件設(shè)定

1、3代表改善條件、2代表現(xiàn)狀條件

以上述正交試驗(yàn)表的10組條件分別和噪音因子N1、N2組成20組條件，進(jìn)行檢證試驗(yàn)。再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果算出每組試驗(yàn)的信噪比、均值

根據(jù)信噪比和靈敏度編寫(xiě)要因效果圖，最終判斷下列條件為最佳條件：

5 確認(rèn)試驗(yàn)

按照上述正交試驗(yàn)得出的最佳條件和噪音因子N1、N2組成2組條件，進(jìn)行確認(rèn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果：進(jìn)行了1000臺(tái)的試生產(chǎn)沒(méi)有發(fā)生假焊缺陷不良。

6 總結(jié)

通過(guò)田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行正交試驗(yàn)得出最佳的自動(dòng)焊接工藝條件，在烙鐵頭溫度不能無(wú)限增加的前提下，延長(zhǎng)焊接時(shí)間、增加預(yù)熱時(shí)間可以保證焊接溫度保持一定合理安全的時(shí)間，增加烙鐵頭清洗頻度，設(shè)定適量的氮?dú)饬髁?，可以減少焊接時(shí)產(chǎn)生的異物對(duì)溫度的影響。

合理的焊錫絲長(zhǎng)度使焊接孔位置有足夠的焊錫填滿。適當(dāng)?shù)你~線焊接長(zhǎng)度可以使焊錫絲在焊接時(shí)，烙鐵頭更加充分的融化。在運(yùn)用田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法改善PCB板自動(dòng)焊接工藝中，還是總結(jié)了一些田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的使用技巧。（1）在使用田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法之前，我們一定要對(duì)所要改善的工藝進(jìn)行充分的要因分析，做到所有影響要素都完全被我們識(shí)別發(fā)現(xiàn)，這是非常重要的一點(diǎn)，要因識(shí)別是否充分，直接影響正交試驗(yàn)的成功與否，如果要因識(shí)別有所遺漏，那么可能工藝但時(shí)間有所改善，但是長(zhǎng)期生產(chǎn)后，問(wèn)題還是會(huì)出現(xiàn)。為防止要因識(shí)別有所遺漏，運(yùn)用FTA分析進(jìn)行要因分析是非常好的方法。（2）試驗(yàn)實(shí)施后的評(píng)價(jià)方法也是很重要的，評(píng)價(jià)方法必須是有量化的數(shù)字結(jié)果，這樣才能比較出各組正交試驗(yàn)的差異，便于鎖定追加條件，另外，評(píng)價(jià)方法的合理性、可操作性也要考慮。（3）整個(gè)工藝改善試驗(yàn)要逐步完成，尤其如果1次診斷試驗(yàn)沒(méi)有實(shí)施充分，就要進(jìn)行第2次、第3次診斷試驗(yàn)，只有診斷試驗(yàn)進(jìn)行充分了，后續(xù)正交試驗(yàn)才更容易實(shí)施。

【參考文獻(xiàn)】

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