使用SPC改进再流焊工艺过程

1.           引 言

一项用于SMT再流焊工艺过程可靠的统计过程控制（SPC）计划能建立对焊炉的监控，而且能在过程偏差影响PCB焊接质量之前，及时发现解决。SPC计划使得操作者能容易捕捉数据监控及检验工艺过程。使用前文叙述的分析工具,在生产过程中每次发生的变化或中断数据可采集到。分析工具能检验焊炉性能，帮助建立含有最常见变量控制图表的数据库。这些图表能显示焊炉工作状态是否稳定，焊炉的参数是否偏移，在问题一开始，操作者就能及时捕捉到和纠正任何超出控制状态的隐患。

当这些数据下载到焊炉计算机，数据页面呈显在监视器的屏幕上，列示所有焊炉的参数。数据页面将采集的数据与设备的标准性能指标进行比较，如；上标准界限（USL），下标准界限（LSL）。如果数据在予先确定的标准界限内，则所有数据呈黑色，可决定焊炉处于稳定状态，准备PCB再流焊加工。

但是当数据超过USL上标准界限，这些数据呈红色，而当数据低于LSL下标准界限这些数据程兰色。操作者在屏幕上读到红色或兰色数据时，焊炉的工作状态发生偏离，必须针对问题原因进行纠正。或者，对数据进行分析，判断工艺参数的偏移会对PCB焊接质量造成的影响。

2.           再流焊SPC计划

在SPC计划中，分析工具的使用有两个方面；第一，确认由技术资料所规定的焊炉优选工作条件；焊炉温度曲线图，第二，取代PCB热偶测试，按照技术文件重新评价焊炉的性能；PCB温度曲线图。

在SPC计划实施前，焊炉状态必须稳定。PCB温度曲线仿真器用于建立一个已知可靠的焊炉温度曲线图；优化焊炉温度设置。下一步分析工具采集及存贮数据库中再流焊温度曲线的焊炉性能参数。

这种方法制订新PCB的再流焊工艺。对每一台焊炉或各种规格PCB，可作独立的折叠式图，或通过筛滤PCB名称，焊膏类型，再流条件及其他标准等创建一项单独的数据库。

过程监测的建立及计划是由各个工厂与用户计算机savvy的工艺技术及质量标准来决定。为减少相互的干扰，建立数据文件最方便的方法是给每一台焊炉，每一种PCB建立一个数据库，在可能的情况下，附上原始技术资料。

各种型号及各种系列号之间，焊炉的性能相当一致与均匀，但仍然存在一些变化。在一个工厂中，有多台焊炉，每台的性能数据应列在各自的数据库内。

3．PCB再流焊温度曲线/焊炉温度曲线

PCB再流焊曲线仿真器与分析工具间可能有一些小的干扰。大多数情况，PCB再流焊工艺仿真器不用于采集及把PCB数据直接输入给SPC计划，因为如果工艺过程不合格或波动。则从过程采集的全部数据是无用的。

例如；一台超出控制的焊炉，仍然能免强地调节与PCB的再流焊工艺相配合，但其存在的问题并没解决。所以从PCB得到再流焊温度及以后建立的再流焊工艺都不是真正的焊炉实际工作参数。建立理想的PCB再流焊工艺，SMT整线再流焊过程及制订强有力的SPC计划，PCB再流焊仿真器与分析工具这两项都是必需的。

PCB再流焊仿真器提供用户创建及采集各种PCB独立的再流焊工艺，但不能对焊炉基本性能进行连续分析的数据输入数据库。

相比之下，分析工具提供用户收集焊炉信息，监控焊炉的性能。

分析工具也可用作PCB再流焊仿真器的帮手。一旦PCB再流焊仿真的概念产生，分析工具通过焊炉炉道，产生PCB优化的再流焊工艺过程。这项经优化的再流焊工艺被存贮，成为PCB再流焊的基本工艺曲线。

PCB安装再流焊仿真器探头，仅仅经受5-7次加热过程，在PCB基材发生损坏前，过程引入了一些变化。而分析工具可承受焊炉监验多次采集数据，不会造成损坏。也可省略重复再流焊工艺PCB新试样测试需要花费的时间。

再流焊分析工具在再流焊过程控制中，收集的大部份数据类似统计数据；操作者使用分析工具的频次越高，则对整个过程的控制越可靠。

多次已知好的过程总体取样数据需要对焊炉有一个基本量化值，因为每次再流过程都有一些变化，或固有的不稳定。在过程的超高或超低，过程总体取样数据可用来进行更改。在创建控制图，比较从各种PCB，予优化焊炉性能及过程得到的数据。

焊炉性能优化，收集到过程总体取样数据后，下一步是建立各个PCB的上下标准界限。标准界限与控制界限不同。控制界限用来更换焊炉上/下性能的能力。而标准界限是用户定义各个PCB的过程参数界限。

当具有了过程总体取样数据，常规的PCB再流焊过程的公差可以计算得到；用户定义的数据值，加上或减去达到PCB可接受焊接质量的数据值。这样实现再流焊工艺的可靠性变得特别容易。

当样本数量大小等于或小于10，使用X-bar/R-bar图。采集的数据可在几个小时内完成。在较长时间仅一个样本采集数据，通常使用X-bar移动范围图。

分析工具内置传感器记录传送带速度，过程变化增量，每个加温区PCB持留时间。自动将这些测量数据存入数据库，建立相应的控制图。软件自动取出全部数据到选定的控制图。每次再流焊操作被粘贴到控制界限内，并比较原来的数据。数据图表和分析简单明了，便于使用者判断评价。

4．再流焊现场SPC计划

通常，分析工具程序以规定的时间间隔收集数据，最初，分析工具多次通过焊炉炉道，当已知好的过程总体取样数据收集后，正常的过程变化被粘贴上，但到每发生偏移或新PCB再流焊工艺输入时，分析工具通过焊炉炉道的频次将减少。

在焊炉的基本变量建立后，过程参数的评价及调整可在一个基本线上进行。过程中的变化有助于决定评价及调整的频次。

表 1，表 2用于任何再流焊工艺过程的制订SPC计划。表 1用于常规可加工情况。表 2 ，按照与再流焊有关的一些重要项目，确定过程检验的频次。

这些表格并不意味是一个十分完美的解决方法，而是建立可靠稳定的再流焊工艺过程的开始。

最后整个系统必须正确运作，能鉴别对工艺文件的偏移，有目的地在最需要的地方进行调查研究。

5．结 论

将SPC计划融入整个SMT生产的质量控制系统的最重要理由是消除再流焊作为SMT缺陷问题的根源。收集的PCB数据能与其他PCB再流焊工艺连系，为各种批量的PCB加工，建立SMT整线的质量保证系统。如果缺陷率的上升与PCB批量有关，SPC的焊炉/PCB数据有助于判别造成缺陷的原因是什么？焊膏？ PCB再流焊工艺？焊炉性能参数？

如果再流焊过程是稳定的，这将导引工程师检查其他可能的原因，如；购买焊膏的批次，器件或其他因素。例如；也许焊膏印刷位置没对准，足以造成在PCB再流焊时被忽视的问题；器件返工及加工硬化降低使用寿命。分析工具提供对这些问题的跟踪。

使用连续数据分析可保证一个稳定的再流焊过程，展示进行中的再流焊过程，在产生质/量成本问题之前，能及时排除隐患。实施中的SPC，使用分析工具检验再流焊炉是非常稳定的，含有分析工具软件的SPC数据库检验工艺稳定数据保存在文件内。本系统的优点有；减少返工，降低制造成本，提高质量，高产能，增加焊炉使用时间。

表 1  简捷方便的SPC计划

1．      根据PCB加工成本及工艺过程窗口的标准，详见图2所示