劉海印 周平金 許若芬

【摘 要】隨著工業(yè)化的進(jìn)程，在中國制造業(yè)正在逐步開始自動(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)換過程中，傳統(tǒng)工藝技術(shù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)無法解決自動(dòng)化生產(chǎn)中的問題，必須運(yùn)用科學(xué)的、系統(tǒng)的方法來解決自動(dòng)化生產(chǎn)工藝中的問題，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： TN405 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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）首先裁切成一定長度的焊錫絲段，再通過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)常見缺陷：假焊、未焊完全、針孔、錫珠等。（a）假焊：在焊接過程中焊點(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)位置的焊錫沒有將銅箔完全覆蓋，有一部分銅箔漏出來，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程中焊錫沒有充分融化或者焊錫充分融化后，但是沒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9組試驗(yàn)推測出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)樣品評判方法必須是量化評價(jià)，即用實(shí)際數(shù)值評判樣品的好壞。根據(jù)測試條件和評判合理性，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，故障樹分析又稱事故樹分析，是從一個(gè)可能的事故開始，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。

明確烙鐵頭溫度、焊接時(shí)間、預(yù)熱時(shí)間、焊錫絲長度、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)過程中，無法控制的因子，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、焊錫絲長度、烙鐵頭清洗頻度、氮?dú)饬髁?、焊接后保持時(shí)間、銅線焊接長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臺的試生產(chǎn)沒有發(fā)生假焊缺陷不良。

6 總結(jié)

通過田口試驗(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限增加的前提下，延長焊接時(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)生的異物對溫度的影響。

合理的焊錫絲長度使焊接孔位置有足夠的焊錫填滿。適當(dāng)?shù)你~線焊接長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別發(fā)現(xiàn)，這是非常重要的一點(diǎn)，要因識別是否充分，直接影響正交試驗(yàn)的成功與否，如果要因識別有所遺漏，那么可能工藝但時(shí)間有所改善，但是長期生產(chǎn)后，問題還是會(huì)出現(xiàn)。為防止要因識別有所遺漏，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)施后的評價(jià)方法也是很重要的，評價(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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[2]甲斐野真次.QSD實(shí)踐學(xué)校教材.松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社，2006.