摘　要　統計過程控制著重于生產過程的控制,是保證產品質量、預防廢品產生的一種有效工具。本文介紹了再流焊工藝的統計過程控制。
關鍵詞　統計過程控制　　再流焊　　產品質量管理

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

    產品制造完成后，根據計劃和設計的質量標準，檢驗最終產品是否符合規格要求，合格品通過，不合格品被剔出，防止它混入合格品，流出廠外。這樣的質量管理辦法有兩個實際問題無法解決：一個是如何經濟合理地確定標準，并有效地控制生產過程預防廢品的產生；另外一個問題是，在破壞性檢驗以及某些產品質量特性不可能全檢的情況下，難以了解和保證產品質量。在實際工作中存在的這些問題要求在廢品產生之前，就能采取措施做到事先預防，同時要求提供科學的檢驗方法，來解決破壞性檢驗情況下的產品質量保證問題。

    統計過程控制就是運用數理統計方法這一手段，從產品(指原材料、零件、部件、半成品、產品等)質量波動中找出規律性，消除產生波動的異常原因，使生產過程的每一環節控制在正常的比較理想的生產狀態，從而保證最經濟地生產出符合用戶要求的合格產品。這種統計過程控制的方法，一方面應用數理統計技術；另一方面，它著重于生產過程的控制，做到預防為主。

    本文介紹了再流焊工藝的統計過程控制。

    統計是客觀測量變量的工具，它的正確應用是以正態隨機變量為前提。在生產中許多變量是正態隨機變量。如果子樣大小足夠大，并保證是隨機抽樣，那么對生產中大部分變量來說這是正確的。根據中心極限原理，一批子樣30個足以呈現出正態分布。

    在再流焊工藝中，一個正態隨機變量是PCB傳送通過爐子時的溫度，這個溫度不總是一樣的，但它通常圍繞一個經常發生的值而群集。對它進行統計有兩種方法：一種方法是測量通過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，是不切合實際且費用昂貴；另一種方法是通過考察部分去掌握全體，當然這時必須要求子樣大小足夠大，同時保證抽樣的隨機性，只有這樣溫度測試才是正確的，正態隨機分布才能顯現。通常測試板溫度絕大多數在平均溫度值附近。其標準偏差客觀地給出溫度遠離平均值的離差。在正態隨機變量分布中，68％的測量值將落在平均值±1標準偏差之間。99.74％的測量值將落在±3標準偏差之間。

    1再流焊溫度曲線的監控

    一個綜合的再流焊SPC程序將監控所有引起焊接缺陷的變量。為了能客觀地檢測溫度曲線，需用統計的方法測量下列變量：峰值溫度、高于183℃的液化時間和溫度上升率等。這些變量是爐溫、負載、控制方式和傳送帶速度的函數。

    使用的再流焊爐是高純再流系統，經過一個回流閉環循環后，用過的氣體通過入口排出。這樣流動模式可使爐子免維修，同時消除了清洗過程對溫度曲線的影響。爐子采用了一個低熱容加熱元件，該元件對負載和溫度設定的變化反應迅速。如果爐子溫度保持在±10℃的范圍內，生產溫度就可保證在±2.5℃范圍內，并且可重復。

    測試板的制備。將兩個熱電偶用環氧樹脂粘在FR-4板上，該板沒有銅層，因此導電通路被最小化在元件和板子表面之間。將一個標號為1＃的K類熱電偶用環氧樹脂粘到板子表面，將一個標號為2＃的熱電偶粘附在68針J形引線器件的底面。

    爐子負載模擬。采用兩個其它類型的板子：304.8mm×304.8mm×2.3mm鋁板和304.8mm×304.8mm×1.6mm黑鋼板。以往的測試已經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。負載系數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表示。例如：板子的長度為304.8mm長，傳送帶上板子之間的間距也為304.8mm長，那么，負載系數為50％。

    當爐子負載恒定不變時，PCB溫度曲線的控制比較容易，而當負載不穩定時，即板子的熱容量各不相同時，溫度曲線的控制很困難。不管怎樣，只有子樣是完全隨機的，生產工序也是盡可能隨機的，即在不同的日期內由不同的操作者在隨機負載條件下進行測量，統計子樣的結果才是唯一有效的，一批子樣至少需要30次測試。

    溫度曲線測量結果。從測量結果得出，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℃爐子的可重復性技術規范。這主要歸功于控制系統的迅速響應和傳送帶速度的良好控制。只要爐子和板子的類型不變，客觀統計的溫度曲線將保持一致。隨機測試的結果將不斷地添加到統計數據庫中，用以連續地監視工藝過程。

    2工藝過程監控步驟

    盡管監控每一產品的再流溫度曲線是有效的，能提供準確的工藝過程控制，但每一類板子都重復這樣的測試很明顯既昂貴又費時。SPC法是對工藝過程進行監控，而不是對產品進行監控。對工藝過程監控有下列四個基本步驟：

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

    (2)盡可能地減少變量。從先前的測試統計結果證明，負載對溫度曲線的可重復性無影響。另外，爐子在準備階段(甚至啟動后短時間內)，溫度曲線也是可重復的。因此，對于爐子來說，輻射體、負載和加熱時間等屬不需監控的變量。

    (3)最后保留的幾個相關變量盡可能是機器設備參數。在測試爐子中，對流氣通過加熱元件的對流氣體被加熱，較高的對流量要求較大的加熱功率，以保證維持預先所設定的溫度值。

    (4)監控所保留的參數。由于對流氣體的溫度與其流量和加熱元件的功率有關，因此，用壓力開關監控進入爐子的對流氣體，如果發生氣體流量短缺或其它問題，即引起報警，同時向SPC文件輸入這一數據。對加熱腔可簡單地用熱電偶反饋來控制溫度，傳送裝置的速度用微處理器中的閉環控制系統來控制，這樣就很容易地把三個參數溫度、加熱元件功率和傳送裝置速度寫到了SPC文件中。由于這些機器參數和板子溫度之間有著一定的相關性，因此使用統計分析可對爐子提供正確的工藝控制。

    統計數據自動收集與分析軟件，可簡化SPC法的工作量，軟件的第一個文件自動地記錄日期和時間、產品的變化、報警情況、機器時間和生產量等。同時，第二個文件每10s記錄一次每個區域的傳送裝置速度、溫度和功率。一般這第二個文件數據是用戶友好格式的。與微軟的“Excel”百分之百兼容。

    軟件除了作為一個變量統計分析工具檢測再流焊爐的缺陷以外，也是一個診斷工具，可用來診斷是否爐子在正常狀態下操作。通過與標準的數據進行比較，可以預防和解決工藝過程中可能出現的問題，同時減少停機時間。