1、 降低降低BGABGA焊接焊接 空洞缺陷率空洞缺陷率客户：客户：xxxxxxxx黑带：黑带：xxxx倡导者：倡导者：xxxxxx指在元件底部以矩阵方式布置的焊锡球为引出端的面阵式封装集成电路。BGA器件大量用于手机板如：A100（3个BGA）、A300（3个BGA）、628（2个BGA）手机板手机板在在2003年年1月月18日举行的日举行的6SIGMA成果发布会上荣获成果发布会上荣获二等奖二等奖 Define(定义定义)：1、确定项目关键、确定项目关键 2、制订项目规划、制订项目规划 3、定义过程流程、定义过程流程 Measure(测量测量)：1、确定项目的关键质量特性确定项目的关键质量特性Y
2、 Y 2 2、定义、定义Y Y的绩效标准的绩效标准 3 3、验证、验证Y Y的测量系统的测量系统 Analyze(分析分析)：1、了解过程能力、了解过程能力 2、定义项目改进目标、定义项目改进目标 3、确定波动来源、确定波动来源 Improve(改进改进)：1、筛选潜在的根源、筛选潜在的根源 2、发现变量关系、发现变量关系 3、建立营运规范、建立营运规范 Control(控制控制)：1、验证输入变量的测量系统、验证输入变量的测量系统 2、确定改进后的过程能力、确定改进后的过程能力 3、实施过程控制、实施过程控制1.1.定义定义2.2.测量测量3.3.分析分析4.4.改进改进5.5.控制控制DM
3、AIC公司生产线手机板客户投诉客户投诉：手机事业部投诉，公司手机事业部投诉，公司加工的手机板中加工的手机板中BGABGA焊接质焊接质量不好，返工量比较大，量不好，返工量比较大，而在其它公司加工的而在其它公司加工的BGABGA则则返工量极少。返工量极少。B24MAICD目前公司加工的手机板中目前公司加工的手机板中BGA的返修的返修率超过了率超过了1。具体分布如下图：。具体分布如下图：空洞所占比例最高为55.45%由于不是100检查，还有大量的焊接空洞问题未得到修复MAICDMAICD 可靠性低；可靠性低；生产效率低；生产效率低；合格率低；合格率低；返修成本高。返修成本高。焊接空洞过大的影响：焊接
4、空洞过大的影响：如图所示，空洞是焊接中出现的普遍的难以完全避免的现象，它归结于焊接过程中的焊料收缩、排气和残存的助焊剂。很小的焊接空洞不会对焊接性能产生明显的影响。可靠性低可靠性低由于无法对由于无法对BGA的焊接的焊接进行进行100检查，从而进检查，从而进行返工，还有大量的行返工，还有大量的BGA焊接空洞缺陷的手焊接空洞缺陷的手机发给用户，严重影响机发给用户，严重影响手机的使用可靠性。手机的使用可靠性。经检验，在BGA的回流焊中，焊点的空洞比例高达60，焊点空洞面积比有的超过20。MAICDA A100Motorola8088Nokia8210 随机抽随机抽MotorolaMotorola、N
5、okiaNokia和我公司和我公司5 5只手机进行检测，只手机进行检测，结果如下：结果如下：MotorolaBGAMotorolaBGA有空洞的焊球数占总焊球数的有空洞的焊球数占总焊球数的6%6%，NokiaNokia为为9%,9%,而且而且空洞的面积与焊球的面积比均在空洞的面积与焊球的面积比均在1010以内以内 。我公司在我公司在60%60%以上以上,空洞的面积与焊球的面积比有的超过空洞的面积与焊球的面积比有的超过2020。MAICD差距很大！差距很大！MAICD产品质量是手机实现跨越式发展的重产品质量是手机实现跨越式发展的重要支撑要支撑“2003年的上台阶年的上台阶(50亿发货任务亿发货任
6、务)及及2004年手机经营进入年手机经营进入一个新的境界才是我一个新的境界才是我们的阶段目标们的阶段目标。”总经理总经理必须提高必须提高产品质量！产品质量！根据前面的分析，为根据前面的分析，为提高手机单板的焊接提高手机单板的焊接质量，确定本项目的质量，确定本项目的关键（即关键（即CTQ-关键关键质量特性）为：质量特性）为：BGA焊接焊接空洞缺陷率空洞缺陷率MAICDSupplier 供应商Input输入Process过程Output输出Customer 客户仓储部焊接材料设备人员文件程序焊接好的BGA生产部返修线MAICDMAICD详见附件详见附件1 1 项目立项和成果评估报告项目立项和成果评
7、估报告网上立项、批准网上立项、批准业务聚焦（业务聚焦（Business case）提高手机产品质量，降低生产返修率，使顾客提高手机产品质量，降低生产返修率，使顾客更加满意；更加满意；直接收益直接收益100100万万/年以上（减少维修费）；年以上（减少维修费）；间接收益巨大：产品的可靠性提高，提升品牌间接收益巨大：产品的可靠性提高，提升品牌形象，增加市场竞争力，扩大市场份额增加营形象，增加市场竞争力，扩大市场份额增加营业收入。业收入。项目进度（项目进度（Project Plan）团队组成（团队组成（Team）目标确定（目标确定（Goal Statement）通过分析找出造成通过分析找出造成BGA
8、BGA焊接空洞的根本焊接空洞的根本原因；原因；将将BGABGA焊接空洞缺陷率焊接空洞缺陷率由由目前的目前的6363降降到到2020以下以下（见分析阶段目标确定）（见分析阶段目标确定）。项目范围（项目范围（Project Scope）针对手机产品；针对手机产品；涉及生产、工艺、质量等环节。涉及生产、工艺、质量等环节。问题陈述（问题陈述（Problem Statement）手机板手机板BGABGA的焊点的空洞比例高达的焊点的空洞比例高达6060 ；手机板手机板BGABGA焊焊点点空洞的面积比严重的超过空洞的面积比严重的超过2020；随着手机产品作为公司重点产品，销量越来随着手机产品作为公司重点产品
9、，销量越来越大，投诉越来越多。越大，投诉越来越多。xx 质量部质量部 项目策划、组织实施项目策划、组织实施xx 工艺部工艺部 项目实施项目实施xx 工艺部工艺部 工艺分析改进工艺分析改进xx 工艺部工艺部 工艺分析改进工艺分析改进xx 工艺部工艺部 工艺分析改进工艺分析改进 xx 质量部质量部 项目实施项目实施xx 生产部生产部 回流温度曲线调校回流温度曲线调校项目里程碑7/5-7/318/1-9/159/15-10/1510/15-11/3112/1-12/30定义测量分析改进控制MAICD1.1.定义定义2.2.测量测量3.3.分析分析4.4.改进改进5.5.控制控制DMAIC BGA焊接
10、空洞的缺陷率BGA焊接空洞的焊接空洞的缺陷数缺陷数BGA焊接空洞焊接空洞与焊球的与焊球的面积比平均值面积比平均值BGA焊接空洞焊接空洞与焊球的面积与焊球的面积比最大值比最大值在几个可能选择的关键质量特性在几个可能选择的关键质量特性Y中，这是比较好的一个！中，这是比较好的一个！优点可以作为连续数据进行处理，进行分析比离散数据用的数据少不足无法与焊接缺陷率对应 直接和BGA焊接空洞缺陷率，同时又可以作为连续数据处理。优点BGA焊接空洞与焊球的面积比平均值BGA焊接空洞与焊球的面积比最大值MAICD根据前面的分析，根据前面的分析，确定本项目的关键确定本项目的关键质量特性（即质量特性（即 Y）为：为：
11、BGA焊接空洞焊接空洞与焊球的面积比与焊球的面积比最大值最大值MAICDMAICD红色圈内为空洞面积黑色圈内为焊球面积（包括红圈内面积）空洞面积比空洞面积比空洞面积空洞面积焊球面积焊球面积BGA焊接空洞与焊球的面积比最大（即焊接空洞与焊球的面积比最大（即Y）值值是一个是一个BGA所有焊点中所有焊点中空洞面积比空洞面积比的的最大值最大值空洞位置一级标准二级标准三级标准直径比60%直径比45%直径比30%面积比36%面积比20.25%面积比9%直径比50%直径比35%直径比20%面积比25%面积比12.25%面积比4%在球中间球与PCB界面公司标准：公司标准：结合结合IPCIPC标准制定空洞接受标
12、准：标准制定空洞接受标准：IPCIPC标准：标准：MAICD见公司标准，编号见公司标准，编号ZX.G.3275空洞空洞/焊球面积比超过焊球面积比超过10%10%即为空洞缺陷即为空洞缺陷每个每个BGABGA只要有一个焊球空洞缺陷，即为不合格。只要有一个焊球空洞缺陷，即为不合格。测量系统的型号：AXI-RAY测试仪 测量系统已校准测量值：焊点的空洞面积比单位：测量系统的重复性和再现性如何呢？MAICD让3个操作员对编号的12个BGA焊点面积分别作测量。操作员采用随机抽取焊点的方式测量焊点面积，3个作业员测量一次后，再重新对这些焊点进行编号测量，再由操作员随机在样品中取样测量，3个操作员第二次测量后
13、，再进行第三次测量。共获得108个数据。MAICD数据是交叉型的模型为：BGA焊接空洞面积比操作者焊点焊点*操作者误差树图树图空洞面积012345678110111223456789110111223456789110111223456789123焊点 within 操作员Variability 图图直观可以看出：操作者和测量次数之间的变差很小。MAICD操作员样品测量值（）操作员 样品测量值（）操作员 样品测 量 值（）112.8112.7112.7121.4121.4121.4134.2134.1134.1143.3143.3143.4154.2154.3154.2160.6160.616
14、0.7170.8170.8170.8184183.9184193.3193.2193.31103.21103.21103.11117.81117.81117.71122.31122.21122.3212.9212.8212.7221.5221.4221.4部分测量数据部分测量数据测量的数据结果方差分析结果：方差分析结果：PARETO图：图：从方差分析结果和PARETO图可以看出：焊点的变差占99.87%，测量次数之间的变差只占0.13%。MAICD30%GR&R10，测量系统有效MAICD详见附件详见附件3 AXI-RAY3 AXI-RAY测试仪的测量系统分析测试仪的测量系统分析MAICD分析
15、阶段分析阶段确定了项目的关键质量特性Y；定义了关键质量特性Y的绩效指标；测量系统满足要求。1.1.定义定义2.2.测量测量3.3.分析分析4.4.改进改进5.5.控制控制DMAICMAICD随机抽取正在生产的手机板100块，使用AXI-RAY测试仪检查每个BGA的焊点的空洞缺陷面积比，发现有63的BGA按照公司规定的标准为不合格。目前生产的手机板目前生产的手机板有有8种，由于种，由于A100板生产板生产量最大，选定项目量最大，选定项目的改进从的改进从A100手机板开始手机板开始每班随机抽取六块A100手机板，每块手机板上随机抽取一个BGA，共6个BGA进行测量，采用每个BGA中空洞面积最大的焊
16、点作为样本，抽取6班共36个数据。MAICD部分测量数据部分测量数据详见附件详见附件4-4-改进前改进前的过程能力分析的过程能力分析 W W检验结果不能拒绝是正态分布的假设检验结果不能拒绝是正态分布的假设 IRIR控制图中的检验无异常点，表明过程稳定控制图中的检验无异常点，表明过程稳定 MAICD数据分析数据分析 当前当前短期过程能力短期过程能力Cpk=-0.067，非常低，迫切需要改进。，非常低，迫切需要改进。过程能力指数过程能力指数MAICD目标描述：目标描述：从从20022002年年7 7月到月到20022002年年1212月，手月，手机板机板BGABGA焊接空洞焊接空洞不合格率降低到不
17、合格率降低到20%20%以下。以下。MAICD焊膏印刷焊膏印刷检查检查回流焊回流焊YS 印刷不良 YS 焊接空洞缺陷 XS 1)操作者技能 2)检验工艺规范 3）规范培训 4）X-Ray 检 测仪器 YS 焊接缺陷 XS 1)峰值温度 2)升温速率 3)预热段时间 4)回流段时间 5)冷却速率从过程流程图可知：影响从过程流程图可知：影响BGA焊接空洞缺陷的潜在因素有焊接空洞缺陷的潜在因素有31项项XS 1)钢网厚度 2）钢网开口尺寸 3）钢网开口形状 4）钢网脏污 5）焊膏粒子直径 6)焊膏解冻时间 7）焊膏搅拌时间 8)焊膏自动搅拌 9）焊膏手工搅拌 10）焊膏粘度 11)刮刀压力 12)刮
18、刀速度 13）刮刀质量 14）刮刀印刷行程 15）印刷环境 16）焊膏暴露时间XS 1）器件焊球不光滑凹坑2）焊球本身有空洞3）焊膏不同4）PCB焊盘中的通路孔设计5)PCB印制板焊盘脏污6）PCB焊盘电镀不良YS来料不良物料和设计物料和设计MAICD应用原因结果矩阵，找出影响应用原因结果矩阵，找出影响BGA焊接空洞的关键潜在因素焊接空洞的关键潜在因素12项项MAICD对客户的重要性评分33911234 输出物料和印刷准备待焊接的电路板焊接后的电路板经检验后的电路板总计输入1器件焊球不光滑凹坑81911092器件焊球本身有空洞6181943焊膏不同89711154PCB焊盘中的通路孔设计513
19、1465PCB印制板焊盘脏污6571976PCB焊盘电镀不良76711037钢网厚度7361858钢网开口形状5321439焊膏粒子直径35517010焊膏搅拌时间29618811焊膏手工搅拌15415512焊膏粘度44315213刮刀压力26416114刮刀速度26416115刮刀质量53214316刮刀印刷行程26315217印刷环境38517918焊膏暴露时间278110019钢网开口尺寸56316120钢网脏污65417021焊膏解冻时间 26416122焊膏自动搅拌25314923峰值温度22919424升温速率22515825保温时间 22919426回流段时间22919427冷却
20、速率22616728操作者技能11182329检验工艺规范11192430规范培训11172231X-Ray 检测仪器 111722通过通过FMEA：从：从12个因子中找出个因子中找出6项对项对BGA焊接空洞有潜在影响的因素焊接空洞有潜在影响的因素MAICD工序输入输入潜在的失潜在的失效模式效模式潜在的失潜在的失效影响效影响SEV潜在的失效原潜在的失效原因因OCC检测方法检测方法DETRPN器件焊球不光滑凹坑wetting慢空洞、裂缝4焊接时形成气泡4目检464焊球本身有空洞焊接后仍存在空洞空洞4空洞不能消除4目检580不同焊膏wetting慢、效果差空洞变大9未完全清除氧化物9操作者确认21
21、62PCB印制板焊盘脏污上锡不良虚焊、空洞8焊盘氧化、污物3目检372PCB焊盘电镀不良wetting慢、效果差虚焊、空洞8电镀针孔、氧化2目检464钢网厚度有机物未能彻底排出虚焊、空洞8印刷厚度太厚9操作者确认2144焊膏搅拌搅拌不合适 空洞、虚焊等6时间不合规范2操作者确认560环境湿度焊接易氧化空洞5湿度大5湿度仪检测375焊膏暴露时间 时间长各种缺陷包括空洞9焊接成分发生变化5操作者确认3135保温时间太短或太短 各种缺陷包括空洞6设置不当9机器自动检测2108回流时间太长各种缺陷包括空洞7设置不当9自动检测2126峰值温度太高各种缺陷包括空洞8设置不当8自动检测2128物料与设计回流
22、焊焊膏印刷详见附件详见附件2 2MAICDFMEA确定的主要潜在影响因子当前短期过程能力：当前短期过程能力：Cpk=-0.067确定了改进目标确定了改进目标引起引起BGA焊接空洞不良的潜在原因：焊接空洞不良的潜在原因：焊膏牌号焊膏牌号 焊膏暴露时间焊膏暴露时间 峰值温度峰值温度 回流时间回流时间 保温时间保温时间改进阶段改进阶段MAICD1.1.定义定义2.2.测量测量3.3.分析分析4.4.改进改进5.5.控制控制DMAICMAICD焊膏可供选择的有五种，为了确认这几种焊膏对焊接空洞的影响。使用多重比较试验，选择在目前的工艺条件下焊接空洞缺陷比较低的焊膏。这五种焊膏这五种焊膏焊接的焊接的BG
23、A，其空洞面积比其空洞面积比是否相同呢？是否相同呢？采用现有正常工艺条件，使用同一种钢网，保持温度曲线和焊膏暴露时间相同。使用A100手机板进行试验，每个手机板上三个BGA器件，取三个BGA的最大空洞面积与焊球面积比的最大值的平均值作为一个数据。焊膏比较实验：焊膏比较实验：H0：Y1=Y2=Y5 HA：有任意两个不等：有任意两个不等特征值：特征值：BGA焊接空洞面积比最大值焊接空洞面积比最大值单位：单位：试验结果如下表：试验结果如下表：MAICD详见附件详见附件5 5 焊膏选择的多重比较试验分析焊膏选择的多重比较试验分析正态性检验仅以仅以691A和和670i焊膏为例焊膏为例均为正态分布均为正态
24、分布MAICD独立性检验仅以仅以691A和和670i焊膏为例焊膏为例数据均是独立的数据均是独立的MAICD 方差相等方差相等方差相等性检验MAICD其他三种焊膏的其他三种焊膏的结果数据也都通过了结果数据也都通过了独立性和正态性检验独立性和正态性检验691A导致的空洞最大面导致的空洞最大面积比最小，积比最小，RP15次之。次之。MAICD焊膏比较试验结果焊膏比较试验结果691A与其它焊膏有显著差异 前面已经确定了焊膏使用两种：即691A和RP15通过FMEA确定的另外五个潜在影响因素为：焊膏暴露时间、回流时间、保温时间、峰值温度、钢网厚度。哪些是显著哪些是显著影响因子呢？影响因子呢？六六个因素个因素MAICD
