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樹德科技大學經營管理研究所 碩士論文 迴焊溫度曲線最佳化 研究生:姚威良撰 指導教授:蔡聰男 中華民國 九十九 年六月

etds.stu.edu.tw...迴焊溫度曲線最佳化. Optimization of Solder Paste reflow Process 研究生:姚威良 指導教授:蔡聰男 博士 樹德科技大學 經營管理研究所

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  • 樹德科技大學經營管理研究所

    碩士論文

    迴焊溫度曲線最佳化

    研究生:姚威良撰

    指導教授:蔡聰男

    中華民國 九十九 年 六 月

  • 迴焊溫度曲線最佳化

    Optimization of Solder Paste reflow Process

    研究生:姚威良

    指導教授:蔡聰男 博士

    樹德科技大學

    經營管理研究所

    碩士論文

    A Thesis

    Submitted to

    Graduate School of Business and Administration

    Shu-Te University

    In Partial Fulfillment of the Requirements

    For the Degree of

    Master of Business and Administration

    June 2010

    中華民國九十九年六月

  • i

    樹德科技大學經營管理研究所

    學生:姚威良 指導教授:蔡聰男 博士

    迴焊溫度曲線最佳化

    摘要

    表面黏著(Surface Mount Technology, SMT)自動化生產技術之發展日趨完善,

    近乎所有消費性電子產品皆須藉由 SMT 生產技術而產出,SMT 製程包含三個連

    續製造程序,(i)錫膏印刷(Stencil printing)、(ii)零件黏貼(Component placement)、及

    (iii)迴焊(Solder reflow)。其中迴焊為直接影響焊接品質之重要製程,迴焊過程中,

    藉由控制迴焊爐溫度曲線,使錫膏熔融後連接電子元件與 PCB 進而形成焊點,迴

    焊溫度曲線控制是否得當影響焊點結構與其可靠度,今迴焊作業的輸入/輸出變數

    間關係仍尚未被完全理解。鑒於目前業界對迴焊製程參數組合並無一個最佳化標

    準可依循,於新產品生產或進行產品線更換作業時,根據工程師之實務經驗採取

    試誤法找尋最佳化迴焊溫度曲線,本研究重點於如何取得迴焊溫度曲線最佳參數,

    根據文獻及專家建議之輸出值與輸入值作為參數設定之關鍵,並配合實驗設計資

    料,作為實驗樣本,運用反應曲面與非線性規劃找尋最佳迴焊參數組合,找出最

    佳溫度曲線,使製程工程師可經由迴焊製程最佳參數,用以快速執行與管控迴焊

    製程。

    關鍵字:迴焊製程、反應曲面、非線性規劃

  • ii

    Institute of Business and Administration Shu-Te University

    Optimization of Solder Paste reflow Process

    Student:Yao Wei Liang Advisors:Dr. Tsung Nan Tsai

    ABSTRACT

    Surface mount technology (SMT) is the most dominant means to produce the 3C

    electronic products. The SMT assembly includes three main steps: (1) stencil printing;

    (2) component placement; and (3) solder reflow. The solder reflow is one of the most

    important processes in SMT assembly which controls the reflow temperature profile,

    melting solder paste to form solder joints of electronic components and PCB during

    solder reflow. The structure of solder joint and its reliability are significantly affected by

    a reflow temperature profile. The relationships of reflowing inputs and responses still

    not yet fully understood. Generally, if the reflow temperature profile does not meet the

    demand for product configuration, it will lead to the phenomenon of poor welding parts.

    There is no universally accepted parameter sets for solder reflow process, so that,

    the engineers usually employ a trial-and-error approach to obtain acceptable

    solderability before production launch. Therefore, two optimization methods are

    proposed to derive the optimal parameters of the reflow temperature profiles. Firstly, an

    experimental design is conducted to collect the data that used in response surface

    method (RSM) and nonlinear programming.

  • iii

    Keyword : Solder Paste reflow Process, Response Surface Method, Nonlinear

    Programming.

  • iv

    誌謝

    首先要感謝的是我的指導教授蔡聰男老師,在這兩年的時間裡,不辭辛勞的

    給予我指導與建議,從一開始的論文題目選定,到研究方法的選擇,以及最後的

    結果分析,蔡老師均能夠指點我前彺最正確的路,在論文撰寫期間,更是不斷的

    引導我走回正確的研究方向,並且細心的糾正我不適當的內容與錯誤,使我能夠

    順利的完成論文,並學習到許多寶貴的經驗與知識。另外也要感謝我的口試委員

    杜宇平老師與陳隆輝老師,在口試期間給予相當多的建議,使本篇論文更加完善。

    兩年的研究所生活即將結束,感謝所上所有老師,在學習過程中不斷的給予

    我幫助,老師們在課堂上所給予的各色觀念,讓我受益良多,也感謝所上的學長

    學姐、學弟學妹,還有相處兩年的同班同學,在這段時間給予的鼓勵與幫助,最

    後,特別感謝父母親在這幾年求學期間的支持與奉獻,讓我能夠順利的取得碩士

    學位。謹以此文,現給所有幫助我的人。

    姚威良 謹誌於

    高雄 楠梓

    中華民國九十九年六月

  • v

    目錄

    中文摘要 ................................................................................................................... i

    英文摘要 .................................................................................................................. ii

    誌謝 ......................................................................................................................... iv

    目錄 .......................................................................................................................... v

    表目錄 .................................................................................................................... vii

    圖目錄 ................................................................................................................... viii

    一、 緒論 ........................................................................................................ 1

    1.1 研究背景與動機 ............................................................................................ 1

    1.2 研究目的 ......................................................................................................... 2

    1.3 論文架構 ......................................................................................................... 2

    二、 文獻探討 ................................................................................................ 4

    2.1 PCB構裝 .......................................................................................................... 4

    2.2.1 印刷電路板簡介 ............................................................................................ 4

    2.2.2 PCB等級與類型 ............................................................................................ 4

    2.2 SMT生產系統 ................................................................................................ 6

    2.2.1 SMT組裝流程 ................................................................................................ 6

    2.2.2 SMT產線設置 .............................................................................................. 11

    2.3 迴焊生產製程 .............................................................................................. 12

    2.3.1 迴焊製程簡介 .............................................................................................. 12

    2.3.2 迴焊製程變數 .............................................................................................. 16

  • vi

    2.3.3 迴焊常見問題 .............................................................................................. 17

    2.4 反應曲面法 ................................................................................................... 18

    三、 研究方法 .............................................................................................. 22

    3.1 實驗設計 ....................................................................................................... 22

    3.2 迴焊製程參數 .............................................................................................. 23

    3.3 反應曲面法 ................................................................................................... 25

    3.4 非線性規劃 ................................................................................................... 26

    四、 模式發展與分析 .................................................................................. 29

    4.1 理論模型建立與分析 ................................................................................. 29

    4.2 RSM之最佳化 .............................................................................................. 38

    4.3 NLP之最佳化 ............................................................................................... 43

    五、 結論與未來展望 .................................................................................. 46

    參考文獻 ................................................................................................................ 48

    附錄一 .................................................................................................................... 51

    附錄二 .................................................................................................................... 60

  • vii

    表目錄

    表 1 迴焊製程參數值設定建議值 ........................................................................ 15

    表 2 迴焊缺點表 .................................................................................................... 17

    表 3 迴焊輸入參數變數設定值 ............................................................................ 24

    表 4 迴焊輸出變數建議設定值 ............................................................................ 25

    表 5 變異數分析表 ................................................................................................ 35

    表 6 DENSITY=0.10 之RSM最佳化參數組合 ....................................................... 42

    表 7 DENSITY=0.17 之RSM最佳化參數組合 ....................................................... 42

    表 8 DENSITY=0.33 之RSM最佳化參數組合 ....................................................... 43

    表 9 DENSITY=0.10 之NLP最佳化參數組合 ........................................................ 44

    表 10 DENSITY=0.17 之NLP最佳化參數組合 ...................................................... 44

    表 11 DENSITY=0.33 之NLP最佳化參數組合 ....................................................... 45

  • viii

    圖目錄

    圖 1 PCB構裝之單面製程圖 ................................................................................... 5

    圖 2 PCB構裝之雙面製程圖 ................................................................................... 5

    圖 3 基本電路板組裝焊接流程圖 .......................................................................... 7

    圖 4 錫膏印刷製程示意圖 ...................................................................................... 8

    圖 5 迴焊製程圖 ...................................................................................................... 9

    圖 6 波焊製程圖 .................................................................................................... 10

    圖 7 典型SMT生產線機器佈置圖 ........................................................................ 11

    圖 8 迴焊各區間作用變化圖 ................................................................................ 14

    圖 9 迴焊溫度曲線-輸出值示意圖 ...................................................................... 24

    圖 10 為一個極大值之曲面 .................................................................................. 26

    圖 11 為一個極小值之曲面 .................................................................................. 26

    圖 12 PEAK 模型之殘差分析圖 ............................................................................ 35

    圖 13 PRE_SLOPE 模型之殘差分析值 ................................................................... 35

    圖 14 SOAKING 模型之殘差分析圖 ...................................................................... 36

    圖 15 RAMP_SLOPE 模型之殘差分析值 ................................................................ 36

    圖 16 T1 模型之殘差分析圖 ................................................................................ 36

    圖 17 T2 模型之殘差分析值 ................................................................................ 36

    圖 18 T3 模型之殘差分析圖 ................................................................................. 37

    圖 19 T4 模型之殘差分析值 ................................................................................ 37

  • ix

    圖 20 T5 模型之殘差分析圖 ................................................................................. 37

    圖 21 T6 模型之殘差分析圖 ................................................................................. 37

    圖 22 DENSITY=0.10 之RSM最佳化參數組合圖 ................................................. 39

    圖 23 DENSITY=0.17 之RSM最佳化參數組合圖 ................................................. 40

    圖 24 DENSITY=0.33 之RSM最佳化參數組合圖 ................................................. 41

  • 1

    一、 緒論

    1.1 研究背景與動機

    產品隨著科技的發展,3C 電子產品在日常生活中扮演這重要的角色,舉凡筆

    記型電腦、手機、數位相機等消費性電子,皆藉由表面黏著 (Surface Mount

    Technology, SMT)產出。科技日新月異促使消費者對電子產品需求更加嚴苛,要求

    更輕、更薄、高品質且低價位之產品,為了提昇產量與品質,印刷電路板構裝(printed

    circuit board assembly, PCBA)技術已由傳統人工插入貫孔式(plated through hole,

    PTH)元件波焊製程(wave soldering)逐漸蛻變為具高度自動化之 SMT 構裝製程。高

    自動化之製程、材料、工作環境等多重變因使得整個 SMT 製程更形複雜,因此如

    何控管生產變數以提高產品品質與產出效能成為業界急欲解決的課題。

    Tsai(2005)指出 SMT 製程效能受到三個主要製程區段影響,包含錫膏印刷、元

    件放置及迴焊,其中迴焊製程為決定印刷電路板與元件間是否可以完美焊接之關

    鍵製程,迴焊他是一種自動化的群焊過程,將眾多焊點在幾分鐘之內焊接完成,

    其迴焊的品質優劣直接影響到產品之品質與可靠度,對於數位電子產品而言,迴

    焊之品質幾乎同等產品之品質。

    迴焊之品質取決於迴焊爐之迴焊溫度曲線 (Reflow temperature profile) 及產

    品線變動時對迴焊爐接續性的設定下,當溫度曲線無調置妥當時,潛伏之焊接缺

    點如錫球 (Solderball)、墓碑(Tombstoning)、歪斜(Skewing)、開路(Opens)、元件破

    裂(Component cracking)、助焊劑活化不良(Inadequate fluxing activity)等便會於電路

    板上發生(Manko, 1995; Lee, 1999),且其成敗影響產品是否須再次整修與重工

    目前業界對迴焊爐溫度參數組合並無一個最佳化標準可依,迴焊爐溫度參數

    值設定過程常充滿不確定性,換言之,迴焊作業中輸出與輸入間的變數關係仍存

    有不明之處,現階段迴焊製程參數完全根據工程師過去之實務經驗來設定,一旦

    超出工程師所經歷過的範圍,便無法快速且有效取得最佳參數(呂偉恩,2008),

    因此,工程師常利用試誤法反覆地測試以迄滿足焊性品質要求後方可獲得較佳迴

  • 2

    焊爐溫度參數(Su et al.,1997),此試誤過程通常超過一個小時,更遑論測試 PCB(已

    搭載零件)的耗損。因此如何快速正確地控制迴焊作業為降低生產本與增加有效

    生產時間的要素。

    1.2 研究目的

    迴焊為直接影響焊接品質之重要製程,為取得一合乎產品特性之迴焊曲線,

    須考量眾多製程變數,且得來不易。一般而言,除非產品組態(零件密度與類型)

    或熱能需求類似,否則不可使用同一組迴焊溫度曲線於不同產品上(Prasad, 2002)。

    換言之,並非所有產品均能一體適用,須配合產品給予一條專屬之迴焊曲線,業

    界目前尚無迴焊溫度曲線管制規範可遵循,因此各公司通常依據其生產品品組態

    而自行訂定之,此類近似管制規格值常為工程師長時間工作經驗累積結果。

    綜合上敘,掌握生產關鍵製程參數,取得最佳之迴焊溫度曲線,為提升焊接

    品質及生產良率,並確保產品品質及可靠度,增進生產競爭力使製程技術能力趨

    於穩健之不二法門。基於上敘原因,本研究目的為:

    應用實驗設計法(Design of Experiment, DOE)獲得結構性資料並進行分析,

    解決迴焊製程參數間之複雜非線性關係。

    目前業界對於迴焊製程參數組合最佳化並無一標準可循,本研究藉由反

    應曲面法與非線性規劃之最佳化解決問題能力,處理製程中各參數間非

    線性關聯,取得迴焊溫度曲線最佳參數,找出最佳溫度曲線以供爾後研

    究或業者製程改善之參考。

    1.3 論文架構

    本論文共分五章,撰寫架構如下:

    第一章為緒論,說明本論文之研究背景、動機、目的,研究架構與流程。

    第二章為文獻探討,涵蓋印刷電路板組裝(Printed Circuit Board Assembly,

    PCBA)、SMT 生產系統、迴焊生產製程,最後介紹研究所採用之反應曲面法

    (Response Surface Method, RSM)之原理與應用。

  • 3

    第三章為研究方法,首先描述研究中所使用之實驗設計法,其次為迴焊製程

    參數之定義,最後介紹 RSM 於本研究中所使用之方法與非線性規劃之各項目標函

    數與限制式之其運算方式。

    第四章為模式發展與分析,敘述如何以 RMS 建立反應曲線模型與資料分析,

    其次為 RSM 與非線性規劃運算後取得之最佳化迴焊參數組合。

    第五章結論,對研究結果進行評判,提出研究所得結果、貢獻、限制與對未

    來研究者做出建議與應注意事項等,期對迴焊製程控管能力之提昇。

  • 4

    二、 文獻探討

    本章節敍述 PCB 構裝、SMT 生產系統、迴焊生產製程、反應曲面等技術或方

    法,讓讀者能藉由文中說明,瞭解 SMT 生產流程及本研究採用之研究方法。第一

    節介紹 PCB 構裝、第二節敘述 SMT 生產系統、第三節深入探討迴焊生產製程、

    最後介紹本研究所使用之反應曲面法其應用與發展過程。

    2.1 PCB 構裝

    2.2.1 印刷電路板簡介

    印刷電路板運用印刷技術及腐蝕(Etching)技術將零件與零件之間複雜的電路

    銅線,經過細緻整齊的規劃後,蝕刻在一塊板子上,可將零件互相連接及作為支

    撐零件之絕緣板,是所有電子產品不可或缺的基礎零件。

    2.2.2 PCB 等級與類型

    組裝等級為 IPC 協會(IPC-SM-782A, 1993)用以定義電子零件組裝之難易程度,

    難度愈高則相對地治夾具設計、焊接技術、及生產成本需求則愈高。主要區分為 A、

    B、C 三種等級與單面、雙面兩大類型,其中單面製程適合各等級之 PCB 構裝,

    如圖 1 所示,雙面製程僅適用於等級 B 與 C 如圖 2 所示,分級定義如下:

    Class A:最簡單 PCBA 等級,使用 PTH 元件藉由人工插件與波和製程產出。

    Class B:中庸 PCBA 等級,全部使用表面黏著元件(Surface-Mounted Devices,

    SMD)藉由 SMT 與迴焊製程產出。

    Class C:高複雜度 PCBA 等級,用以描述人工插件與 SMT 二者混合生產模

    式。

  • 5

    圖 1 PCB 構裝之單面製程圖

    參考來源:蔡聰男(2003)

    圖 2 PCB 構裝之雙面製程圖

    參考來源:蔡聰男(2003)

  • 6

    目前 SMD 技術發展相當成熟,新一代超微型元件 0201 體積只有

    0.5mm*0.25mm,以現階段電子產品設計與產品需求而言,大體積之傳統人工插件

    元件逐漸被市場淘汰。SMT 生產技術與設計概念相較於傳統 PTH 零件插件生產

    方法具有以下優勢:(i)產品體積約可減少 50% ~ 80%、(ii)產品重量約可減輕 40%、

    (iii)全面生產自動化部署、(iv)具備製程延展性、(v)具備高生產力與高效能、(vi)具

    備高精準度與高產品可靠度(Marcoux,1989)。Type 2 為目前應用最頻繁製造流程,

    傳統人工插件已快速地被雙面迴焊製程(Double reflow)所取代,其更突顯 SMT 生

    產技術的重要性。

    2.2 SMT 生產系統

    2.2.1 SMT 組裝流程

    SMT 組裝流程主要包括錫膏印刷(Stencil printing)、零件黏貼(Component

    placement)、及迴焊作業(Solder reflow)等,一般而言,除製程前置作業外,均從錫

    膏印刷開始,隨後,依據不同電路板類型,分別經過元件放置、焊接、修補及功

    能測試等主要流程。PCB 構裝在焊接製程上主要分為迴焊與波焊二大類,如圖 3

    所示。

  • 7

    圖 3 基本電路板組裝焊接流程圖

    參考來源:蔡聰男(2003)

    一般而言,SMT 製造過程包含了以下七個處理步驟:

    1. 錫膏印刷

    錫膏印刷利用刮刀擠壓錫膏注入鋼板開孔(Aperture)內,將錫膏注印於 PCB 上

    元件焊腳所要放置之焊墊上。錫膏印刷細部動作如圖 4 所示,第一階段經由氣壓

  • 8

    助力於提供印刷方向之錫膏滾動與刮刀(Squeegee)向下擠壓之動能;第二階段中刮

    刀向前印刷並依據鋼版開孔設計大小(Aperture)留下適量錫膏;第三階段刮刀與鋼

    版分離後即完成一週期之錫膏印刷作業。

    圖 4 錫膏印刷製程示意圖

    參考來源:蔡聰男(2003)

    2. 元件放置

    在自動化生產模式下,元件放置機分為二類:(1)放置小型被動元件為主的高

    速裝著機(High-speed chip shooter),(2)放置精密度較高之大型元件為主的泛用裝著

    機(Multi-purpose placer)。其運作原理是運用真空方式吸取電子元件,依產品規格

    將元件移至PCB板之相對位置,(錫膏具有一定程度之黏性,使零件附著於錫膏上,

    但並非完全結合)。

    元件放置的原則及順序,首先使用高速機放置較小型之被動元件,因為大型

    元較重且放置位置較為精密,如先使用泛用機放置大型元件,在後續製程中,會

    鋼板開孔

    鋼板

    刮刀

    PCB

    腳距

    刮刀壓力

    刮刀行進方向

    錫膏

    Snap-offheight

    (a)

    (b)

    (c)

    鋼板脫離

    開始印刷

    進行印刷

    完成印刷

  • 9

    因為高速機快速移動下所產生之慣性力,導致大型元件偏離,造成焊接不良,元

    件放置是否精準也會影響最終之焊接品質。

    3. 點膠

    點交目的是為固定大型 IC 封裝元件,避免在高速移動下受到離心力之影響使

    元件移位,尤其高腳數、短腳距之 IC 元件,除了使用泛用裝著機在按裝元件後期

    安裝,尚須使用點交固定方式來增加穩定度,使元件偏離現象降至最低,除了主

    要固定作用外點交機還有以下幾種功能:

    避免大型元件在第二次過錫爐時移位或掉落,因為在第一次過錫爐時錫膏已

    達到熔點,而大型元件較重且受到載具高速移動影響下,無法附著於 PCB 上。

    針對某些焊點需要較多錫膏量時,可以使用點交機來增加錫膏量。

    增加機械強度,點膠後元件橫切面之抗斷力有二公斤,尚能抵抗波焊之錫波。

    4. 迴焊

    迴焊主要功能是將電子元件焊腳與電路板上焊墊之錫膏,經由迴焊爐加熱熔

    融與冷卻固化,使電子元件與電路板間緊密結合,以達到製程所要求如圖 5 所示

    圖 5 迴焊製程圖

    參考來源:呂偉恩(2008)

  • 10

    5. 波焊

    波焊為貫孔式元件所設計之焊錫製程技術,運用幫浦推動液態錫膏,使其向

    上揚起單波或雙波,壓迫液態錫膏進入塗有助焊劑之開孔處,使錫膏與元件引腳

    結合形成焊點,如圖 6 所示。

    波焊製程逐漸被 SMT 製程取代,其原因主要為電子產品追求輕巧化及波焊製

    程之錫渣問題。電子產品追求微型化,而傳統穿孔式元件以無法在縮小,電子產

    品功能更完整,集成電路(IC)已無穿孔元件,波焊製程中須將錫膏加熱至液態,在

    高溫環境下,液態錫膏易與助焊劑產生化學變化形成錫渣,若不定時清除錫渣則

    會造成焊接品質不良,而使用 SMT 之迴焊製程則不會有這種現象產生。

    圖 6 波焊製程圖

    6. 功能測試

    功能測試主要分為外觀檢驗、內部線路測試和系統功能測試,內部線路測試

    主要針對外觀無法判別之問題,如線路靜態測試(In Circuit Test,ICT),運用儀器

    測試電路板是否有短路情形發生,系統功能測試部份測試系統是否能正常運作,

    如開/關機測試等。

  • 11

    7. 維修

    主要是對外觀檢驗及線路測試有問題之焊點或元件進行補焊、維修或更換等,

    維修完成後,所有 PCB 構裝版都必須再次經過功能測式,且可測率均達 100%,

    如此才可確保出廠的 PCB 均為良品。

    2.2.2 SMT 產線設置

    SMT 生產線機器基本設置是由五大類機器所組成,(1)錫膏印刷機(Stencil

    printer);(2)點膠機(Glue dispenser);(3)快速裝著機(High-speed chip shooter);(4)泛

    用裝著機(Multi-purpose placer);及(5)迴焊爐(Reflow oven)等各類機器設備構成,

    生產線配置如圖 7 所示,可視產品組態調配機器數量,如生產元件較多的主機板,

    就可增置快速黏貼機。機器間利用自動輸送帶連結以達到自動化生產目的,且利

    用感應器控制傳輸於各機器間之PCB 數量,管制暫存數量並進行PCB 定位之用,

    如此調配便可使生產更具彈性與效率。

    圖 7 典型 SMT 生產線機器佈置圖

    業界常用之 SMT 組裝線主要由 PCB 上載裝置(Loader)、錫膏印刷機、SMD

    接著膠配料機、點膠機、元件放置(Pick and Place)設備、迴焊爐、PCB 下載(Unloader)

    設備。生產線上之週邊設備則有 PCB 板面清洗機,錫膏攪拌機,3D 錫膏檢測機,

    元件裝載檢查機等輔助機具。上述之各項設備可依產品特性或是不同類別之生產

    模式做彈性化配置以達成更有效率之生產。

  • 12

    2.3 迴焊生產製程

    2.3.1 迴焊製程簡介

    迴焊藉由熱處理過程,使電子元件與電路板形成永久性導電及機械連接之焊

    點,達到產品出產需求,迴焊品質取決於迴焊爐溫度曲線設定,影響溫度曲線設

    置之變數包含迴焊爐溫度設定值、輸送帶速度、錫膏類別、迴焊方法及產品組態

    等(蔡聰男,2003),若迴焊溫度曲線輸出不符合產品組態需求,例如溫度過高、

    迴焊時間過長等會破壞零件與原物料特性,反之則會產生零件焊接不佳現象。以

    下就錫膏、迴焊爐及迴焊曲線部份進行深入探討。

    錫膏(Solder Paste)為焊接電子元件與 PCB 之主要媒介材料,是一種均質混合

    物,具有一定黏性與良好觸變性之膏狀體,由焊錫粉末(Solder Powder)和助焊劑

    (FLUX)混合而成,銲錫粉末則由錫鉛合金或是添加其他特殊金屬組成,主要區分

    為有鉛與無鉛錫膏二種,不同合金組成之錫膏,具有不同之熔點與特性,如添加

    銀(Ag)金屬會使強度硬度增加,添加鉍(Bi)金屬會降低熔點並增加其導電性等。

    迴焊爐為 PCBA 中熱源來源,特定時間下提供適切加熱率使電路板加熱至適

    切溫度,且當錫膏迴焊時,以不改變預設的物理與電子物理特性下,適當浸潤接

    著面與形成合乎要求的焊接(Coombs, 1995)。目前電子業最常使用之迴焊方法為紅

    外線(Infra Red, IR)與熱風式迴焊爐(Conventional forced-air oven),紅外線式迴焊爐

    為 80 年代 SMT 興起時所發展之加熱方式,輻射式之熱源發熱效率高為其主要優

    勢,由於紅外線式迴焊爐熱傳導效能較差,且於零件類別多及密度高時,常導致

    升溫速率不均之現象產生,90 年代為了改善紅外線式迴焊爐受熱不均之情況,發

    展出熱風式迴焊爐,採用空氣作為傳導熱量之媒介,穩定且不受產品組態影響之

    加熱方式,其缺點是熱傳導速率較為遲緩並需要較長時間以達到熱能均衡狀態。

    現階段 PCB 設計追求輕巧化,元件小且密度高為產品設計主流,熱風式之迴焊品

    質穩定較適合於大量生產環境(Hwang, 1992),逐漸取代紅外線(Infra Red, IR)式迴

    焊爐。

    上敘二種迴焊方式原理皆是控制溫度提昇速率,配合輸送帶速度,使錫膏熔

  • 13

    融與冷卻凝固,一般而言,迴焊過程中會依溫度及時間區分為四個區域如下所續:

    1. 預熱區

    預熱區目的為將 PCB 表面與元件本體溫度,從室溫加熱至 150℃,溫度提昇

    速率若過快會造成元件損傷,過慢則會降低生產率,一般設定溫度上升之最大速

    度小於 4℃/Sec.(Scheiner, 2003)。此外,助焊劑於此區開始發揮作用,具有以下幾

    點功能(a)清除焊面上之氧化物與雜質;(b)保護焊點避免氧化與協助導熱;(c)協助

    焊墊排出雜質以增加焊接品質。

    2. 浸潤區:

    浸潤區為保持 PCB 上元件溫度趨於穩定一致,並確保錫膏中的助焊劑得到充

    分揮發,溫度從 150℃~180℃升至錫膏熔點區域,使錫高開始融化產生燈效應,一

    般升溫速率設定為 0.3~08℃/Sec.,設定時間通常為 40~100秒之間(Scheiner, 2003),

    在此階段部分溫度不均會產生各種不良焊接現象。

    3. 迴焊區:

    迴焊區為使 PCB 上錫膏與元件引腳結合,將溫度提昇至尖峰溫度,使錫膏全

    數融化並引起表面張力作用。一般尖峰值溫度為 210~225℃,升溫速率為 1.3~1.6

    ℃/Sec,錫膏呈液狀之時間約為 45~75 秒(Scheiner, 2003),迴焊時間不宜過長,停

    留該區時間與溫度應盡量所短,避免造成不良影響。

    4. 冷卻區:

    冷卻區主要將 PCB 表面溫度下降使焊點凝固,快速進行冷卻可使焊點外觀明

    亮並有良好外形及低接觸角度,若冷卻過慢會使 PCB 分解雜質進入錫膏內,造成

    焊接品質不佳。冷卻降溫速率一般為-3~-4℃/Sec,冷卻至 50℃即可。

    製程工程師會根據錫膏商提供之建議值進行初始設定,試焊過程中在依產品

    性質、設備、物料等做細部調整,經由不同加熱區溫度變化產生符合各種產品組

    態需求之迴焊溫度曲線,以免洗錫膏成份為 Sn63Pb37(錫膏溶融點為 183ºC)為

    例,其迴焊過程中各個時間區間內化學與機械反應如圖 8 所示。助焊劑於預熱區

    間開始揮發,繼而浸潤錫球表面並減少錫球氧化面積以增強焊接效果,其後於浸

  • 14

    潤區內錫膏始融化並產生燈蕊效應,待錫膏進入迴焊區時即全數融化並引起表面

    張力作用,最後經由冷卻區後始形成焊點。表 1 為整理相關學者與設備、物料商

    所建議迴焊曲線設置參數值。

    圖 8 迴焊各區間作用變化圖

    參考來源:蔡聰男(2003)

  • 15

    表 1 迴焊製程參數值設定建議值

    學者及供應商

    相關參數

    Scheiner (2003)

    Bentzen (2000)

    Shiloh & Malboeuf(2000)

    Teccor Electronic (2005)

    KOKI(SE48-M955,2005) Prasad (2002)

    業界資深迴焊

    製程工程師

    建議值

    預熱升溫斜率℃/Sec. 1.5~2.5 ≒2 2~5 <2.5 1.5~3.0 <5 1.5~3.5

    浸潤升溫斜率℃/Sec. 0.3~0.8 N/A N/A 0.5~0.6 N/A N/A 0.5~1.0

    溫度爬升斜率℃/Sec. 1.3~1.6 2~3.5 2~5 1.3~1.6 N/A N/A 1.5~2.5

    冷卻升溫斜率℃/Sec. N/A -3~-4 N/A

  • 16

    2.3.2 迴焊製程變數

    迴焊溫度曲線為生產時,迴焊爐依據各產品組態類型,藉由關鍵參數設定調

    整後,所產生之一條時間與溫度對應曲線。迴焊爐的預熱、浸潤、熔融、冷卻等

    四區溫度(℃/Sec.)設定、迴風速率、輸送帶速度、及零件密度等參數設定決定了迴

    焊溫度輸出曲線。

    根據錫膏商或設備商的建議值、學者的研究與資深製程工程師所述,迴焊參

    數設定首要工作須先行決定符合電子材料特性需求與限制的尖峰溫度值,尖峰溫

    度值取決於輸送帶速度與迴焊爐加熱區溫度設定值所產生的熱反應,而輸送帶速

    度參數則會影響迴焊生產率與時間區間值長短(Hwang, 1992)。迴焊最後階段的冷

    卻速率快慢亦相當重要,因較高黏貼密度的 PCB 需要較充裕冷卻時間以避免應力

    產生(Manko, 1995)。

    一般而言,除非產品組態(零件密度)或熱能需求類似,否則不可使用同一

    組迴焊溫度曲線於不同產品上(Prasad, 2002)。換言之,並非所有產品均能一體適用,

    須配合產品給予一條專屬之迴焊曲線。為取得適切迴焊爐溫度參數值,過程常充

    滿不確定性,製程工程師常利用試誤法反覆地測試至滿足焊性品質要求後,即可

    獲得較佳迴焊爐溫度參數(Su et al., 1997),而這過程往往浪費了人、物力。因此,

    掌握正確迴焊爐溫度參數,可大大減少無謂生產資源浪費。

    本研究循蔡聰男(2003)所提出之影響迴焊製程產出品質關鍵輸入參數,關鍵參

    數分為二類,一為迴焊爐參數值:預熱區(Preheat zone)、浸潤區(Thermal Soak zone)、

    熔融區(Reflow zone)、冷卻區(Cool down zone)等四區溫度設定、輸送帶速度

    (Conveyor speed)、迴風率(Exhausting rate),其二為 PCB 組態,零件體積(Component

    volume)及 PCB 間距(PCB distance),等二類八個重要參數。

    迴焊曲線的輸出參數有預熱斜率(℃/Sec.)、浸潤溫度(℃)、溫度爬升斜率(℃

    /Sec.)、尖峰溫度(℃)、及在四區時間值(T1~T6,Sec.)等十個主要輸出值,這些輸出

    參數可用以追蹤 PCB 於迴焊爐內溫度變化與評判該參數組合之迴焊製程績效,一

    般而言,數據以溫度量測儀取得,而量測目的為使每一個電子元件能有穩定之熱

  • 17

    效應,避免損壞應有設計功能。

    2.3.3 迴焊常見問題

    焊接品質優劣同等於產品品質,焊接缺點產生勢必增加重工與修補生產成本,

    常見焊接之缺點分為:(1)錫球。(2)浸潤不良(Poor wetting)。(3)墓碑。(4)空洞。(5)

    無光澤、顆粒狀焊點。影響焊接缺點產生包括:錫膏種類,產品組態,鋼板設計,

    迴焊爐溫度設定等,本研究中僅對迴焊溫度曲線設定所造成之問題加以討論如表

    2 所示。

    表 2 迴焊缺點表

    焊接缺點 發生原因

    錫球

    發生於預熱區中,升溫太過於急遽,使得溶劑升溫過快而將錫

    珠噴出,而形成錫球。此外,若於浸潤區之時間過長,會造成

    錫膏的塌陷,使得一串之錫球脫離主體後沿著邊緣產生,然後

    結合為一較大的錫球。

    浸潤不良 發生於浸潤時間太長及迴焊熔融時間過長,錫膏内助焊劑無法

    有效清除被氧化之待焊面,同時錫球已升溫且拉向被浸潤表

    面,產生浸潤不良。

    墓碑

    發生於融熔溫度提升過快之情況下,不相等的元件兩端的熔融

    拉力使得元件立起來,起因為急熱使元件兩端存有溫差,元件

    電極端一方之焊料完全熔融後獲得良好的浸潤,但另一方之焊

    料未完全熔融導致浸潤不良,這樣便增加元件翹立發生機會。

    空洞

    空洞為焊點與元件引腳或焊墊間之微小氣泡,為錫膏中未排出

    之空氣或助焊劑造成(Bentzen, 2000)。空洞一般由三個迴焊曲線錯誤所引起:(a)未達或不足峰值溫度;(b)迴焊時間不够;(c)升溫階段溫度過高。由於迴焊曲線升溫速率是須嚴密控制,空洞

    通常為第一或第二個錯誤之結果,造成沒揮發之助焊劑留置於

    焊點内。

    無光澤、顆粒

    狀焊點

    發生於預熱、浸潤兩區之溫度過高及尖峰溫度過低,一個相對

    較為普遍之迴焊缺點為無光澤、顆粒狀焊點。這個缺點僅為美

    觀上的缺陷,但也可能為不牢固焊點之徵兆。 參考來源:整理至蔡秋文(2004)

  • 18

    2.4 反應曲面法

    從清華大學品質研究中心網頁資料中得知反應曲面法(Response Surface

    Methodology)發展過程,RSM是由Box與Wilson(1951)首先提出應用於工業製程上

    之實驗設計法,結合了實驗設計、統計迴歸(regression)與數學規劃所衍生出的方法

    論,設計理念為(i)可迅速量測反應變數;(ii)以小型實驗獲得製程關鍵因素(賴亭

    璇,2002),Hill和Hunter(1966)等相關研究下,理論模式之建立與應用已趨於完整,

    其主要是在找出自變數與反應變數間的關係,及建立適合的曲面方程式與最佳化

    反應值(李孟蓉,2006;戴金琪,2003),1980 前產業界缺乏以統計分析製程設計

    觀念,且當時無合適之統計實驗套裝軟體來提供實驗與設計,使RSM僅運用在學

    術研究上(賴亭璇,2002),1980 後運用電腦模擬實驗設計於決策科學上漸受歡迎,

    以電腦輔助設計快速且正確找出最佳化配方逐漸受到產業界之青睞,主要應用於

    化學工業及製程改善等領域中,為分析複雜系統中求算影響變數的一項方法(陳

    柔妤,2003),1966 至 1988 相關延伸研究包含電子、機械、化學工業、生物科技、

    原物料、及工業製程改善等各項領域中,研究成果在往後成為實務用於求解最佳

    實驗參數的有利工具(http://www.qrc.nthu.edu.tw/QRC/studyQ/RSM/rsm.htm)。

    2000 年後,自動化之生產模式,使得各種產品製程複雜化,製程設計上必須

    同時滿足多個目標,使得反應值最佳化設計與多反應值共同最佳化問題成為 RSM

    研究的主流,在最佳化問題上,這是一種實用的方法,並且大多時候也能相當有

    效的找出一個區域最佳點(local optimum)(蔡輔晃,2005),近年 RSM 相關研究如

    下:

    Alvarez(1988)運用統計方法與 RSM 於電腦輔助設計超大型機體電路(Very

    Large Scale Integration, VLSI)元件。先以統計方法決定因子操作區間與反應水準,

    經由 RMS 進行迴歸分析與模擬建立反應曲面模型,求得最佳參數組合。

    Ziemian et al.(2001)以實驗設計法找出關鍵因子(尺寸精度與表面粗度),藉由

    反應曲面法(RSM)進行參數分析,最後應用柏拉圖改善法(Pareto Optimality)完成多

    目標決策分析,提出 FDM(Fused Deposition Modeling)系統成型之建議參數組合。

    http://www.qrc.nthu.edu.tw/QRC/studyQ/RSM/rsm.htm�

  • 19

    林英傑(2002)應用實驗設計法選定三項因子、三水準,進行重複二次之實驗,

    依據所量測之實驗數據進行變異數分析,求出各因子貢獻度以確認未遺漏重要因

    子,在逐一算出各別品質目標下之訊號雜音比,釐清各因子之影響性,在以反應

    曲面法做出單一品質目標之反應曲面圖及等高線圖,再以重疊方式做出對多重品

    質目標考量下之參數進行最佳化探討。

    王建成(2002)在陶瓷材料之振動研磨研究中,探討以電解式線上削銳(ELID)

    和振動輔助磨削兩種輔助方法,克服並減少陶瓷材料表面損傷和改善表面粗糙度,

    在實驗設計上採用反應曲面法(RSM)來規劃實驗,實驗結果之數值以迴歸分析來建

    立切削力和表面粗糙度與加工參數之間的數學模式,並探討此兩種輔助磨削和傳

    統磨削之差異,最後以序列二次規劃法求得最佳之加工參數組合,得到最佳之表

    面粗糙度和最低切削力之效益,以降低加工成本而獲得最佳經濟利益。

    戴金琪(2003),先以部份因子實驗法求出影響銅導線晶圓銲線之因子組合,在

    應用反應曲面法之中央合成設計求得各顯著因子之最佳參數值,最為改善銅導線

    晶圓封裝之銲線製程之依據

    蔡坤祥(2003),以實驗設計法結合模糊邏輯和非線性規劃,運用 Design Expert 、

    Lingo 和Excel之規劃求解三種最佳化軟體進行模擬實驗,改進一種樹脂配方比例,

    並同時兼顧八個目標之最優化問題,成功求得拉伸強度、拉伸模量、繞曲強度、

    繞曲模量、缺口衝擊強度、翹曲、密度 7 種物料特性最優化及最低價格之配方。

    陳重任(2004)應用 RMS 與田口方法於元件底填封膠製程優化之研究。。研究

    中使用田口直交表規劃實驗,以訊號雜訊比決定最佳參數水準,經由變異數與反

    應曲面之分析釐清顯著因子與品質特性關係,最後建立迴歸方程式以預測各參數

    水準下之反應值。

    蘇筵仁(2004)應用RSM 與田口實驗設計法於0201被動元件製程參數最佳化,

    選擇三個鋼板印刷製程中最顯著參數:刮刀角度、焊墊面積、擦拭頻率為實驗參

    數,在利用 RSM 求得反應曲面方程式提供尋找更佳之參數水準設定值,配合田口

    實驗數據之 S/N 比,得出錫膏厚度最佳化參數

  • 20

    葉沛先(2004)以實驗設計法對錫膏印刷作業進行資料蒐集,運用 RSM 與 GAs

    最佳化印刷參數組合,以達成最佳錫膏體積之輸出。藉由實驗設計法之部分因子

    實驗選取八個印刷參數:涵蓋元件腳距、鋼板厚度、鋼板開孔比率、PCB 與鋼板

    間隙、刮刀速度,刮刀壓力、錫膏類別、錫膏黏度,其後利用反應曲面法找尋最

    佳印刷參數對於錫膏體積之反應方程式,藉由此方程式作為 GAs 之目標函數,進

    行最佳化參數組合進行比較,找出錫膏印刷製程參數最佳化。

    楊政融(2005)以生命週期評估軟體(Sima Pro)求得 LCD 生命週期數據,同時使

    用 Solidworks 建立產品模型,再用反應曲面法求得產品的近似曲面,最後利用遺

    傳演算法評估最佳方案,藉由反應曲面得到之結果,使設計者更容易獲得設計參

    數數據。

    洪啟偉(2007)以雙反應曲面法與非線性規劃進行塑膠射出成形作業之最佳化

    設計,利用 Moldflow 軟體來模擬進行實驗,建構翹曲和收縮之雙反應曲面模型,

    搭配非線性規劃,來求得注射時間、射出壓力、塑膠溫度、模穴溫度、保壓壓力、

    保壓時間、冷卻時間、冷卻溫度、開模時間九個因素之多目標最佳化參數。

    王譽凱(2007)利用非線性迴歸以及反應曲面法判斷藥物進行臨床實驗之前,藥

    物與 DNA 的結合是否能穩定,能否達到治療疾病的目的,利用單分子的操控技術

    去量測在不同的 APMED 濃度之下,DNA 與 APMED 結合之長度變化,再利用

    兩種誤差的計算方法,分別採取正交投影法以及反應曲面法去估計結合力常數(K),

    透過結合力常數的資訊,得知藥物與 DNA 結合情形,藉此判斷是否必須修正藥物

    的分子結構。

    呂偉恩(2008)應用手工印刷錫膏技術於無鉛 BGA 封裝重工迴焊製程,以田口

    實驗設計;選定三個重要因子,使用 L9 直交表重複三次實驗。製作專用治具印刷

    錫膏,並使用專業機台針對 BGA 元件進行重工迴焊。最後,利用田口 SN 比、反

    應曲面法及交叉分析表分析多重品質特性,求出重工迴焊機台設定的最佳參數組

    合。

    綜合以上文獻,反應曲面法是一套用以發展、改善、最佳化製程的統計與數

  • 21

    學技術,其基本理論與相關應用研究經過 50 年發展以相當成熟,理論模型上有統

    計背景支持,在各種領域應用中也具有可微調性,不會拘限在參數水準上,且可

    同時考量兩個品質特性去進行最佳化參數設計(洪啟偉,2007),於 2000 年後,

    RSM 在多屬性最佳化領域為求最佳解之重要方法,運用電腦進行模擬實驗結合其

    他研究方法,如田口實驗設計、模糊理論、類神經網路、基因演算法及非線性規

    劃等,都能夠成功的找出最佳參數組合,因此本研究以反應曲面建構迴焊溫度曲

    線之反應曲面模型法,配合非線性規劃求解,建構最佳迴焊溫度曲線。

  • 22

    三、 研究方法

    本章節中,首先敍述如何以實驗設計方式取得發展本研究預測模式之資料,

    文中說明實驗設計如何進行及其依據,其次決定迴焊製程參數,其三說明 RMS 如

    何建立反應曲線方程式,最後敘述如何以非線性規劃求解反應曲線方程式。實驗

    設計

    本研究所採用的實驗設計法是遵循 Franklin 於 1984 年提出之具有最小變異

    (Minimum Aberration)之實驗設計矩陣如(1)式,應用三水準(3k-p)實驗設計以取得結

    構化資料,藉由結構化資料可提升 RSM 分析時之可靠度,並以此探索 SMT 迴焊

    製程輸入參數/輸出參數間因果關係。其矩陣設計限制於 61 ≤−≤ pkp, 。

    12120

    11112

    02111

    10211

    11021

    21101

    =C

    (1)

    欲產生 38-4 之實驗設計,首先擷取矩陣 C 之前 p 列 )4( =p 與 pk − 行

    )4( =− pk ,接著於矩陣C 內加入一個 pp× (即 44× )單位矩陣,即可得下列之

    矩陣 1C 如(2)式。

    0001001001001000

    0112201112011120

    1 =C

    (2)

    令 ix 代表可控因子 I ,並設定水準直 0、1、2 代表低中高三水準,自上述之矩

    陣可衍生出下列四組方程式(3)式、(4)式、(5)式、(6)式。

    02 5321 =+++ xxxx (3)

    02 65421 =++++ xxxxx (4)

  • 23

    02 75431 =++++ xxxxx (5)

    02 8433 =+++ xxxx (6)

    同時滿足(3)式、(4)式、(5)式、(6)式聯立方程式,即可產生 81(=38-4)筆實驗組

    合。本研究實驗樣本為蔡聰男博士據實驗設計後所得(81 組)如附錄一,過程請參閱

    自蔡聰男(2003),自適應式 SMT 製程品質預測控制系統之發展一文之第四章。

    研究中以這組實驗數據做為研究發展基礎。

    3.2 迴焊製程參數

    實驗參數設定根據過去文獻及專家意見彙整而成,其根據請參閱本文文獻探

    討之第二章,其中產品組態(零件體積)對於迴焊溫度曲線有顯著影響,為維持

    良好之迴焊品值,根據不同零件體積選擇不同迴焊製程變數,本研究選取零件體

    積為 0.10、0.17、0.33 作為本實驗之重點。實驗之輸入、輸出變數設定如下所敘:

    迴焊輸入變數主要包括預熱、浸潤、熔融、冷卻等四區溫度(℃/Sec.)設定、輸

    送帶速度(m/min)、迴風率(Exhausting rate, m3/min)、零件構裝體積(cm3)及 PCB 間

    距(cm),共八個可控因子,實驗輸入參數設定如表 3。其中 PCB 零件體積定義如

    (7)式所示,其數據來源可由 PCB 生產物料清單(Bill of Materials, BOM) 取得:

    ∑=

    =M

    iiiVN

    1

    3 )cm零件體積(

    (7)

    其中 為元件種類數M 、 個數為元件iNi 、 體積為元件iVi 。

  • 24

    表 3 迴焊輸入參數變數設定值

    Responses units Lower limit Upper limit

    零件體積 Density (cm3) 0.1 0.33

    迴風率 Exausting (m3/min) 2.5 5.5

    PCB 間距 Pitch (cm) 1 21

    輸送帶速度 Speed (m/min) 0.55 0.85

    預熱區溫度 Zone1 (˚C ) 140 190

    浸潤區溫度 Zone2 (˚C ) 150 180

    熔融區溫度 Zone3 (˚C ) 145 185

    冷卻區溫度 Zone4 (˚C ) 230 280

    研究中迴焊實驗輸出變數為預熱斜率(℃/Sec.)、浸潤溫度(℃)、溫度爬升斜率

    (℃/Sec.)、尖峰溫度(℃)、及六個迴焊爐溫度作用區間時間值(T1~T6,Sec.),共十個

    迴焊溫度曲線諸元如圖 9,可藉由熱電偶所取得之記錄,這些輸出可用以準確追蹤

    PCB 於迴焊爐內溫度變化與評判其迴焊製程績效。實驗輸入參數設定如表 4。

    圖 9 迴焊溫度曲線-輸出值示意圖

    參考來源:蔡聰男(2003)

  • 25

    表 4 迴焊輸出變數建議設定值

    Responses units Lower limit Target Upper limit

    尖峰溫度 Peak Temp. (˚C) 205 210 225

    預熱斜率 Preheating slope (˚C/Sec) 1.5 3.5 5

    浸潤溫度 Soaking Temp. (˚C) 150 160 170

    溫度爬升斜率 Ramp-up slope (˚C/Sec) 1 2 3

    T1 (Sec) 90 110 125 T2 (Sec) 60 70 80 T3 (Sec) 20 40 30 T4 (Sec) 10 20 25 T5 (Sec) 20 30 40 T6 (Sec) 35 45 60

    3.3 反應曲面法

    RSM 其主要是在找出可控因子(輸入)與反應變數(輸出)間的關係,及建

    立適合的曲面方程式與最佳化反應值(李孟蓉,2006;戴金琪,2003)。此法有助

    於對問題模型之建構與分析,通常在實驗中有著多項控制因子,在本研究中,討

    論八個迴焊製程參數對迴焊溫度曲線輸出之關係,如函數(8)式。其中自變數 x ,

    是應變數 y ,ε 是模式配適的誤差。

    ( )ε++++= 821 ... xxxy (8)

    在大多數探討問題中,反應變數(輸出)與可控因子(輸入)間之關係複雜

    且未知的,可能為線性抑或非線性,必須先瞭解兩者之間的關係,運用迴歸分析

    的顯著性檢定,來瞭解自變數與應變數之間的強度關係,在以𝑓𝑓檢定值來檢驗此迴

    歸模式是否合適。並非所有方程式皆可繪製出反應曲面,僅有在探討少數變數時

    才可,若三項以上之變數則必須兩兩配對繪製曲面圖,RSM 第一步就是要先找出

    一適當分析問題之模型用以描述輸出與輸入間之函數關係,此一階模式近似函數

    的數學式可表示為(9)式。

  • 26

    εββββ ++++= kk xxxy ...22110 (9)

    若系統中有曲率存在,則必須採用更高階的多項式,如二階迴歸模式則是包

    含了獨立變數間的交互關係,此二階模式近似函數的數學式可表示為(10)式。

    ∑ ∑∑ ∑= = > =

    ++++=k

    i

    k

    i

    k

    j

    k

    iiiijijiii yyxxy

    1 1 1 1

    20 εββββ

    (10)

    越高階模型可表示越複雜的交互關係,模型結果也會越準確,而一般反應曲

    面的研究大多是探討一個整體極大值或極小值(Global maximum or minimum)的曲

    面,如圖 10、圖 11。

    圖 10 為一個極大值之曲面 圖 11 為一個極小值之曲面

    資料來源蘇聖凱(2004)

    3.4 非線性規劃

    線性規劃線性規劃 (Linear Programming, LP) 為數學規劃 (Mathematical

    Programming)的一種,在有限資源下試著找出最佳劃分配之數學程序,而線性規劃

    則在滿足所有線性條件下,使目標函數最佳化。當目標函數或限制條件間具有非

    線性函數時,此時稱為非線性規劃(Nonlinear Programming, NLP),非線性規劃問題

    的一般數學模型可表述為求未知數𝑥𝑥 = (𝑥𝑥1,𝑥𝑥2, … , 𝑥𝑥𝑛𝑛)使得極小化(或最大化)𝑓𝑓(𝑥𝑥)。

    受限於:(11)式、(12)式。

    ( ) mixxxg ni ,...,1,0,...,, 21 =≥= (11)

    ( ) pixxxh ni ,...,1,0,...,, 21 =≥= (12)

  • 27

    其中 f 、 ig ,和 hi為 n 個決策變數之函數,且至少有一個是非線性函數。上

    述模型可表述為:

    ( )

    ( )( ) pixh

    mixgts

    xfMin

    i

    i

    ...,1,0,...,1,0

    ...

    ===≥

    若有一組決策變數滿足所有限制式,我們稱此組決策變數為一組可行解

    (Feasible Solution),在所有可行解中,具有最佳目標值函數的解(對極小化問題而

    言,即為目標值函數最小的解)為最佳解(Optimal Solution)。本研究以 RSM 所建

    立之反應曲面方程式作為目標函數,其中八個決策變數分別為 Density 、

    rateExausting 、Pitch、 speed 、 1Zone 、 2Zone 、 3Zone 、 4Zone ,並受限於(13)

    式、(14)式、(15)式、(16)式、(17)式、(18)式、(19)式、(20)式、(21)式、(22)式、(23)

    式、(24)式、(25)式、(26)式、(27)式、(28)式、(29)式、(30)式進行最佳化求解。

    33.01.0 ≤≤ Density (13)

    5.55.2 ≤≤ rateExausting (14)

    211 ≤≤ Pitch (15)

    85.055.0 ≤≤ Speed (16)

    1901140 ≤≤ Zone (17)

    1802150 ≤≤ Zone (18)

    1853145 ≤≤ Zone (19)

    2804230 ≤≤ Zone (20)

    230205 ≤≤ TempPeak (21)

    280Pr5.1 ≤≤ slopeeheating (22)

    170150 ≤≤ TempSoaking (23)

  • 28

    31 ≤≤ slopeRamp (24)

    90170 ≤≤ T (25)

    80260 ≤≤ T (26)

    55335 ≤≤ T (27)

    35420 ≤≤ T (28)

    40520 ≤≤ T (29)

    90670 ≤≤ T (30)

  • 29

    四、 模式發展與分析

    本章將敘述研究方法之可行性,首先進行實驗設計取得資料來源,利用 Design

    Expert 進行資料分析與模型建立,其次分別以 Design Expert 與 Lingo 求出最佳化

    迴焊溫度曲線,取得最佳迴焊參數組合。

    4.1 理論模型建立與分析

    本研究使用 Stat-Ease,Inc 公司所開發的 Design Expert7.0 實驗設計套裝軟體

    進行資料分析,以反應曲面法之歷史資料模式(Historical Data)建立二階迴歸模型,

    藉由複迴歸分析檢定此迴歸模型是否合適,實驗步驟如下所敘:首先設定輸入變

    數及其範圍值分別為 Density、Exhausting rate、Pitch、Speed、Zone1、Zone2、Zone3、

    Zone4 共八個可控因子,變數範圍值如表 3 所示,其次設定十個迴焊輸出變數分別

    為 Peak Temp、Preheating slope、Soaking Temp、Ramp-up slope、T1、T2、T3、T4、

    T5、T6,最後輸入實驗樣本並進行反應曲面模型建立及複迴歸分析。

    本研究實驗樣本為蔡聰男博士據實驗設計後所得(81 組)如附錄一,根據 Design

    Expert 顯示之資料離群值,以手動方式進行刪除,共取得 78 筆實驗樣本,實驗後

    可取得由各輸入變數交互作用下所組成之二階迴歸模型如(31)式、(32)式、(33)式、

    (34)式、(35)式、(36)式、(37)式、(38)式、(39)式、(40)式,若能同時滿足十組迴歸

    模型之限制條件,即可取得最佳迴焊溫度曲線。

    將反應曲線模型進行複迴歸分析,即可得知各模型值之 F 值均為顯著如表 5,

    迴歸模型的解釋能力(Adj. R2)分別為 0.9910、0.9065、0.9621、0.9168、0.9266、0.9550、

    0.8964、0.6662、0.8363、0.9060,顯示各迴歸模型解釋變異能力相當高,經由殘

    差分析圖可得知各模型之常態性假設成立,請參閱圖 12 至圖 21,若以此類推於其

    他變數間的關連性,可發現實驗設計所產生之數據與所設計之迴焊變數均達顯著

    水準,故合乎進一步研究進行之要求。

  • 30

    Peak=-14.34085+366.53171*Density+4.70943*Exausting+

    0.36757*Pitch-5.40936*Speed-0.14346*Zone1-0.18891*Zone2+

    0.15223*Zone3+0.78339*Zone4+2.83947*Density*Exausting-0.

    25586*Density*Pitch-7.60414*Density*Speed+0.034400*Densit

    y*Zone1+0.10886*Density*Zone2+0.098119*Density*Zone3-0.

    23362*Density*Zone4-9.87162E-003*Exausting*Pitch+2.51959

    *Exausting*Speed-0.012190*Exausting*Zone1-8.02565E-003*E

    xausting*Zone2+9.65448E-006*Exausting*Zone3+0.024448*Ex

    austing*Zone4+0.34195*Pitch*Speed-2.74574E-004*Pitch*Zon

    e1-1.76466E-003*Pitch*Zone2-1.95170E-004*Pitch*Zone3+1.0

    2174E-003*Pitch*Zone4+0.042863*Speed*Zone1+0.19721*Spe

    ed*Zone2-0.022451*Speed*Zone3-0.44581*Speed*Zone4+1.38

    163E-003*Zone1*Zone2-4.38384E-004*Zone1*Zone3+3.02502

    E-005*Zone1*Zone4-9.37884E-004*Zone2*Zone3+1.02187E-0

    03*Zone2*Zone4+2.89354E-004*Zone3*Zone4-804.35070*Den

    sity*Density-0.66860*Exausting*Exausting-0.011432*Pitch*Pit

    ch+11.92095*Speed*Speed+1.06169E-004*Zone1*Zone1-4.320

    47E-004*Zone2*Zone2+7.56166E-004*Zone3*Zone3-2.71609E

    -004*Zone4*Zone4

    (31)

    Pre_slope=-1.88973+3.18498*Density+0.34137*Exausting

    +0.010496*Pitch+1.40205*Speed+0.025729*Zone1-1.06295E-0

    03*Zone2-9.16985E-004*Zone3-4.26641E-003*Zone4

    (32)

    Soaking=-42.62885+218.57076*Density-7.15072*Exaustin

    g-1.20651*Pitch-31.95705*Speed-0.13929*Zone1-0.095443*Zo

    ne2+1.71115*Zone3+0.14984*Zone4+0.49181*Density*Exausti

    ng-0.40088*Density*Pitch-19.51806*Density*Speed-0.15707*D

    ensity*Zone1-0.11496*Density*Zone2-0.15945*Density*Zone3

    (33)

  • 31

    +0.010405*Density*Zone4+5.96137E-003*Exausting*Pitch+6.2

    5772*Exausting*Speed-1.39761E-003*Exausting*Zone1+0.049

    411*Exausting*Zone2+0.039750*Exausting*Zone3-0.015020*E

    xausting*Zone4-0.30358*Pitch*Speed-4.82552E-005*Pitch*Zon

    e1+3.58161E-003*Pitch*Zone2+2.05646E-003*Pitch*Zone3+3.

    15148E-003*Pitch*Zone4+0.23032*Speed*Zone1-0.40112*Spe

    ed*Zone2-0.18449*Speed*Zone3+0.26098*Speed*Zone4+1.484

    18E-003*Zone1*Zone2-3.57294E-003*Zone1*Zone3+2.03818E

    -004*Zone1*Zone4-2.81435E-003*Zone2*Zone3+1.59075E-00

    3*Zone2*Zone4-1.00730E-003*Zone3*Zone4-309.14038*Densi

    ty*Density-0.55203*Exausting*Exausting-7.42060E-003*Pitch*

    Pitch-17.25168*Speed*Speed+1.13174E-003*Zone1*Zone1+1.1

    9605E-003*Zone2*Zone2-1.41376E-004*Zone3*Zone3-8.6825

    8E-004*Zone4*Zone4

    Ramp_slope=-0.62178+1.32822*Density+0.15353*Exausti

    ng-2.35349E-003*Pitch+1.17611*Speed-4.08780E-003*Zone1-4

    .84887E-003*Zone2-0.021313*Zone3+0.025440*Zone4

    (34)

    T1=246.91578+65.86502*Density-11.53187*Exausting+1.5

    6322*Pitch-137.12135*Speed-1.19225*Zone1-0.77413*Zone2+

    1.79898*Zone3-0.17545*Zone4+17.21911*Density*Exausting-1

    .79563*Density*Pitch-117.66151*Density*Speed-0.69672*Dens

    ity*Zone1+0.55929*Density*Zone2+0.49012*Density*Zone3-0.

    30632*Density*Zone4-0.034296*Exausting*Pitch-1.74766*Exa

    usting*Speed+7.03445E-003*Exausting*Zone1+0.020222*Exau

    sting*Zone2-8.64803E-003*Exausting*Zone3+0.014928*Exaust

    ing*Zone4-0.38550*Pitch*Speed+2.53976E-003*Pitch*Zone1-4

    .01414E-003*Pitch*Zone2-5.25623E-003*Pitch*Zone3+2.88475

    E-003*Pitch*Zone4+0.25859*Speed*Zone1-0.23774*Speed*Zo

    (35)

  • 32

    ne2-0.56793*Speed*Zone3+0.48277*Speed*Zone4+9.93984E-0

    03*Zone1*Zone2-6.65660E-003*Zone1*Zone3+1.32390E-003*

    Zone1*Zone4-9.43419E-004*Zone2*Zone3-1.93583E-003*Zon

    e2*Zone4-5.12056E-004*Zone3*Zone4

    T2=81.72783+167.09429*Density+8.16056*Exausting+1.8

    4610*Pitch-611.89436*Speed+1.59743*Zone1+1.78438*Zone2

    +0.40479*Zone3-0.90514*Zone4+1.45962*Density*Exausting+

    0.16710*Density*Pitch+49.50970*Density*Speed-0.46744*Den

    sity*Zone1+0.21422*Density*Zone2-0.090627*Density*Zone3

    +7.82152E-003*Density*Zone4+0.010083*Exausting*Pitch-2.8

    6626*Exausting*Speed-8.32939E-003*Exausting*Zone1+3.267

    00E-003*Exausting*Zone2-0.051575*Exausting*Zone3+0.0435

    71*Exausting*Zone4-0.54168*Pitch*Speed+4.50971E-003*Pitc

    h*Zone1-0.016837*Pitch*Zone2+2.07861E-003*Pitch*Zone3+3

    .64676E-004*Pitch*Zone4-0.50330*Speed*Zone1+0.87207*Spe

    ed*Zone2-0.10325*Speed*Zone3+0.13924*Speed*Zone4-6.790

    17E-003*Zone1*Zone2-1.09605E-003*Zone1*Zone3-2.08127E-

    003*Zone1*Zone4+1.62815E-003*Zone2*Zone3+6.96175E-004

    *Zone2*Zone4+2.51732E-003*Zone3*Zone4-359.88640*Densit

    y*Density-0.90329*Exausting*Exausting+9.27201E-005*Pitch*

    Pitch+293.15439*Speed*Speed+2.70183E-003*Zone1*Zone1-5.

    28257E-003*Zone2*Zone2-2.54922E-003*Zone3*Zone3+8.796

    10E-004*Zone4*Zone4

    (36)

    T3=54.22820+0.16858*Density+11.49260*Exausting+0.80

    789*Pitch-38.02844*Speed-0.22685*Zone1+0.90304*Zone2-0.3

    7200*Zone3-0.37157*Zone4-3.08049*Density*Exausting-0.090

    644*Density*Pitch-19.78813*Density*Speed-0.22860*Density*

    Zone1+0.36794*Density*Zone2+0.38007*Density*Zone3-0.012

    (37)

  • 33

    955*Density*Zone4+8.38357E-004*Exausting*Pitch-2.90229*E

    xausting*Speed+1.53605E-003*Exausting*Zone1-6.53618E-003

    *Exausting*Zone2-0.011808*Exausting*Zone3-0.013681*Exaus

    ting*Zone4-0.14977*Pitch*Speed+2.39073E-003*Pitch*Zone1+

    2.19980E-003*Pitch*Zone2-2.55868E-003*Pitch*Zone3-2.1696

    3E-003*Pitch*Zone4+0.054894*Speed*Zone1-0.25775*Speed*

    Zone2+0.22423*Speed*Zone3-0.21837*Speed*Zone4+1.23579

    E-003*Zone1*Zone2+7.80106E-004*Zone1*Zone3+1.08932E-0

    04*Zone1*Zone4+4.45591E-004*Zone2*Zone3+1.15152E-003*

    Zone2*Zone4+8.75086E-004*Zone3*Zone4-120.75423*Density

    *Density-0.33898*Exausting*Exausting-0.014294*Pitch*Pitch+

    47.36859*Speed*Speed-5.13986E-004*Zone1*Zone1-4.12484E

    -003*Zone2*Zone2-9.07270E-004*Zone3*Zone3+5.97125E-00

    4*Zone4*Zone4

    T4=27.68739+64.29870*Density+4.09452*Exausting-0.095

    681*Pitch-98.62117*Speed+0.13879*Zone1+0.84469*Zone2+0.

    36778*Zone3-0.82344*Zone4-3.97043*Density*Exausting+0.06

    4422*Density*Pitch-19.61084*Density*Speed-7.25588E-003*D

    ensity*Zone1-0.30431*Density*Zone2-0.085421*Density*Zone

    3+0.026214*Density*Zone4-0.021739*Exausting*Pitch-2.43614

    *Exausting*Speed-5.56931E-003*Exausting*Zone1+1.56257E-

    004*Exausting*Zone2-0.012143*Exausting*Zone3+8.31144E-0

    03*Exausting*Zone4-0.050839*Pitch*Speed-1.18784E-003*Pitc

    h*Zone1-9.05026E-004*Pitch*Zone2+1.66930E-003*Pitch*Zon

    e3+1.55690E-003*Pitch*Zone4+0.057170*Speed*Zone1+0.341

    10*Speed*Zone2-0.046614*Speed*Zone3-0.082682*Speed*Zon

    e4+1.05905E-003*Zone1*Zone2-4.05293E-004*Zone1*Zone3+

    8.51137E-005*Zone1*Zone4-9.24167E-004*Zone2*Zone3-1.09

    (38)

  • 34

    446E-003*Zone2*Zone4-3.40998E-004*Zone3*Zone4+23.0694

    6*Density*Density-0.098472*Exausting*Exausting-3.74340E-0

    03*Pitch*Pitch+45.71388*Speed*Speed-7.14167E-004*Zone1*

    Zone1-2.22864E-003*Zone2*Zone2+1.68836E-004*Zone3*Zon

    e3+2.04139E-003*Zone4*Zone4

    T5=55.44274+13.85207*Density+0.70463*Exausting+0.22

    177*Pitch-27.14494*Speed-0.022066*Zone1-0.090901*Zone2-0

    .27295*Zone3+0.20170*Zone4

    (39)

    T6=302.00758-299.19952*Density-8.79961*Exausting-1.4

    9783*Pitch-264.16699*Speed-0.31685*Zone1-3.06726*Zone2+

    1.23877*Zone3+0.65749*Zone4+3.26746*Density*Exausting+0

    .84890*Density*Pitch+38.44693*Density*Speed-0.10370*Densi

    ty*Zone1+1.37373*Density*Zone2-0.10037*Density*Zone3-0.2

    5062*Density*Zone4-0.032216*Exausting*Pitch+0.031175*Exa

    usting*Speed-3.40477E-003*Exausting*Zone1-0.026212*Exaus

    ting*Zone2+0.035666*Exausting*Zone3+0.015968*Exausting*

    Zone4+0.48157*Pitch*Speed-3.29122E-003*Pitch*Zone1-2.153

    43E-003*Pitch*Zone2+1.22696E-003*Pitch*Zone3+4.21758E-0

    03*Pitch*Zone4+0.15505*Speed*Zone1+6.05365E-003*Speed*

    Zone2-0.32732*Speed*Zone3+0.50323*Speed*Zone4+4.06558

    E-003*Zone1*Zone2+8.60868E-004*Zone1*Zone3-1.00644E-0

    03*Zone1*Zone4-1.07382E-003*Zone2*Zone3+6.78714E-004*

    Zone2*Zone4-3.20845E-003*Zone3*Zone4+249.90776*Density

    *Density+0.28306*Exausting*Exausting+0.018869*Pitch*Pitch

    +62.29668*Speed*Speed-8.12855E-004*Zone1*Zone1+7.04466

    E-003*Zone2*Zone2+8.06078E-005*Zone3*Zone3-1.37063E-0

    03*Zone4*Zone4

    (40)

  • 35

    表 5 變異數分析表

    Response F-value P-value R-Squared Adj R-Squared

    Peak 193.60

  • 36

    圖 14 Soaking 模型之殘差分析圖 圖 15 Ramp_slope 模型之殘差分析值

    圖 16 T1 模型之殘差分析圖 圖 17 T2 模型之殘差分析值

  • 37

    圖 18 T3 模型之殘差分析圖 圖 19 T4 模型之殘差分析值

    圖 20 T5 模型之殘差分析圖 圖 21 T6 模型之殘差分析圖

  • 38

    4.2 RSM 之最佳化

    本研究以最佳化迴焊溫度曲線作為目標,運用 RSM 之歷史資料模式進行實驗

    因子之最佳化組合,圖 22、圖 23、圖 24 為不同 Density 值之最佳化迴焊溫度曲線

    參數組合圖,Desirability 值在 Density 為 0.1、0.17、0.33 時,依序為 0.931、0.899、

    0.782,顯示各參數組具有相當高的解釋能力,以產品組態之零件體積 0.1(cm3)為

    例,當迴焊爐各輸入變數設定為迴風率=4.79(m3/min)、PCB 間距=14.79(cm)、輸

    送帶速度=0.66 (m/min)、預熱區溫度=152.37(˚C)、浸潤區溫度=170.60(˚C)、熔融

    區溫度 =168.82(˚C)、冷卻區溫度=243.78 (̊C) 時,可取得最佳迴焊溫度曲線,表

    6、表 7、表 8 為各組別最佳化參數組合,實驗後所取得之最佳化參數組合均在學

    者及廠商建議範圍內,請參閱表 3、表 4。

  • 39

    圖 22 Density=0.10 之 RSM 最佳化參數組合圖

  • 40

    圖 23 Density=0.17 之 RSM 最佳化參數組合圖

  • 41

    圖 24 Density=0.33 之 RSM 最佳化參數組合圖

  • 42

    表 6 Density=0.10 之 RSM 最佳化參數組合

    輸入參數 輸出參數

    實驗因子 最佳化值 實驗因子 最佳化值

    Exausting 4.66 Peak 210

    Pitch 12.56 Pre_slope 3.59

    Speed 0.66 Soaking 160

    Zone1 151.70 Ramp_slope 2.20

    Zone2 174.51 T1 110

    Zone3 166.15 T2 69.99

    Zone4 245.12 T3 30.08

    T4 16.95

    T5 29.91

    T6 45.65 表 7 Density=0.17 之 RSM 最佳化參數組合

    輸入參數 輸出參數

    實驗因子 最佳化值 實驗因子 最佳化值

    Exausting 4.88 Peak 210

    Pitch 10.47 Pre_slope 3.71

    Speed 0.68 Soaking 160

    Zone1 141.86 Ramp_slope 2.03

    Zone2 162.76 T1 110

    Zone3 169.97 T2 69.99

    Zone4 231.55 T3 30.29

    T4 15.57

    T5 27.40

    T6 45.01

  • 43

    表 8 Density=0.33 之 RSM 最佳化參數組合

    輸入參數 輸出參數

    實驗因子 最佳化值 實驗因子 最佳化值

    Exausting 3.31 Peak 210

    Pitch 17.11 Pre_slope 4.30

    Speed 0.69 Soaking 155.99

    Zone1 165.96 Ramp_slope 2

    Zone2 164.44 T1 112.01

    Zone3 182.96 T2 69.99

    Zone4 246.97 T3 29.99

    T4 15.29

    T5 28.77

    T6 48.42

    4.3 NLP 之最佳化

    本研究以 LINDO Systems 公司所開發的 LINGO 9.0 非線性規劃專用套裝軟

    體作為求解工具,運用全域求解模式取得最佳迴焊曲線參數,程式編碼與執行程

    式結果如附錄二,其中 Density 為 0.17 時,實驗結果顯示無法同時滿足所有限制條

    件,分析 Lingo 提供最接近最佳解之最佳參考解後,得知 Peak 值低於預設範圍值

    0.00003441573、Soaking 低於預設範圍值 0.00002957923,其他變數則均在預設範

    圍內,由於誤差範圍極小,因此認定並不影響實驗結果。表 9、表 10、表 11 為各

    組別最佳化參數組合,實驗後所取得之最佳化參數組合均在學者及廠商建議範圍

    內。

  • 44

    表 9 Density=0.10 之 NLP 最佳化參數組合

    輸入參數 輸出參數

    實驗因子 最佳化值 實驗因子 最佳化值

    Exausting 5.50 Peak 205.11

    Pitch 2.25 Pre_slope 3.52

    Speed 0.63 Soaking 150.00

    Zone1 141.26 Ramp_slope 2.34

    Zone2 151.28 T1 106.05

    Zone3 164.70 T2 72.41

    Zone4 238.67 T3 29.63

    T4 16.01

    T5 30.46

    T6 58.12 表 10 Density=0.17 之 NLP 最佳化參數組合

    輸入參數 輸出參數

    實驗因子 最佳化值 實驗因子 最佳化值

    Exausting 4.73 Peak 205.00

    Pitch 2.25 Pre_slope 3.54

    Speed 0.64 Soaking 150.00

    Zone1 141.27 Ramp_slope 2.24

    Zone2 151.28 T1 111.22

    Zone3 158.68 T2 76.14

    Zone4 230.00 T3 31.44

    T4 14.84

    T5 30.48

    T6 51.34

  • 45

    表 11 Density=0.33 之 NLP 最佳化參數組合

    輸入參數 輸出參數

    實驗因子 最佳化值 實驗因子 最佳化值

    Exausting 5.50 Peak 205.05

    Pitch 2.25 Pre_slope 4.27

    Speed 0.63 Soaking 150.00

    Zone1 141.26 Ramp_slope 2.71

    Zone2 151.28 T1 121.10

    Zone3 159.77 T2 72.99

    Zone4 236.68 T3 30.06

    T4 12.45

    T5 34.42

    T6 48.89

  • 46

    五、 結論與未來展望

    SMT 發展至今以相當成熟,涵蓋多種製造產業,諸如電子通訊、航太科技、

    汽車工業等,各種組態之產品、零組件、原材料、生產設備等,SMT 相關技術研

    發也相當迅速,現今消費性電子產業競爭激烈,如何以低成本、高品質及最短產

    出時間,快速反應市場需求,為各家電子組裝代工業者相當重要之課題。

    SMT 製程中迴焊品質等同於產品品質,而迴焊製程涉及多種變數,且呈現複

    雜之非線性交互作用,使製程工程師難以掌控,再者,不管生產技術如何演變,

    都必須涉及生產不同產品組態時,所進行之產線產前整備,以及調配處理生產線

    上之多種類迴焊製程問題,未來產業朝向客製化、少量、多樣之多元化生產方式,

    必然會造成製程工程師在製程掌控上之負擔。

    快速、正確且簡單之產前整備,是目前產業界最主要之訴求,因此,本研究

    運用實驗設計法配合反應曲面法建立數學預測模型,分別應用反應曲面法及非線

    性歸化法進行最佳化求解,得到不同零件體積之最佳迴焊溫度曲線參數組合,均

    能符合廠商及學者之建議範圍,對於過去迴焊溫度曲線的調整,依造經驗法則採

    取試誤法的方式,容易造成生產資源耗損,因此,本研究提出一套多品質特性之

    製程最佳化程序,協助製程工程師處理迴焊製程參數最佳化之問題,減少產品換

    線及新產品開發之時間與成本。

    本研究所提出 SMT 迴焊製程參數最佳化,對於電子組裝代工業者提供下述之

    幫助:

    運用實驗設計法配合反應曲面法對迴焊製程進行資料分析,處理迴焊製程參

    數間非線性之交互關係,成功求得用以釐清各輸出參數之反應曲面模型。

    目前迴焊製程參數組合之最佳化並無一標準可循,本研究運用 RSM 與 NLP

    預測出最佳迴焊參數組合,提供產業界作為迴焊製程掌控之參考。

    最佳化迴焊製程參數組合,協助供爾後研究或業者製程改善之參考,進而增

  • 47

    加迴焊品質、降低產品換線之整備時間與生產資源之耗損。

    本研究仍有許多未完善之處,最後提出以下幾點建議,最為後續相關研究之

    參考:

    本研究實驗對象是零件體積依序為 0.1、0.17 與 0.33 之產品組態最佳化預測,

    迴焊溫度曲線模型僅能應用在相似產品組態上,現階段各式產品組態相當多元,

    後續可藉由本研究之實驗過程與經驗,針對其他產品組態進行實驗。

    本研究之實驗樣本為實驗設計後所得,若能收集實務資料進行研究分析,與

    所求出之迴焊溫度曲線進行比較分析,俾能使研究中提出的多品質特性之製程最

    佳化程序更具真實性。

    本研究只考慮迴焊製程之迴焊溫度曲線輸出符合產品品質要求,然而如何有

    效所短生產時間,是業界相當重視之問題,故後續研究可結合時間限制相關條件

    進行探討。

  • 48

    參考文獻

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  • 51

    附錄一

    實驗設計所取得數據表

    Density Exausting Pitch Speed Zone1 Zone2 Zone3 Zone4 Peak Pre_slope Soaking Ramp_slope T1 T2 T3 T4 T5 T6

    #1 0.1 2.5 1 0.55 140 150 145 230 185 2.9 133 2.1 127 82 34 15 32 64

    #2 0.17 5.5 21 0.55 140 150 145 255 229 3.7 143 3.2 128 102 41 18 48 41

    #3 0.33 4 11 0.55 140 150 145 280 229 3.7 140 3.6 125 88 40 16 52 37

    #4 0.1 4 21 0.85 140 150 165 230 189 3.7 139 2.3 93 49 24 13 32 38

    #5 0.17 2.5 11 0.85 140 150 165 255 202 3.1 136 2.8 94 57 26 11 31 36

    #6 0.33 5.5 1 0.85 140 150 165 280 218 4.0 145 4.1 91 54 21 10 35 29

    #7 0.1 5.5 11 0.7 140 150 185 230 205 4.2 161 1.7 101 60 26 17 19 53

    #8 0.17 4 1 0.7 140 150 185 255 221 3.1 160 2.3 105 66 27 15 24 49

    #9 0.33 2.5 21 0.7 140 150 185 280 220 3.1 149 2.5 118 64 29 17 37 37

  • 52

    續表

    Density Exausting Pitch Speed Zone1 Zone2 Zone3 Zone4 Peak Pre_slope Soaking Ramp_slope T1 T2 T3 T4 T5 T6

    #10 0.33 2.5 11 0.85 140 165 145 230 176 3.3 130 2.1 89 50 26 15 32 30

    #11 0.1 5.5 1 0.85 140 165 145 255 201 3.9 139 3.4 77 57 22 14 33 30

    #12 0.17 4 21 0.85 140 165 145 280 220 3.5 140 4.1 91 54 29 13 36 23

    #13 0.33 4 1 0.7 140 165 165 230 196 3.7 152 2.2 114 70 28 10 28 52

    #14 0.1 2.5 21 0.7 140 165 165 255 202 2.6 143 2.0 118 59 28 16 33 42

    #15 0.17 5.5 11 0.7 140 165 165 280 241 3.4 157 3.5 104 68 30 13 35 34

    #16 0.33 5.5 21 0.55 140 165 185 230 213 3.9 173 1.4 154 84 34 17 22 68

    #17 0.1 4 11 0.55 140 165 185 255 224 3.1 168 1.9 135 87 30 20 28 66

    #18 0.17 2.5 1 0.55 140 165 185 280 240 2.4 157 2.7 135 90 37 16 36 53

    #19 0.17 2.5 21 0.7 140 180 145 230 193 2.9 146 2.2 116 58 30 13 33 38

  • 53

    續表

    Density Exausting Pitch Speed Zone1 Zone2 Zone3 Zone4 Peak Pre_slope Soaking Ramp_slope T1 T2 T3 T4 T5 T6

    #20 0.33 5.5 11 0.7 140 180 145 255 215 4.4 151 3.7 114 65 33 10 47 35

    #21 0.1 4 1 0.7 140 180 145 280 220 3.2 149 3.7 93 66 28 13 36 38

    #22 0.17 4 11 0.55 140 180 165 230 211 3.2 167 1.7 130 90 34 19 31 55

    #23 0.33 2.5 1 0.55 140 180 165 255 211 2.9 157 2.3 141 88 36 13 35 62

    #24 0.1 5.5 21 0.55 140 180 165 280 243 3.6 167 3.1 120 87 37 19 41 42

    #25 0.17 5.5 1 0.85 140 180 185 230 205 3.7 168 1.8 76 56 17 15 15 44

    #26 0.33 4 21 0.85 140 180 185 255 211 4.5 158 2.5 91 52 22 11 26 40

    #27 0.1 2.5 11 0.85 140 180 185 280 215 2.8 150 2.8 102 57 23 16 30 34

    #28 0.33 5.5 1 0.7 165 150 145 230 193 5.0 144 2.9 98 68 24 11 34 40

    #29 0.1 4 21 0.7 165 150 145 255 204 3.9 139 2.8 118 63 32 15 42 39

  • 54

    續表

    Density Exausting Pitch Speed Zone1 Zone2 Zone3 Zone4 Peak Pre_slope Soaking Ramp_slope T1 T2 T3 T4 T5 T6

    #30 0.17 2.5 11 0.7 165 150 145 280 222 3.5 137 3.3 108 67 32 15 37 35

    #31 0.33 2.5 21 0.55 165 150 165 230 197 3.7 145 1.9 132 98 34 17 32 56

    #32 0.1 5.5 11 0.55 165 150 165 255 222 4.2 152 2.4 119 94 36 17 41 61

    #33 0.17 4 1 0.55 165 150 165 280 244 3.4 148 3.2 119 105 38 18 42 46

    #34 0.33 4 11 0.85 165 150 185 230 195 4.8 147 1.9 86 55 26 14 23 42

    #35 0.1 2.5 1 0.85 165 150 185 255 194 3.0 143 2.0 90 50 18 13 21 52

    #36 0.17 5.5 21 0.85 165 150 185 280 239 4.5 160 3.3 85 61 21 15 28 36

    #37 0.17 5.5 11 0.55 165 165 145 230 210 4.0 153 2.4 118 101 40 18 41 41

    #38 0.33 4 1 0.55 165 165 145 255 213 4.4 148 3.1 123 94 36 16 41 46

    #39 0.1 2.5 21 0.55 165 165 145 280 226 3.0 145 2.9 139 87 39 20 47 42

  • 55

    續表

    Density Exausting Pitch Speed Zone1 Zone2 Zone3 Zone4 Peak Pre_slope Soaking Ramp_slope T1 T2 T3 T4 T5 T6

    #40 0.17 2.5 1 0.85 165 165 165 230 187 3.5 141 2.1 81 59 22 18 20 42

    #41 0.33 5.5 21 0.85 165 165 165 255 211 5.6 154 3.1 80 58 20 12 31 33

    #42 0.1 4 11 0.85 165 165 165 280 219 3.8 149 3.0 90 56 29 18 33 27

    #43 0.17 4 21 0.7 165 165 185 230 209 4.2 163 1.5 103 73 28 17 24 46

    #44 0.33 2.5 11 0.7 165 165 185 255 209 4.0 151 2.3 110 65 30 15 29 44

    #45 0.1 5.5 1 0.7 165 165 185 280 234 3.8 158 3.1 93 76 27 17 29 49

    #46 0.1 5.5 21 0.85 165 180 145 230 193 4.3 150 2.4 89 48 26 16 29 22

    #47 0.17 4 11 0.85 165 180 145 255 209 4.3 151 3.2 88 56 25 15 28 33

    #48 0.33 2.5 1 0.85 165 180 145 280 202 3.7 138 3.6 86 54 23 12 33 34