田口试验设计的改进及其在钢板印刷制程中的应用

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1、武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1．1研究的背景与意义随着近年来半导体及电子产业的迅猛发展，带动了整个电子相关产业生产技术的蓬勃发展，其中表面贴装技术(SurfaceMountingTechnology。SMT)的日益成熟，在电子工业中所扮演的角色更是不容轻视。表面贴装元件(SurfaceMountDevice，SMD)的扁平化与微细化，使得印刷电路板(Printedcircuitboard，PcB)的组装尺寸更加缩小，电路布线也呈现出高密度化的趋势。SMT的不断升级换代有效的响应了市场需求，使得各类功能强大且体积轻薄短小的消费性电子产品成为可能。电子产品的

2、轻薄短小化趋势促使0201型元器件被越来越广泛地采用，因此，企业直接面对着如何提高自身的SMT制程能力，以更好的应对元器件的小型化趋势。SMT制程是以钢板印刷、表面贴装元件置放、回焊或波焊为主要步骤。其中钢板印刷制程在生产线中扮演第一个重要的步骤，印刷后若锡膏量不足，焊点将可能发生空焊，而若锡膏量过多，则可能发生桥接现象而产生短路。Ekere[¨、JianbiaoPan【21、RichardS．【3l等都在其研究中指出钢板印刷为关键步骤，甚至推断SMT制程的缺陷中有高达52％至71％与钢板印刷制程不当有关。一方面，影响钢板印刷制程中锡膏厚度的参数包括钢板厚度、

3、钢板开孔尺寸及形状、刮刀材质、刮刀压力与角度、印刷速度、脱模速度、擦拭频率、锡膏种类与钢板印刷时所处的环境温度、湿度等诸多因素。倘若钢板印刷品质不佳，后续制程中的元件置放准确度与极佳的焊接温度曲线亦难以弥补潜在的焊接品质缺陷。另一方面，目前与钢板印刷制程相关的先期或进行中的研究相对匮乏，且影响焊接良率与品质的参数尚未定义完全[4-71。因此，对于任何一家SMT企业来说，如何对影响钢板印刷制程的参数进行合理化设置变得尤为重要，它将直接关系到SMT产品的质量以及由此而引发的巨大品质效益。本研究正是在上述背景下，通过对田口试验设计进行必要的改进，并运用于0201型元

4、器件的钢板印刷制程中，实现对有关参数的优化设计，达到提高钢武汉理工大学硕士学位论文板印刷制程能力的目标，并为量产做准备。1．2国内外研究现状1．2．1田口试验设计的理论研究田口试验设计自田口博士于50年代首次提出以来，伴随着应用面的不断扩大，有多位学者进行了再研究，并提出了相应的改进与建议。一方面，众多学者从理论与应用的角度对田口试验设计进行了探讨，主要分为以下两个方面：(1)在方法的效果评价方面：牛勇【引、刘德智【91、王更新【101等都论证了或用实例论证了田口试验设计的应用价值，是一种低成本、高质量、高可靠性、缩短开发周期和具有竞争力的产品开发方法。曾风章

5、【ll】于文中指出在实际的应用中，并未将田口方法的功用发挥到极致，田口试验设计有待推广，田口试验设计的标准化成为势在必行的一步。(2)在方法的改进方面：潘尔顺【12】，对田口损失函数进行了修正，提出了不对称的田口损失函数，并建立了相应数学模型；李泳鲜【13,14】提出了明确目标和模糊目标两种望目特性信噪比的修正计算式；钟晓芳fI5】建议采用直接从定义出发计算望大特性信噪比的方法；范汉钦【16】对田口试验设计中的静态分析部分进行了程序化研究；张军【171与陈裕明‘1叼各自提出了一种解决多质量特性参数设计的优化方案。郑称德【19J根据动态理论提出了将静态特性问题转

6、化为动态特性问题，进而应用动态田口方法进行设计的解决方案。刘春涛ml提出了模糊健壮设计中望大特性和望小特性的分位数型设计准则，并根据模糊健壮设计原理，建立了望大特性与望小特性的模糊健壮设计优化模型。曹全禹【2I】探讨了望目特性和望大特性SN比的统一计算公式，使之适用于各种信息来源。另一方面，该方法也遭到了西方经典统计质量专家的诸多批评，主要有三类具有代表性的观点【9l【22l：(1)由于田口试验设计所采用的内外表方法要求进行大量的试验，这无疑是对企业资源的一种极大的浪费。(2)由于田口博士在内表中采用的是饱和或近饱和的二水平或三水平试验设计，这种设计使得可控因

7、子的主效应和二阶交互效应混淆起来，使试验无2武汉理工大学硕士学位论文法考察可控因子的二因子交互效应。而这是导致试验得出错误结论的主要原因，G．E．BOX等人已通过试验证实了这一点。(3)田口博士用S／N比作为衡量稳健性性能的主要指标缺乏数学理论依据。整体来讲，对田口试验设计的批评主要体现在试验次数有待优化、主效应与交互效应有待区分、信噪比S／N的数学基础有待加强。而对于田口试验设计的改进而言，主要集中在如何构建合适的品质特性计算公式与分析模型来应对多种品质特性。1．2．2田口试验设计的应用研究田口试验设计是为了改进试验设计的成本效益而发展出来的一套试验设计方法

8、。自创立以来，受到了国际上的高度称赞和