Analysis of Defects Generated by the Reflow Soldering inSMT (Surface Mount Technology) Assembly Applying the Six Sigma Method

Analysis of Defects Generated by the Reflow Soldering in
SMT (Surface Mount Technology) Assembly Applying the Six Sigma Method
چکیده:

تحلیل عیوب ایجاد شده توسط لحیم کاری Reflow
مجموعه SMT (Surface Mount Technology) با استفاده از روش شش سیگما

فرآیند لحیم‌کاری مجدد (Reflow Soldering) در خط مونتاژ SMT به‌کار

گرفته شده است. مراحل تعریف (Define) و اندازه‌گیری (Measure) تکمیل شده‌اند، مرحله تحلیل (Analyze) در حال اجرا است و مراحل بهبود (Improve) و کنترل (Control) در مراحل بعدی انجام خواهند شد. در طی فرآیند لحیم‌کاری مجدد، عیوب موجود بر روی ماژول‌های حافظه مونتاژ شده و لایه‌های اولیه‌ای که از کوره عبور کرده‌اند، طبقه‌بندی و اندازه‌گیری شده‌اند. لکه‌های لحیم و شار (Flux) روی کانکتور لبه ماژول‌ها و همچنین سطح لایه‌های اولیه مشاهده شده است. مشخص شد که این عیوب در داخل کوره لحیم‌کاری مجدد ایجاد می‌شوند که نشان‌دهنده آلودگی کوره است. دو نوع خمیر لحیم و همچنین دو پروفایل دمایی برای بررسی تحلیل شدند. نتایج نشان داد که تعداد عیوب ناشی از کوره به پروفایل دمایی وابسته نیست. از سوی دیگر، تعداد عیوب به نوع خمیر لحیم مورد استفاده بستگی دارد. تحلیل حالت و اثرات خرابی (FMEA) نیز انجام شد. به‌عنوان نتیجه، عوامل اصلی خرابی در فرآیند لحیم‌کاری مجدد شناسایی شدند که شامل نرخ گرمایش، دمای اشباع، سرعت نقاله، دمای لحیم‌کاری مجدد، زمان لحیم‌کاری مجدد و نرخ خنک‌سازی بودند.

در دهه 1980، تکنولوژی SMT (تکنولوژی نصب سطحی) به یکی از روش‌های اصلی مونتاژ بوردهای مدار چاپی (PCB) تبدیل شد. در این تکنولوژی، قطعات با استفاده از لحیم‌کاری موجی یا لحیم‌کاری مجدد (Reflow Soldering) به بورد لحیم می‌شوند.

در روش لحیم‌کاری مجدد، خمیر لحیم با استفاده از شابلون بر روی نواحی تماسی الگو شده روی PCB اعمال می‌شود، سپس قطعات بر روی این نواحی قرار داده شده و بورد در مرحله لحیم‌کاری مجدد قرار می‌گیرد. امروزه، فرآیند لحیم‌کاری مجدد با استفاده از جابه‌جایی اجباری هوای گرم (Forced Convection) روش غالب است.

در فرآیند مونتاژ SMT ممکن است عیوبی ایجاد شود که منجر به نیاز به بازکاری یا حتی دور ریختن PCB‌ها شود، که این امر هزینه‌ها را افزایش و کیفیت را کاهش می‌دهد. برای کاهش تعداد این عیوب، اجرای روش‌های کنترل کیفیت ضروری است. مونتگومری یک جدول زمانی از روش‌های کیفیت ارائه می‌دهد که روند تکاملی این موضوع را نشان می‌دهد.

شش سیگما (Six Sigma)، که در دهه 1980 توسط شرکت موتورولا توسعه یافت، یکی از این روش‌ها است. شش سیگما یک رویکرد مبتنی بر کنترل آماری فرآیند (SPC) است. هدف این روش دستیابی به سطح توانایی فرآیند معادل 3.4 نقص در هر میلیون فرصت (DPMO) با کاهش نوسانات فرآیند (انحراف معیار) است. ابزارهای آماری به طور گسترده‌ای برای درک فرآیند تولید و پیش‌بینی نتایج فرآیند به کار گرفته می‌شوند.

روش شش سیگما (Six Sigma) با استفاده از روش DMAIC قابل اجرا است که شامل پنج مرحله می‌شود: تعریف (Define)، اندازه‌گیری (Measure)، تحلیل (Analyze)، بهبود (Improve)، و کنترل (Control). در این روش‌شناسی:

1. ابتدا، یک محصول، یک فرآیند، گام‌های فرآیند و مشتری تعریف می‌شوند. عیوب شناسایی شده و نیازهای مشتری مشخص می‌شود.
2. در مرحله دوم، ویژگی‌های کلیدی اندازه‌گیری می‌شوند. دیاگرام علت و معلول، نقشه فرآیند، و ماتریس علت و معلول ساخته می‌شوند.
3. در مرحله سوم، داده‌های جمع‌آوری‌شده با استفاده از ابزارهای آماری مانند FMEA (تحلیل حالات خرابی و اثرات آن)، DOE I (طراحی آزمایش‌ها – بخش اول)، و DOE II تحلیل می‌شوند. علت‌های اصلی عیوب شناسایی می‌شوند.
4. در مرحله چهارم، فرآیند بهبود یافته و یک بازه برای فرآیند تعریف می‌شود. راه‌حل‌های مشکلات ایجاد شده و تغییرات فرآیندی اعمال می‌گردد.
5. در مرحله پنجم، فرآیند تحت کنترل قرار می‌گیرد، یعنی فرآیند پایش می‌شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ تغییری غیرمنتظره رخ نمی‌دهد.

برای شناسایی فرآیند لحیم‌کاری مجدد با استفاده از یک کوره هوای داغ با جابجایی اجباری، در این پژوهش روش شش سیگما از طریق اجرای روش‌ DMAIC اعمال شده است.

روش تجربی:

در این پژوهش، از کوره لحیم‌کاری مجدد با جابجایی اجباری هوای گرم مدل Conceptronic HVA 102 استفاده شده است. این کوره در فرآیند SMT که تحت بررسی است، به‌کار گرفته می‌شود. بردهای مدار چاپی (PCB) توسط نقاله از داخل کوره عبور داده می‌شوند. کوره دارای هفت منطقه گرمایش و یک منطقه خنک‌سازی است. دمای هر منطقه گرمایشی تنظیم می‌شود تا پروفایل دمایی مطلوب در نقاط اتصال لحیم ایجاد شود.

هر منطقه گرمایشی شامل یک سیستم دمنده بالایی و پایینی است که جریان هوا را از میان گرم‌کن‌ها و صفحات انتشار عبور می‌دهد و جت‌های هوای داغی تولید می‌کند که بردها را گرم می‌کند. بخش عمده‌ای از هوا در داخل یک منطقه به گردش درمی‌آید، اما بخشی از آن به منطقه بعدی عبور می‌کند. در آخرین منطقه، بخشی از هوا تخلیه می‌شود و این کاهش با تزریق هوای تازه جبران می‌گردد. این فرآیند تبادل تدریجی هوا در داخل کوره، تعادلی میان جلوگیری از اشباع بیش از حد محیط کوره با ترکیبات فرار و بهینه‌سازی کارایی حرارتی ایجاد می‌کند.

ویژگی کلیدی جابجایی اجباری هوای گرم این است که PCB و قطعات مونتاژ شده تقریباً در تعادل حرارتی با هوای گرم قرار دارند، که باعث آسان‌تر شدن تنظیم دما و کاهش نوسانات دمایی در سراسر برد می‌شود.

دو مرحله اول روش‌ DMAIC برای تحلیل فرآیند لحیم‌کاری مجدد (Reflow Soldering) با استفاده از کوره لحیم‌کاری مجدد هوای گرم و جابجایی اجباری مدل Conceptronic HVA 102 انجام شده است. در نتیجه، عیوب ایجادشده در طول فرآیند لحیم‌کاری مجدد دسته‌بندی و اندازه‌گیری شدند. بررسی این عیوب از طریق بازرسی ماژول‌های حافظه مونتاژ شده و لایه‌های اولیه انجام شد.

مرحله سوم تحلیل یا Analysis به صورت جزئی پیاده‌سازی شده است.
تحلیل FMEA Failure Mode and Effect Analysis – تحلیل حالات خرابی و اثرات آن نیز به انجام رسیده و حالات خرابی شناسایی شده‌اند.

مرحله تعریف:

تصمیم گرفته شد که روش شش سیگما برای بهینه‌سازی فرآیند لحیم‌کاری مجدد (Reflow) در مونتاژ SMT اعمال شود. ماژول حافظه DDR (Double Data Rate) که در شکل 1 نشان داده شده است، به‌طور تصادفی به‌عنوان محصولی برای تحلیل انتخاب شد. ماژول‌های حافظه DDR به دو صورت وجود دارند: ماژول‌هایی که قطعات فقط بر روی یک سمت PCB (تک‌سمته) نصب شده‌اند و ماژول‌هایی که قطعات بر روی هر دو سمت (دو‌سمته) نصب شده‌اند.

در هر دو حالت، هر ماژول دارای یک کانکتور لبه‌ای با 92 پین است که بر روی هر سمت با روکش طلای الکترودیپوزیت شده الگوگذاری شده است. هر پین دارای عرض 1 میلی‌متر و طول 2.4 میلی‌متر است. سمتی که ابتدا مونتاژ می‌شود “سمت A” نامیده می‌شود و سمت دیگر “سمت B”. هر ماژول حافظه دارای عرض 133 میلی‌متر و طول 32 میلی‌متر است.

پانل‌هایی که مجموعه‌ای از ماژول‌های حافظه را تشکیل می‌دهند، به جای پردازش هر ماژول حافظه به‌صورت جداگانه، از طریق خط مونتاژ SMT پردازش می‌شوند و ماژول‌ها تنها پس از اتمام لحیم‌کاری مجدد جدا می‌شوند. هر پانل شامل 7 ماژول حافظه است و دارای عرض 144 میلی‌متر و طول 238 میلی‌متر می‌باشد.

جریان مونتاژ SMT برای ماژول‌های دوبل (دو‌سمته) در شکل 2 نشان داده شده است. فرآیند چاپ شابلون قبلاً با استفاده از روش شش سیگما بهینه‌سازی شده است و پژوهش حاضر بر فرآیند لحیم‌کاری مجدد تمرکز دارد. پس از اتمام لحیم‌کاری مجدد، آزمایش‌های الکتریکی و بازرسی‌های بصری انجام می‌شوند. بنابراین، این مراحل به‌عنوان مشتریان فرآیند لحیم‌کاری مجدد در نظر گرفته می‌شوند

دو خمیر لحیم‌کاری در این کار مورد استفاده قرار گرفته‌اند، یعنی خمیر لحیم‌کاری C و خمیر لحیم‌کاری D.

ویژگی‌های خمیر لحیم‌کاری C:

• آلیاژ: 62Sn36Pb2Ag
• نوع پودر: 3 (با اندازه مش -325/+500)
• میزان بار فلزی: 90.25 درصد وزنی

ویژگی‌های خمیر لحیم‌کاری D:

• آلیاژ: 62Sn36Pb2Ag
• نوع پودر: 3 (با اندازه مش -325/+500)
• میزان بار فلزی: 90 درصد وزنی

برای دستیابی به لحیم‌کاری قابل‌اطمینان، مهم است که پروفیل دمای توصیه‌شده توسط سازنده خمیر لحیم‌کاری در محل اتصال لحیم رعایت شود. پروفیل دما یک منحنی از دمای محل اتصال لحیم در تابع زمان بازجریان است و با استفاده از ترموکوپل‌های متصل به یک پانل مرجع و با استفاده از پروفیلر دمایی M.O.L.E. (ثبت‌کننده رویدادهای چندکاناله) شرکت ECD Inc اندازه‌گیری می‌شود.

پانل مرجع دارای ۸ ماژول تک‌رو با پنج IC لحیم‌شده است. دو IC روی ماژول اول، یک IC روی ماژول پنجم و دو IC دیگر روی ماژول هشتم لحیم شده‌اند. توزیع IC‌ها روی پانل و همچنین محل اتصال‌های لحیمی که ترموکوپل‌ها به آنها متصل شده‌اند، به صورت شماتیک در شکل 3 نشان داده شده است. هدف از این تنظیم، مشاهده تغییرات دما در سراسر صفحه است.

نوک ترموکوپل‌ها با قلع لحیم می‌شوند و سیم‌های ترموکوپل با استفاده از نوارچسب‌های مقاوم به دمای بالا به برد متصل می‌شوند تا تنش مکانیکی که ممکن است اتصال لحیم را بشکند، به حداقل برسد. هر ترموکوپل به یک کانال از تجهیزات M.O.L.E. متصل است. در نتیجه، پنج پروفیل هر بار که پانل مرجع از داخل کوره عبور می‌کند، اندازه‌گیری می‌شود. هر پانل مرجع حداکثر تا ۲۰ بار می‌تواند بدون کاهش کیفیت مورد استفاده قرار گیرد.

پروفیل دمایی اندازه‌گیری‌شده برای حالتی که از خمیر لحیم‌کاری C استفاده می‌شود، در شکل 4a نشان داده شده است. پروفیل دمایی برای حالتی که از خمیر لحیم‌کاری D استفاده می‌شود، در شکل 4b نمایش داده شده است.

برای هر خمیر لحیم، فقط یک پروفیل دما نشان داده شده است. چهار پروفیل دیگر برای هر خمیر لحیم حذف شده‌اند، اما بسیار نزدیک به پروفیل‌هایی هستند که نمایش داده شده‌اند.

ب. مرحله اندازه‌گیری

به منظور یافتن علل احتمالی عیوب در فرآیند لحیم‌کاری بازجریان (reflow soldering)، نمودار علت و معلول که به عنوان نمودار استخوان ماهی نیز شناخته می‌شود، تهیه گردید. این نمودار در شکل 5 نشان داده شده است.

این نمودار حاصل یک فرآیند طوفان فکری (brainstorming) است که با مشارکت افراد متخصص در زمینه مهندسی فرآیند، شناسایی ویژگی‌ها، آزمایش و عملیات تهیه شده است.

نمودار علت و معلول به شناسایی متغیرهایی که باید در نقشه فرآیند (فلوچارت) در نظر گرفته شوند، کمک می‌کند. نقشه فرآیند در شکل 6 نشان داده شده است.

زیر فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریان (reflow soldering) در ستون “جریان فرآیند” (Process Flow) ذکر شده‌اند، شامل:

• زمان توقف
• حمل‌و‌نقل توسط نوار نقاله
• پیش‌گرمایش
• مرحله خیس‌شدن (soak)
• لحیم‌کاری بازجریان (reflow)
• خنک‌سازی

برای هر مرحله، متغیرهای ورودی مرتبط با زیر فرآیندها در ستون “ورودی‌ها” (Inputs) فهرست شده‌اند. به همین ترتیب، نقص‌های مرتبط با زیر فرآیندها در ستون “خروجی‌ها” (Outputs) آورده شده‌اند. این متغیرهای خروجی در نمودار علت و معلول شناسایی شده‌اند. همچنین، مقادیر معمولی و بازه‌های مربوط به مقادیر متغیرهای خروجی نیز در ستون “خروجی” (Outputs)، در صورت موجود بودن، ذکر شده‌اند.

پارامترهای کلیدی تعیین شدند و یک ماتریس علت و معلول، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده، تولید شد.

جزئیات ماتریس:

• هر خط از ماتریس به یک علت احتمالی عیب (متغیر ورودی) مرتبط است.
• هر ستون مربوط به یک عیب (متغیر خروجی) می‌باشد.

در خط “اولویت برای مشتری” (priority for the customer) در شکل 7:

• هر عنصر یک مقدار بین 1 تا 10 است که به صورت اختیاری برای نشان دادن میزان آسیب‌زایی عیب برای مشتری نسبت داده شده است. مقدار بزرگتر به معنی عیب بحرانی‌تر است.

همچنین:

• هر عنصر ماتریس یک مقداری است که نشان‌دهنده شدت تاثیرگذاری متغیر ورودی بر عیب می‌باشد.
  • اگر متغیر ورودی به عیب مربوط نباشد، مقدار 0 نسبت داده می‌شود.
  • اگر احتمال جزئی وجود داشته باشد که متغیر بر عیب اثر بگذارد، مقدار 1 نسبت داده می‌شود.
  • اگر متعادل به نظر برسد که متغیر بر عیب اثر بگذارد، مقدار 4 نسبت داده می‌شود.
  • اگر قطعاً مشخص باشد که متغیر بر عیب اثر می‌گذارد، مقدار 9 نسبت داده می‌شود.

مجموع نهایی: در ستون “Total”، مجموع حاصل‌ضرب مقادیر هر عنصر با مقادیر عناصر متناظر در خط “اولویت برای مشتری” ارائه شده است. سپس، خطوط ماتریس بر اساس مقادیر ستون “Total” مرتب می‌شوند، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است.

مرحله آخر به ما کمک می‌کند که تحلیل حالت و اثر خرابی (FMEA) را در مرحله تحلیل انجام دهیم.

اکنون لازم است میزان واقعی نقص‌ها در فرآیند بازجریان (reflow) اندازه‌گیری شود (انواع و مقادیر). دو اجرای مونتاژ SMT با ۶۱ صفحه تک‌رو و یک اجرای مونتاژ با ۴۷ صفحه دو‌رو انجام شد. یکی از مونتاژهای SMT با ۶۱ صفحه از خمیر لحیم‌کاری D استفاده کرد و دو مونتاژ SMT دیگر، با ۶۱ صفحه و ۴۷ صفحه، از خمیر لحیم‌کاری C استفاده کردند. برای تعیین نقص‌ها، تمامی صفحات به صورت بصری مورد بازرسی قرار گرفتند.

در حالی که صفحات (برد) از کل فرآیند SMT عبور می‌کنند، این احتمال وجود دارد که علت نقص مربوط به فرآیند بازجریان نباشد بلکه یکی از فرآیندهای قبلی باشد. برای یافتن اینکه کدام نقص‌ها در طول فرآیند بازجریان ایجاد شده‌اند، ۲۰ لایه اولیه به ابعاد ۱۵۴ میلی‌متر عرض و ۶۰ میلی‌متر طول به صورت تصادفی در طول جریان عادی بازجریان ماژول‌های حافظه که با خمیر لحیم‌کاری C مونتاژ شده بودند، از داخل کوره عبور داده شدند. به طور مشابه، ۴۰ لایه در طول بازجریان ماژول‌های حافظه مونتاژ شده با خمیر لحیم‌کاری D عبور داده شدند. برخی از این لایه‌ها در هر دو طرف مس داشتند و برخی دیگر فقط در یک طرف. این لایه‌ها با استفاده از میکروسکوپ نوری مورد تحلیل قرار گرفتند.

مقدار ۱ نشان‌دهنده حداقل شدت عیب برای مصرف‌کننده است. اما زمانی که شدت عیب برای مصرف‌کننده بالا در نظر گرفته شود، مقدار ۱۰ اختصاص داده می‌شود.

بالاترین مقادیر اختصاص‌داده‌شده به عیب‌های مربوط به هر حالت، به فیلد “شدت (SEV)” منتقل می‌شوند. در فیلد “علت احتمالی” مشکلاتی که می‌توانند منجر به بروز حالت خرابی شوند، فهرست شده‌اند.

در فیلد “رخداد (OCCUR)”، نرخ وقوع هر یک از این مشکلات تخمین زده می‌شود. امتیاز رخداد به احتمال وقوع مشکل مربوط است و مقداری بین ۱ تا ۱۰ است.

مقدار ۱ نشان‌دهنده احتمال بسیار کم وقوع مشکل است. هرچه مقدار بیشتر باشد، احتمال وقوع مشکل نیز بالاتر است.

اقداماتی که می‌توان برای جلوگیری از وقوع مشکل انجام داد، به همراه روش‌هایی که برای نظارت بر مشکلات و رسیدگی به علل آنها استفاده می‌شوند، به هر یک از مشکلات مرتبط است و در فیلد “کنترل‌های فعلی – تشخیص current controls – detection نشان داده شده‌اند. صفحه20

در قسمت “کنترل‌های فعلی – پیشگیری”“current controls – prevention، اقداماتی برای جلوگیری از وقوع مشکلات مشخص می‌شود. برای هر اقدام، یک مقدار در مقیاس 1 تا 10 برای توصیف احتمال تشخیص حالت خرابی اختصاص داده می‌شود. مقادیر بین پرانتز نمایش داده شده‌اند. مقدار 1 نشان می‌دهد که احتمال تشخیص بسیار بالا است، یعنی حالت خرابی قطعاً تشخیص داده خواهد شد. مقدار 10 نشان می‌دهد که احتمال تشخیص بسیار پایین است، یعنی حالت خرابی قطعاً تشخیص داده نخواهد شد. کوچک‌ترین مقدار بین مقادیر اختصاص داده‌شده به “کنترل‌های فعلی” برای هر حالت خرابی به قسمت “تشخیص (DETEC)” منتقل می‌شود.

در قسمت “عدد اولویت ریسک (RPN)”، حاصل ضرب شدت، وقوع و شاخص تشخیص (یا رتبه‌بندی) داده می‌شود. هرچه مقدار بالاتر باشد، حالت خرابی مرتبط بحرانی‌تر است. برای علت‌های بالقوه‌ای که مقادیر RPN بالاتری دارند، اقدامات لازم برای حل مشکلات در قسمت “اقدامات توصیه‌شده” توصیف می‌شود. هدف اقدامات توصیه‌شده کاهش شاخص‌های وقوع، شدت و تشخیص (یا رتبه‌بندی) است.

برای FMEA انجام‌شده در این مطالعه، فرآیند به بخش‌های منطقه پیش‌گرمایش، منطقه توقف، منطقه ذوب مجدد و منطقه خنک‌کننده تقسیم شد.

اقدامات براساس مقادیر موجود در عدد اولویت ریسک (RPN) رتبه‌بندی شده‌اند. طراحی آزمایش (DOE) به عنوان اقدامات توصیه‌شده در صورتی که علت بالقوه مشخصات ناکافی حالت خرابی باشد، معرفی شده است. حالت‌های خرابی که تجزیه و تحلیل خواهند شد عبارتند از: نرخ گرمایش، دمای توقف، سرعت نوار نقاله، دمای ذوب مجدد، زمان ذوب مجدد، و نرخ خنک‌سازی. در این مرحله، اقدام بعدی تعریف آزمایش‌ها خواهد بود.

حالت‌های خرابی که تحلیل خواهند شد عبارتند از: نرخ گرمایش، دمای توقف، سرعت نوار نقاله، دمای ذوب مجدد، زمان ذوب مجدد، و نرخ خنک‌سازی. در این مرحله، اقدام بعدی تعریف آزمایش‌ها خواهد بود.

III. نتایج و بحث به شرح زیر است:

ماژول‌های حافظه از طریق بررسی بصری تحلیل شدند. اگرچه تعداد زیادی از عیوب برای مونتاژ SMT در مقالات گزارش شده‌اند، مانند گوی‌های لحیم، دانه‌های لحیم، اثر , tombstoning و غیره
solder balls_ solder beads_ Tombstoning solder

تنها عیوبی که روی صفحات ما یافت شد، لکه‌هایی روی کانکتورهای لبه‌ای بودند. از آنجا که این تنها عیوب یافت شده بودند، تصمیم گرفته شد تا این عیوب مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. تعداد این عیوب در جدول I خلاصه شده است. شایان ذکر است که یک ماژول حافظه تک‌طرفه فقط یک‌بار از میان کوره ریفلو عبور می‌کند، در حالی که ماژول حافظه دوطرفه دو بار عبور می‌کند. هر دو نوع ماژول دارای همان الگوی کانکتور لبه‌ای هستند. اختلاف جزئی در چگالی عیب بین “وجه A” و “وجه B” قابل اغماض در نظر گرفته شد، اما لازم است تعداد بیشتری از صفحات (برد) تجزیه و تحلیل شوند تا این فرض بررسی شود.

همچنین ذکر این نکته ضروری است که فقط تعداد کمی از صفحات برد تحلیل شدند. بنابراین، نتایج حاضر نشان نمی‌دهند که لکه‌های لبه لحیم تنها عیوب ایجادشده در فرآیند لحیم‌کاری مجدد ما هستند.

برای بررسی انواع دیگر عیوب، صفحات بیشتری باید تجزیه و تحلیل شوند.

عیوب در دو گروه طبقه‌بندی شدند: لکه‌های لحیم و لکه‌های حلال یا فلاکس. در این مطالعه، به نوع دوم عیب فقط به عنوان لکه فلاکس اشاره می‌شود. لکه‌های لحیم مشاهده‌شده با میکروسکوپ نوری در شکل‌های 9a و 9b نشان داده شده‌اند و لکه فلاکس در شکل 9c نمایش داده شده است. با این حال، لکه‌های لحیم و لکه‌های فلاکس به‌راحتی در طول بازرسی بصری، یعنی بدون استفاده از میکروسکوپ نوری، قابل تفکیک نیستند. بنابراین، در این مطالعه که تعداد زیادی صفحه باید مورد تحلیل قرار گیرند، که تنها با بازرسی بصری امکان‌پذیر است، این دو نوع عیب تفکیک نشدند.

وجود لکه‌های فلاکس سه احتمال را نشان می‌دهد:
 فلاکس از خمیر لحیم که روی نقاط تماس( پد مسی ) الگوگذاری شده، قرار می‌گیرد، می‌آید؛ بقایای فلاکس به‌عنوان محصول فرعی یک فرآیند چاپ ناقص وجود دارد؛ یا محیط کوره با فلاکس اشباع شده است، حتی با وجود اینکه کوره به‌طور دقیق طراحی شده است تا چنین اثری را به حداقل برساند. فرضیه آخر به نظر می‌رسد منطقی‌تر باشد زیرا کانکتور لبه‌ای به‌طور قابل‌توجهی از نقاط تماس نقاط تماس( پد مسی )  دور است و فرآیند چاپ با دقت بهینه‌سازی شده است.

همین تحلیل برای لکه‌های لحیم_ solder spots نیز معتبر است، اما در ابتدا پذیرش اینکه لکه‌های لحیم ممکن است داخل کوره oven ایجاد شوند کمی دشوار بود و آزمایش‌های بیشتری لازم بود. بسیار منطقی‌تر است که بگوییم مرحله چاپ شابلون منبع این نوع نقص است.

عیوبی روی سطح لمینت‌های دست‌نخورده یافت شدند و این عیوب نیز به دو گروه لکه‌های حلال یا فلاکس شکل 10a و لکه‌های لحیم شکل 10b طبقه‌بندی شدند. این‌ها همان عیوب مشاهده‌شده روی کانکتورهای لبه‌ای هستند. این نتایج نشان می‌دهند که لکه‌های لحیم حتی روی لمینت‌هایی ظاهر می‌شوند که هرگز با خمیر لحیم تماس نداشته‌اند. بنابراین، مشخص است که لکه‌های لحیم می‌توانند داخل کوره reflowایجاد شوند، که این موضوع نشان‌دهنده آلودگی کوره است. به عبارت دیگر، لکه‌های لحیم حتی اگر مرحله چاپ شابلون کامل باشد نیز می‌توانند ظاهر شوند.

هنوز مشخص نشده که کدام قسمت از کوره آلوده است و اینکه آیا می‌توان این آلودگی را حذف کرد. این احتمال وجود دارد که آلودگی به نوع کوره‌ای که استفاده می‌شود وابسته باشد. محیط تقریباً بسته‌ای که هوا در آن به طور مکرر گردش می‌کند ممکن است مانع حذف لکه‌های فلاکس و لحیم شود.

عیوبی روی سطح لمینت‌های دست‌نخورده یافت شدند و این عیوب نیز به دو گروه لکه‌های حلال یا فلاکس (شکل 10a) و لکه‌های لحیم (شکل 10b) طبقه‌بندی شدند. این‌ها همان عیوب مشاهده‌شده روی کانکتورهای لبه‌ای هستند. این نتایج نشان می‌دهند که لکه‌های لحیم حتی روی لمینت‌هایی ظاهر می‌شوند که هرگز با خمیر لحیم تماس نداشته‌اند. بنابراین، مشخص است که لکه‌های لحیم می‌توانند داخل کوره ریفلو ایجاد شوند، که این موضوع نشان‌دهنده آلودگی کوره است. به عبارت دیگر، لکه‌های لحیم حتی اگر مرحله چاپ شابلون کامل باشد نیز می‌توانند ظاهر شوند.

هنوز مشخص نشده که کدام قسمت از کوره آلوده است و اینکه آیا می‌توان این آلودگی را حذف کرد. این احتمال وجود دارد که آلودگی به نوع کوره‌ای که استفاده می‌شود وابسته باشد. محیط تقریباً بسته‌ای که هوا در آن به طور مکرر گردش می‌کند ممکن است مانع حذف لکه‌های فلاکس و لحیم شود.

تعداد عیوب روی لمینت‌های دست‌نخورده که به‌صورت تصادفی از میان کوره عبور داده شدند، در حالی که صفحات با خمیر لحیم C ذوب مجدد شدند، در شکل 11a نشان داده شده است. با فرض توزیع نرمال، میانگین 1.95 عیب در هر سطح و انحراف استاندارد 1.64 عیب در هر سطح تعیین شد. به همین ترتیب، تعداد عیوب روی لمینت‌های دست‌نخورده که به‌صورت تصادفی از میان کوره عبور داده شدند، در حالی که صفحات با خمیر لحیم D ذوب مجدد شدند، در شکل 11b نشان داده شده است. میانگین 1.80 عیب در هر سطح و انحراف استاندارد 1.64 عیب در هر سطح تعیین شد.

نتایج نشان می‌دهند که تعداد عیوب روی لمینت‌ها که در داخل کوره ریفلو ایجاد شده‌اند، با تغییر پروفایل دمایی از خمیر لحیم C به خمیر لحیم D تغییر نمی‌کند. همچنین تعداد عیوب با این واقعیت که صفحات مجاور لمینت‌ها با خمیر لحیم C یا D مونتاژ شده‌اند، تغییری نمی‌کند.

چگالی متوسط عیوب ایجادشده در داخل کوره ریفلو در زمان استفاده از خمیر لحیم C به مقدار 2.11×10-4 defects/mm2عیب در هر میلی‌متر مربع محاسبه شده است و انحراف استاندارد 1.78×10-4 defects/mm2عیب در هر میلی‌متر مربع است. به‌طور مشابه، برای لمینت‌هایی که از میان کوره ریفلو در زمان استفاده از خمیر لحیم D عبور داده شدند، چگالی متوسط 1.95×10-4 defects/mm2عیب در هر میلی‌متر مربع و انحراف استاندارد 3091.2 mm2 عیب در هر میلی‌متر مربع محاسبه شده است.

با توجه به مساحت کل اشغال‌شده توسط پین‌های کانکتور لبه‌ای در هر صفحه، که برابر با3091.2 mm2 میلی‌متر مربع است، تعداد عیوب ایجادشده داخل کوره در کانکتور لبه‌ای را می‌توان از ضرب چگالی متوسط عیب در مساحت اشغال‌شده توسط کانکتور لبه‌ای محاسبه کرد.

مقادیر مورد انتظار برای هر آزمایش در جدول II نشان داده شده‌اند. لازم به ذکر است که یک ماژول دوطرفه دو بار از میان کوره عبور می‌کند و تعداد عیوب مورد انتظار دو برابر است. زمانی که خمیر لحیم C استفاده می‌شود، مقادیر مورد انتظار حتی بیشتر از مقادیر تجربی هستند. بنابراین، برای خمیر لحیم C می‌توان گفت که تمام عیوب مشاهده‌شده روی کانکتورهای لبه‌ای در داخل کوره ریفلو ایجاد می‌شوند. اما زمانی که خمیر لحیم D استفاده می‌شود، مقدار مورد انتظار بسیار کمتر از مقادیر تجربی است.

بنابراین، نمی‌توان کوره را به‌عنوان تنها منبع عیوب در موردی که از خمیر لحیم D استفاده می‌شود در نظر گرفت. لذا می‌توان نتیجه گرفت که تعداد عیوب ایجادشده در طول لحیم‌کاری مجدد به نوع خمیر لحیمی که استفاده می‌شود بستگی دارد. با این حال، از این مطالعه نمی‌توان به این نتیجه رسید که خمیر لحیم D در طول لحیم‌کاری مجدد تعداد عیوب بیشتری نسبت به خمیر لحیم C ایجاد می‌کند.

همچنین احتمال وجود دارد که عیوب مربوط به مرحله چاپ خمیر لحیم باشند. به عبارت دیگر، ممکن است کیفیت چاپ خمیر لحیم D پایین‌تر از کیفیت چاپ خمیر لحیم C باشد و این امر منجر به نتایج فعلی شده باشد.

نتیجه‌گیری‌ها 

ما شروع به اجرای روش شش سیگما با استفاده از متدولوژی DMAIC برای تحلیل فرآیند ریفلو در یک خط مونتاژ SMT کرده‌ایم. آزمایش الکتریکی و بازرسی بصری به‌عنوان مشتریان فرآیند ریفلو تعیین شدند. ماژول حافظه DDR به‌عنوان محصولی که باید تحلیل شود انتخاب شد.

در این مطالعه، لکه‌های لحیم و فلاکس روی کانکتورهای لبه‌ای ماژول‌های حافظه به‌عنوان رایج‌ترین عیوب شناسایی شدند. مطالعه حاضر نشان داد که کوره ریفلو می‌تواند حداقل بخشی از این عیوب را ایجاد کند. همچنین نشان داده شد که این عیوب می‌توانند به‌شدت تحت تأثیر نوع خمیر لحیم مورد استفاده قرار گیرند.

طراحی آزمایش گام بعدی در مرحله تحلیل خواهد بود. اقدامات لازم برای حذف مهم‌ترین علل بالقوه عیوب تعریف خواهند شد. علل بالقوه‌ای که باید بررسی شوند عبارتند از: نرخ گرمایش، دمای توقف، سرعت نوار نقاله، دمای ریفلو، زمان ریفلو و نرخ خنک‌سازی.