降低BGA焊接
空洞缺陷率
客户：xxxx
黑带：xx
倡导者：xxx
BGA (Ball Grid Array) BGA (Ball Grid Array) 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。
背景：BGA及其使用
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
在2003年1月18日举行的
6SIGMA成果发布会上荣获
二等奖
项目荣誉
目 录
Define (定义 )： 1、确定项目关键
2、制订项目规划
3、定义过程流程
Measure (测量 )： 1、确定项目的关键质量特性Y
2、定义Y的绩效标准
3、验证Y的测量系统
Analyze (分析 )： 1、了解过程能力
2、定义项目改进目标
3、确定波动来源
Improve (改进 )： 1、筛选潜在的根源
2、发现变量关系
3、建立营运规范
Control (控制 )： 1、验证输入变量的测量系统
2、确定改进后的过程能力
3、实施过程控制
项目实施流程
1.定义 2.测量 3.分析 4.改进 5.控制
DMAIC
公司生产线
手机板
客户投诉：
手机事业部投诉，公司
加工的手机板中BGA焊接质
量不好，返工量比较大，
而在其它公司加工的BGA则
返工量极少。
顾客的呼声
B’24
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
BGA焊接返工原因分析
目前公司加工的手机板中BGA的返修
率超过了1％。具体分布如下图：
空洞所
占比例
最高为
%
由于不是100％
检查，还有大量
的焊接空洞问题
未得到修复
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
BGA焊接空洞的危害
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
可靠性低；
生产效率低；
合格率低；
返修成本高。
焊接空洞过大的影响：
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
由于无法对BGA的焊接
进行100％检查，从而进
行返工，还有大量的
BGA焊接空洞缺陷的手
机发给用户，严重影响
手机的使用可靠性。
BGA焊接问题描述
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％。
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
与竞争对手的比较情况
A A100 Motorola8088 Nokia8210
随机抽Motorola、Nokia和我公司5只手机进行检测，
结果如下：
MotorolaBGA有空洞的焊球数占总焊球数的6%， Nokia为9%,而且
空洞的面积与焊球的面积比均在10％以内 。
我公司在60%以上,空洞的面积与焊球的面积比有的超过20％。
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
差距很大！
公司关于手机的战略
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
产品质量是手机实现跨越式发展的重
要支撑
“……2003年的上台
阶(50亿发货任务)及
2004年手机经营进入
一个新的境界才是我
们的阶段目标 。”
——总经理
必须提高
产品质量！
项目关键
根据前面的分析，为
提高手机单板的焊接
质量，确定本项目的
关键（即CTQ-关键
质量特性）为： BGA焊接
空洞缺陷率
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
过程高端流程图
Supplier
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
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
项目审批立项
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
详见附件1 项目立项和成果评估报告
网上立项、批准
业务聚焦（Business case）
• 提高手机产品质量，降低生产返修率，使顾客
更加满意；
• 直接收益100万/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
形象，增加市场竞争力，扩大市场份额增加营
业收入。
项目进度（Project Plan） 团队组成（Team）
目标确定（Goal Statement）
• 通过分析找出造成BGA焊接空洞的根本
原因；
• 将BGA焊接空洞缺陷率由目前的63％降
到20％以下（见分析阶段目标确定）。
项目范围（Project Scope）
• 针对手机产品；
• 涉及生产、工艺、质量等环节。
问题陈述（Problem Statement）
• 手机板BGA的焊点的空洞比例高达60％ ；
• 手机板BGA焊点空洞的面积比严重的超过20
％；
• 随着手机产品作为公司重点产品，销量越来
越大，投诉越来越多。
项目规划
xx 质量部 项目策划、组织实施
xx 工艺部 项目实施
xx 工艺部 工艺分析改进
xx 工艺部 工艺分析改进
xx 工艺部 工艺分析改进
xx 质量部 项目实施
xx 生产部 回流温度曲线调校
项目里程碑 7/5-7/31 8/1-9/15 9/15-10/15 10/15-11/31 12/1-12/30
定义
测量
分析
改进
控制
M A I CD
11、确定项目关键、确定项目关键
22、制订项目规划、制订项目规划
33、定义项目流程、定义项目流程
项目实施流程
1.定义 2.测量 3.分析 4.改进 5.控制
DMAIC
选择项目的关键质量特性Y
BGA焊接空洞的缺陷率
BGA焊接空洞的
缺陷数
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
在几个可能选择的关键质量特性
Y中，这是比较好的一个！
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
确定项目的关键质量特性Y
根据前面的分析，
确定本项目的关键
质量特性（即 Y）
为： BGA焊接空洞
与焊球的面积比
最大值
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
对Y的定义
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
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
焊球面积
BGA焊接空洞与焊球的面积比最大（即Y）值
是一个BGA所有焊点中空洞面积比的最大值
Y的绩效标准
公司标准：
结合IPC标准制定空洞接受标准：
IPC标准：
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
见公司标准，编号
空洞/焊球面积比超过10%即为空洞缺陷
每个BGA只要有一个焊球空洞缺陷，即为不合格。
测量系统分析
• 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？
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
测量系统分析
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，再
进行第三次测量。共获得108个数据。
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
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
测量系统分析
Variability 图
直观可以看出：
操作者和测量次数
之间的变差很小。
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
部分测量数据
测量的数
据结果
测量系统分析
方差分析结果： PARETO图：
从方差分析结果和PARETO图可以看出：焊点的变差
占%，测量次数之间的变差只占%。
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
测量系统分析
<10%
10%~30%
>30%
GR&R<10％，
测量系统有效
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
详见附件3 AXI-RAY测试仪的测量系统分析
测量阶段小结
M A I CD
11、确定关键质量特性、确定关键质量特性YY
22、定义、定义YY的绩效标准的绩效标准
33、验证、验证YY的测量系统的测量系统
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。
项目实施流程
1.定义 2.测量 3.分析 4.改进 5.控制
DMAIC
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
BGA焊接空洞缺陷的现状
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
有8种，由于A100板生产
量最大，选定项目
的改进从A100
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
洞面积最大的焊点
作为样本，抽取6
班共36个数据。
当前Y的过程能力分析
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
部分测量数据
详见附件4--改进前
的过程能力分析
W检验结果不能拒绝是正态分布的假设
IR控制图中的检验无异常点，表明过程稳定
当前过程能力分析
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
数据分析
当前短期过程能力Cpk= ，非常低，迫切需要改进。
过程能力指数
当前过程能力分析
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
改进目标
63%63%
题目：降低题目：降低
BGABGA焊接空焊接空
洞不合格率洞不合格率
2002/122002/12
20%20%
2002/72002/7
目标描述：
从2002年7月到
2002年12月，手
机板BGA焊接空洞
不合格率降低到
20%以下。
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
过 程 流 程 图
焊膏印刷 检查回流焊
Y’S
印刷不良
Y’S
焊接空洞缺陷
X’S 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
Y’S
焊接缺陷
X’S 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BGA焊接空洞缺陷的潜在因素有31项
X’S
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
X‘S
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
Y’S
来料不良
物料和设计
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
原因结果矩阵
应用原因结果矩阵，找出影响BGA焊接空洞的关键潜在因素12项
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
过程 FMEA分析
通过FMEA：从12个因子中找出6项对
BGA焊接空洞有潜在影响的因素
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
详见附件2
FMEA分析结果
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
FMEA确定的
主要潜在影
响因子
分析阶段小结
•当前短期过程能力： Cpk=
•确定了改进目标
•引起BGA焊接空洞不良的潜在原因：
焊膏牌号
焊膏暴露时间
峰值温度
回流时间
保温时间
改进阶段
M A I CD
11、了解过程能力、了解过程能力
22、定义改进目标、定义改进目标
33、确定波动来源、确定波动来源
项目实施流程
1.定义 2.测量 3.分析 4.改进 5.控制
DMAIC
焊膏的选择
M A I CD
11、筛选关键少数、筛选关键少数
22、发现变量关系、发现变量关系
33、建立营运规范、建立营运规范
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
焊接的BGA，
其空洞面积比
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：H0：Y1=Y2=……=Y5
HA：有任意两个不等
特征值： BGA焊接空洞面积比最大值
单位： ％
试验结果如下表：
焊膏的选择
M A I CD
11、筛选关键少数、筛选关键少数
22、发现变量关系、发现变量关系
33、建立营运规范、建立营运规范
详见附件5 焊膏选择的多重比较试验分析
正态性检验
仅以691A和
670i焊膏为例
均为正态分布
焊膏的选择
M A I CD
11、筛选关键少数、筛选关键少数
22、发现变量关系、发现变量关系
33、建立营运规范、建立营运规范
独立性检验
仅以691A和
670i焊膏为例
数据均是独立的
焊膏的选择
M A I CD
11、筛选关键少数、筛选关键少数
22、发现变量关系、发现变量关系
33、建立营运规范、建立营运规范
方差相等
方差相等性检验
焊膏的选择
M A I CD
11、筛选关键少数、筛选关键少数
22、发现变量关系、发现变量关系
33、建立营运规范、建立营运规范
其他三种焊膏的
结果数据也都通过了
独立性和正态性检验
691A导致的空洞最大面
积比最小，RP15次之。
焊膏的选择
M A I CD
11、筛选关键少数、筛选关键少数
22、发现变量关系、发现变量关系
33、建立营运规范、建立营运规范
焊膏比较试验结果
691A与其它焊
膏有显著差异
确定关键影响因子（DOE）
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
影响因子呢？
六个因素
M A I CD
11、筛选关键少数、筛选关键少数
22、发现变量关系、发现变量关系
33、建立营运规范、建立营运规范
