维普资讯 http://www.cqvip.com ＣＮ４３—１２５８／ＴＰ 计算机工程与科学 ２００６年第２８卷第７期 ＩＳＳＮ １００７—１３０Ｘ ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖｏ１．２８。Ｎｏ．７，２００６ 文章编号：１００７－１３０Ｘ（２００６）０７—０１０５—０４ 无铅焊接中Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ现象产生的原因及抑制对策 Ｔｈｅ Ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ａｎｄ ｔｈｅ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ Ａｇａｉｎｓｔ ｔｈｅ Ｌｉｆｔ —ｏｆｆ Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ Ｏｃｃｕｒｅｄ ｉｎ Ｌｅａｄ－Ｆｒｅｅ Ｗａｖｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ 李元山。陈旭 ＬＩ Ｙｕａｗｓｈａｎ。ＣＨＥＮ Ｘｕ （国防科技大学计算机学院。湖南长沙４１００７３） （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ。Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３。Ｃｈｉｎａ） 摘要：本文首次提出三要素法来解释Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ的形成机理。相比传统的“Ｂｉ－Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ”失效机理，“三要素法”可以 解释含Ｂｉ和不合Ｂｉ的所有无铅钎料产生或不产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的原因，并由此找出了Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的抑制对策。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｔｈ ｔｈｅ“ｔｈｒｅｅ－ｆａｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ’＇ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｔｉｍｅ ｔＯ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ １ｉｆｔ－ｏｆｆ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａ１“Ｂｉ－Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ＇’ｉｎｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ＇‘ｔｈｒｅｅ－ｆａｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ”ｃａｎ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ １ｉｆｔ－ｏｆｆ ｆｏｒｍｅｄ ｏｒ ｎｏｎ－ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ａｌｌｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｂｉｓｍｕｔｈ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｒｅｓｔｒａｉｎｉｇｎ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ａ— ｇａｉｎｓｔ １ｉｆｔ－ｏｆｆ ａｒｅ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｎ． 关键词：无铅钎料；波峰焊；Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ；三要素法 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：１ｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ；ｗａｖｅ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ；１ｉｆｔ－ｏｆｆ￣ｔｈｒｅｅ－ｆａｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ 中图分类号：ＴＧ４４ 文献标识码：Ａ 或少会对焊点的内在质量产生影响，因此一定要搞清楚其 １ 引言 产生的机理以及影响因素，并找出行之有效的抑制对策。 电子工业采用无铅焊料来代替锡铅焊料已成为一种必 ２含Ｂｉ无铅钎料Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ产生的机理 然的趋势。欧盟早在１９９８年７月就已提出禁铅的议案和 时间表［１］，２００３年２月更是通过正式法律条文要求在２００４ 日本学者对含Ｂｉ钎料的Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ现象进行了详细的研 年７月彻底禁铅［２］。期间，世界各地广泛开展了无铅焊料 究［７ ］，得出了被称之为Ｂｉ－Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ的失效机理。如图 的研究与应用［３ ］，并纷纷制定本国的禁铅时间表。然而， １所示，在降温接近固化点时，含Ｂｉ钎料会在某局部区域 在采用无铅焊料进行通孔基板波峰焊接时常常会发生 从浆态逐渐硬化进而成为固态，形成鱼骨状的枝状结晶。 Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ焊接故障，对焊点质量造成隐患，从而影响了无铅 伴随枝晶成长形成的溶解物，Ｂｉ会向液相排出，使残留在 焊接技术的推广。Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ又称Ｆｉｌｌｅｔ Ｌｉｆｔｉｇｎ，是指环形焊 液相中的Ｂｉ增加，枝晶中的Ｂｉ含量减少，产生微量偏析。 盘与Ｆｉｌｌｅｔ（焊料与元件引腿端点之间形成的弯月面）界面 在Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ的生成过程中，Ｂｉ的富积液会朝着开裂顶端作 发生的剥离。目前，在汉语里尚无与之对应的确切术语。姑 类似毛细管状态的运动。靠近Ｃｕ焊盘界面生长的枝晶顶 且称之为环面焊点浮裂。最早在学术界作Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ现象报 部会产生Ｂｉ的浓化和富积，使该部位枝晶的形成推迟。由 告的是英国人Ｖｉｎｃｅｎｔ［６］，通过使用Ｓｎ－７．５Ｂｉ一２Ａｇ－Ｏ．５Ｃｕ 于通孔内部热量不易散出，内部温度比Ｆｉｌｌｅｔ与焊盘的接 无铅钎料，在Ｃｕ焊盘和钎料Ｆｉｌｌｅｔ界面发现并确认了Ｌｉｆｔ－ 合处要高得多。凝固是从Ｆｉｌｌｅｔ外部开始的，但在接近Ｃｕ ｏｆｆ现象。此后，这种现象在许多含Ｂｉ的无铅合金应用上 焊盘拐角处、在凝固的最后阶段仍留存液相状态。它们会 被发现。尽管Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ现象经各种焊接可靠性试验证明不 向孔内温度高的地方流动，在垂直方向对Ｆｉｌｌｅｔ产生拉力。 会进一步恶化，但它毕竟是困扰电子组装的一种病毒，或多 与此同时，Ｆｉｌｌｅｔ上部还要受到其它应力（凝固收缩、热收 １０５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 缩、基板形变等）的作用，最终导致Ｉ ｉｆｔ－ｏｆｆ的发生。 （６）当ＰＣＢ基材改为Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ（聚酰亚氨）时，Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ 发生率大大降低，有时候甚至观察不到Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象。 （７）元器件引脚直径的影响。引脚直径越粗Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ发 生率越高。 （８）焊盘直径的影响。焊盘直径越大越容易发生Ｌｉｆｔ－ ｏｆｆ现象。 １００ Ｂｉ—Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ失效机理认为，合金的微观结构中是否 有枝晶形成和有微量偏析存在是产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的关键因素， 其它因素只起辅助作用。该理论的确可以解释很多常见的 Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象，如Ｂｉ的浓度变化与Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象发生率的关 系、引线直径同Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ发生率的关系以及加入Ｉｎ、Ｐｂ等微 量元素对Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ发生率的影响等。然而，我们在实际生产 科研中却发现，在波峰焊接过程中，不含 的无铅钎料随 着焊接工艺的改变也会产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象；而含Ｂｉ的钎料 在焊接不同材料的ＰＣＢ时，相同工艺条件下却没有发生 Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象。这到底是什么原因呢？ 图１ Ｂｉ存在时Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ发生的机理 ３试验设计 为了弄清产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的真正原因，我们设计以下试验： （１）试验板设计。ＰＣＢ基板为ＦＲ－４（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ作为对 比）；尺寸为１５０ｍｍＸ２００ｒａｍ，厚度为１．６ｍｍ和２．Ｏｍｍ两 种；基板的通孔／焊盘尺寸为 １．Ｏｍｍ／￣１．９ｍｍ。 （２）试验用元器件：１４引脚的双列直插器件ＤＩＰ－１４，引 脚镀层分别为ｓｎ和Ｓｎ－１０Ｐｂ。 （３）试验钎料共四种：Ｓｎ一３．０Ａｇ－３．０Ｂｉ、Ｓｎ－３．５Ａｇ一０． ７５Ｃｕ、Ｓｎ－０．７Ｃｕ－０．３Ａｇ和Ｓｎ－３．ＳＡｇ。 （４）焊接工艺：波峰焊炉炉温２４５￣２７０℃，基板传输速 度０．５ｍ～２．Ｏｍ／ｍｉｎ连续可调，焊炉后端接有液冷装置，冷 却速度最高可达１００℃／秒。 ４试验结果 试验结果如下： （１）Ｂｉ含量的影响。从图２可以看到，在常规工艺下， 不含Ｂｉ的无铅钎料波峰焊接时不产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象，这正 是Ｖｉｎｃｅｎｔ所观察到的现象。 （２）元器件引脚镀层的影响。从图３可以看到，当元器 件引脚镀层中Ｐｂ含量为１Ｏ 时，不论是何种无铅钎料，在 绝大多数情况下都会发生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象。 （３）基板传输速度的影响。图４显示，降低传输速度可 以减少Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的发生率，而且不同钎料减少的程度不同。 （４）冷却速度的影响。所有无铅钎料在自然冷却的情 况下，Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ发生率为１００ ，但如果采用快速冷却方式， 则Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ发生率明显降低。当冷却速度为２０℃／秒时，发 生率为４ ～６ ；５０℃／秒时，发生率为１％～３％；而当冷 却速度达到１００℃／秒时，发生率降为０ 。 （５）不同厚度基板的影响。当ＰＣＢ基板的厚度由１．６ｒｎｍ 增加到２．０ｎｍａ时，各种钎料的Ｌｉｆ［＿０ｆｆ发生率都明显增加。 ］Ｏ６ ３．０Ｂｉ ０．７５Ｃｕ ０．３Ａｇ 材料 图２引脚镀层为ｓｎ，传输速度为ｌ‘２ｍ／ｍｉｎ １００ １００ １００ 瓣 阻 ｒ晤ｒＩ ∞ 舳 ∞ ∞ 加 Ｏ Ｓｎ一３．０Ａｇ－Ｓｎ－３．５Ａｇ－Ｓｎ－－Ｏ．７Ｃｕ－Ｓｎ一３．５Ａｇ ３．０Ｂｉ ０．７５Ｃｕ ０．３Ａｇ 材料 图３ 引脚镀层为Ｓｎ－１０Ｐｂ，传输速度为１．２ｍ／ｍｉｎ Ｓｎ一３．０Ａｇ—Ｓｎ一３．ＳＡｇ—Ｓｎ一０．７Ｃｕ—Ｓｎ一３．５ＡＳ ３．０Ｂｉ ０．７５Ｃｕ ０．３Ａｇ 材料 图４引脚镀层为Ｓｎ－１０Ｐｂ，传输速度为０．６ｍ／ａｒｉｎ ５ Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ产生的真正原因 通过仔细分析以上试验现象，我们找到了问题的实质： Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ现象与钎料的熔融温度区域、钎料的延伸率以及钎 料和ＰＣＢ基板的热膨胀系数（ＣＴＥ）密切相关，如表Ｉｃ。 和 表２所示。试验结果中的所有现象均可用这三个因素加以 解释。 表１试验所用钎料的熔融温度及延伸率 焊料 ｓｎ－３７Ｐｂ Ｓｎ ｓ ７Ｃｕ。ＳＡｇｎ－３．５Ａｇ 维普资讯 http://www.cqvip.com 表２相关材料的热膨胀系数 用的只有三个因素：钎料的熔融温度区域、延伸率和热膨胀 系数（ＣＴＥ）。我们不妨将这种分析方法称之为三要素法。 ６抑制Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ的对策 根据三要素法很容易就可以找到抑制Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的对策。 （１）在进行电路设计时，将通孔插装形式尽量改成 （１）结合图２、图３、图４和表１可以看出，熔融温度区 域越大的钎料越容易产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ，共晶合金产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ ＳＭＴ表面贴装形式，以便从源头上避免Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的产生。 若必须设计成通孔，则应在布局范围允许的情况下尽量将 现象的很少。这是因为当焊点冷却时，温度达到固相线的 一端开始凝固，而温度高的另一端依然是液相，凝固的过程 会变得很长，等通孔内的合金完全凝固时，Ｃｕ焊盘及基板 材料早已冷却并发生收缩。这种收缩力与通孔内合金凝固 时产生的拉力共同作用，结果便出现了Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ。熔融温度 区域越大，这种作用越明显。含Ｂｉ的合金熔融温度区域往 往很大，因此最容易产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ。同样，不含Ｂｉ的合金只 要熔融温度区域很大，就有可能发生Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ。由此可解释 图２～图４中四种钎料Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ发生率产生变化的原因。 但是，同样是熔融温度区域很大的合金，如果冷却速度足够 快，Ｃｕ焊盘及基板材料的收缩还没来得及产生作用凝固就 已完成，因此大大降低Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ产生的几率，这也就解释了 试验结果（３）和（４）。 （２）钎料的延伸率越大，越不容易产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ。这是 因为延伸率越大的钎料，在ＰＣＢ及Ｃｕ焊盘开始冷却并产 生收缩时，能够使从通孔内部到Ｃｕ焊盘表面的钎料产生 足够的拉伸而保证Ｃｕ焊盘与钎料不开裂。从表１的数据 可以看出，Ｓｍ３７Ｐｂ的延伸率最大，因此Ｓｒｒ３７Ｐｂ钎料从不 产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ；而含Ｂｉ的钎料延伸率却非常小，产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ 现象也就不足为奇了。试验结果（１）也就很容易解释了。 用延伸率的影响还可以解释试验结果（５），ＰＣＢ基板越厚， 通孔中钎料的拉伸距离就越长，也就越容易将Ｃｕ焊盘上 的钎料拉起，从而产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ。试验结果（７）和（８）也同样 可得到解释。 （３）相关材料的热膨胀系数（ＣＴＥ）的大小是否是产生 Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象的重要原因。从表２我们可以看到，ＰＣＢ基板 ＦＲ－４在Ｚ轴方向的ＣＴＥ远远大于钎料的ＣＴＥ，但在Ｘ、ｙ 方向又小于钎料，在冷却收缩的过程中产生双重剪切力，因 此特别容易产生Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ。相比较而言，Ｓｎ＿３７Ｐｂ的ＣＴＥ要 大于其它金属和合金，因而在焊接过程中被拉裂的可能性 小，也就不容易产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ。由于Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ材料的ＣＴＥ 远小于ＦＲ－４，因此对钎料产生的拉伸也就很小，这也就解 释了试验结果（６）产生的原因。 （４）至于试验结果（２），我们可以这样解释：对于采用 Ｓｎ－Ｐｂ镀层的元件引脚，焊接时Ｐｂ存在于引脚表面，在同 熔融钎料接触后使Ｐｂ溶解，并沿着钎料波峰的涌动向上 移动，最后累积在基板上部的Ｃｕ焊盘表面。由于Ｐｂ的熔 点高于钎料合金，在冷却过程中Ｐｂ会率先在传热较快的 ｃｕ焊盘上凝固。等到通孔内的钎料合金开始凝固时，ｃｕ 焊盘早已冷却，并与ＰＣＢ基板一起产生收缩。这种收缩力 与孔内钎料合金的凝固拉力共同作用，导致Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ发生。 归根结底，此种Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象仍然是ＣＴＥ因素所造成的。 综上所述，造成Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ故障的原因很多，但起决定作 通孔直径加大，将焊盘减小，以减小钎料冷却收缩时产生的 应力。 （２）避免在固液共存区域广的范围内选择钎料合金。 （３）焊接后采用快速冷却工艺。 （４）尽量采用延伸率和ＣＴＥ大的无铅钎料。 Ｃ５）改用Ｚ轴方向ＣＴＥ小的Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ代替ＦＲ－４作 为ＰＣＢ基材。 （６）在以上条件都不可更改的情况下，用ＣＴＥ与钎料 相近的Ｒｅｓｉｓｔ ｍａｓｋ（阻焊膜）盖住Ｃｕ焊盘。图５为常规设 计，图６为更改后的设计。该设计一方面大大减小了Ｃｕ 焊盘的面积，阻止了枝晶的形成；另一方面大大降低了Ｃｕ 焊盘对外的散热速度，减小了钎料冷却过程中在焊盘上和 通孔内因温差过大而产生的热应力差。试验表明，这种设 计可大大降低Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ的发生率。 图５阻焊膜与焊盘留有空隙 图６阻焊膜直接盖在焊盘上 ７ 结束语 Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象一直是推广无铅钎料过程中困扰业界多 年的质量隐患，此前尚未弄清其产生的真正原因，而且也无 法完全消除此现象。Ｂｉ－Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ失效机理只能解释部 分含Ｂｉ无铅钎料Ｌｉｆｔ—ｏｆｆ产生的原因，但不能解释某些含 Ｂｉ无铅钎料不产生Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ的原因，更不能解释不含Ｂｉ钎 料也产生Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ的原因。本文有针对性地设计了几种无 铅钎料波峰焊试验，得出了不同情况下Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ现象的出现 几率；通过对试验结果进行分析和研究，总结出了Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ 现象产生的真正机理——三要素。三要素法可解释各种情 况下Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ产生的原因，并由此找出了抑制Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ产生 的对策，此举必将对无铅焊接的推广产生重要影响。遗憾 的是，由于有关无铅钎料的三要素试验数据少之又少，因此 无法推导三要素与Ｌｉｆ－ｔｏｆｆ的发生率之间的定量关系，只能 】Ｏ７ 维普资讯 http://www.cqvip.com 在以后的工作中作进一步的研究。 参考文献： ［１］ Ｆｉｒｓｔ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｌ，ｅａｄ—Ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ 得到的语音信号样本集码本质量性能改善更为明显。 这主要是因为ＬＢＧ算法对初始码书的依赖性较大，容 易陷入局部最优，不适合于发现非凸面形状的簇，或者大小 差别很大的簇；而且，它对于“噪声”和孤立点数据是敏感 的，少量的该类数据就能够对码本质量产生极大的影响。 ［ＥＢ／０Ｌ］．ｈｔｔｐ：／／ ｌｅａｄ—ｆｒｅｅ．ｏｒｇ，１９９８－Ｏ７． ［２］Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｌｅａｄ—Ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ ［ＥＢ／０Ｌ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｖｃｗ．１ａｅｄ—ｆｒｅｅ．ｏｒｇ，２００３—０２． ［３］潘长海．无铅焊料研究动态［Ａ］．北京国际ＳＭＴ技术交流会 论文集［Ｃ］．２００２．５７—５９． ［４］Ｅｄ ｎ Ｂｒａｄｌｅｙ，Ｋｅｎ Ｓｎｏｗｄｏｎ，Ｒｏｎａｌｄ Ｇｅｄｎｅｙ．Ｌｅａｄ—Ｆｒｅｅ Ｕｐｄａｔｅ口］．Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ａｓｓｅｍｂｌｙ，Ｄｅｃ １９９９，３２—３４． ［５］Ｋａｔｓｕａｋｉ Ｓｕｇａｎｕｍａ．Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌｅａｄ－Ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｊａｐａｎ ［Ｒ］．Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ＪＥＩＤＡ＆ＪＩＥＰ Ｌｅａｄ—Ｆｒｅｅ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，１９９８． ［６２ Ｊ Ｈ Ｖｉｎｃｅｎｔ，Ｇ Ｈｕｍｐｓｔｏｎ．Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｓｓｍｅｂｌｙ［Ｊ］．ＧＥＣ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９４，１１（２）：７６— ８９． ［７］营沼克昭，大中逸雄，安田秀幸，等．１Ｊ ７ 才７ 凳生 力 二 厶ｌ：髑Ｌ 口］．圭 Ｉ）南，１９９９，３８（２）：９２７—９３２． ［８］上田友彦，牧野篇．铅７ １Ｊ—ｃ 尢 实装汇括Ｉ于为ｌＪ ７ 才 ７现象 抑制法口］．松下鼋工技鞭，Ｆｅｂ ２００３，３０—３４． ［９３ Ｔｈｏｍａｓ Ｓｉｅｗｅｒｔ，Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｌｉｕ，Ｄａｖｉｄ Ｒ Ｓｍｉｔｈ．Ｄａｔａｂａｓｅ ｆｏｒ ｏＳｌｄｅｒ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｉｔｈ Ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ Ｎｅｗ Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒｓ Ｒｅｌａｅｓｅ ４．Ｏ［ｚ］．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ，２００２． （上接第８６页） ＬＰＣ倒谱矢量的码本大小 图１两种算法在维数为１２的１ ７６４帧 ＬＰＣＣ矢量时均方误差和与码本容量的关系 图２两种算法在维数为１２的２ ２２４帧 ＬＰＣＧ矢量时均方误差和与码本容量的关系 下，随着聚类数（码本容量）的增加，ＲＬＳ算法比ＬＥＧ算法 得到的语音信号样本集聚类结果改进较多，码本质量性能 提高幅度较大。（２）对于在给定不同的语音信号样本集情 况下，随着数据量的增多，ＲＬＳ算法在总体上比ＬＢＧ算法 １０８ 而ＲＬＳ算法能够在迭代过程中通过更好地协调局部搜索 过程的加强与全局搜索范围之间的平衡关系，不断地在迭 代过程中改进码本质量，因而获得了更优的聚类结果。同 时，通过实验我们也发现，Ⅺ 算法在运行时间上要长于 ＬＢＧ算法。主要原因在于，为了得到更好的聚类结果，ＲＬＳ 算法在其每一次迭代过程中都执行了ＬＢＧ算法的局部优 化过程。但是，由于该算法不依赖初始条件，结构规则，容 易实现，效果好，具有很优越的全局优化搜索能力，而且得 到的聚类结果更好。因此，ＲＬＳ算法还是优于常规的ＬＢＧ 算法。 ５结束语 本文在非特定词汇的说话人识别系统的实验中对随机 局部搜索算法进行了研究，并把它用于语音信号样本集聚 类中进行了实验。结果表明，该算法不依赖初始条件，结构 规则，容易实现，具有很优越的全局优化搜索能力，而且在 协调算法复杂性和聚类质量之间的平衡关系中获得了较好 的效果。实验数据表明，该算法在语音参数聚类中表现出 了很好的性能，得到的码书质量优于ＬＢＧ算法；而且，随着 语音信号样本集的增多和聚类数的增加，ＲＬＳ算法比ＬＢＧ 算法得到的聚类结果改进更好，性能提高幅度更大，从而为 在矢量量化码本训练中设计准全局最优码书提供了一种新 思路。因此，在基于矢量量化的说话人识别中，ＲＬｓ算法 的确是一个高效可行的解决语音数据集聚类问题的方法。 参考文献： ［１３ Ｎ Ｎａｓｒａｂａｄｉ，Ｒ Ｋｉｎｇ．Ｉｍａｇｅ Ｃｏｄｉｇｎ Ｕｓｉｎｇ Ｖｅｃｔｏｒ Ｑｕａｎｔｉｚａ— ｔｉｏｎ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ ｏＣｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１９８８， ３６（８）：９５７－９７１ ［２］杨行峻，迟惠生．语音信号数字处理［Ｍ］．北京：电子工业出 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