簡析DMAIC在改善晶體管Bond—ply裝配質量中的應用

文琦

摘 ?要：21世紀是“質量的世紀”，質量已經成為企業發展的主題，成為企業能否在激烈的市場競爭中得以生存的決定性因素。文章以改善電子裝配產業的晶體管Bond-ply過程質量為例，簡要闡述了如何應用六西格瑪質量管理的DMAIC工具解決制造過程中的實際問題，對國內企業如何實施六西格瑪進行指導，對促進中小企業持續健康發展和提升公司的競爭力提供借鑒。

關鍵詞：DMAIC;晶體管;Bond-ply;粘接強度

中圖分類號：TK12 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）06-0038-01

1 ?本文研究背景

隨著電力電子功率器件向高功率密度方向的發展，元件單位體積內的熱量也相應增加。在大功率高頻通信電源等設備中功率開關晶體管的電能損耗尤顯突出，這部分消耗功率會轉變為熱量使功率器件管芯發熱、結溫升高，如果不能及時、有效的將此熱量釋放，就會影響到器件的工作性能，從而降低系統工作的可靠性，甚至損壞器件。

一般需要散熱器利用傳導、對流、輻射的傳熱原理，將器件產生的熱量快速釋放到周圍環境中去，以減少內部熱累積，不使元件工作溫度太高。

2 ?Bond-ply的概念

Bond-ply，中文名粘接，裝配技術的一種。適用于大功率， 散熱和絕緣等級要求高而空間受限的集成電路裝配，通常用于固定大功率晶體管在散熱片上。考慮到成本節省，企業通常選擇價格較低的熱固化層壓膠片。采用合適的預壓力固定晶體管和絕緣片，裝配中需要夾具精確固定晶體管，防止在固化中移動而不利于后續插機裝配。由于散熱片上的各個晶體管存在高度誤差，應使用橡膠壓塊或獨立彈簧保證每個晶體管承受同樣的壓力。

3 ?DMAIC的概念

在總結全面質量管理實際經驗的基礎上，六西格瑪管理法形成個性化的改進模式，即DMAIC。其中，D-界定（Define），M-測量（Measure），A-分析（Analyze），I-改進（Improve），C-控制（Control）。

該模式從調查顧客需求開始，了解顧客所關心的問題，從而確定所要研究的關鍵產品質量特性，即關鍵輸出變量;并對其進行測量，以尋找改進空間，確定改進的質量目標，然后在整個過程中尋找影響關鍵產品特性的因素，并確定少數關鍵因素的過程特性，即關鍵輸入變量X。

在此分析的基礎上，建立輸出變量與輸入變量x的函數關系，通過改進輸入值對輸出值進行優化。然后將統計解決方案轉化為現實方案，要使優化結果長期保持，必須對關鍵過程參數進行監控。

4 ?實施六西格瑪DMAIC方法的步驟

4.1 ?界 ?定

界定（define）是六西格瑪DMAIC方法的第一個步驟，六西格瑪項目是從界定階段開始的，一般來說，在初選出項目時，對欲解決的問題往往僅有比較宏觀的考慮。項目團隊需要通過界定階段的工作，明確問題或者流程輸出Y及其測量，確定Y的標準。團隊還需要明確項目的關注領域和主要流程，將項目界定在一個比較合理的、團隊可以把握的范圍之內。

項目組對客戶進行問卷調查，調查結果顯示幾乎所有客戶不接受晶體管失效導致的產品功能性問題，通過收集數據判斷當前的晶體管Bond-ply過程接近3西格瑪水平，項目組成員決定以4西格瑪作為晶體管Bond-ply過程提高項目的目標，意味著將當前93%的合格率提升到99%，過程CPK值從當前的1提升到1.33水平。流程輸出Y為晶體管Bond-ply過程中的粘接強度，需要使用扭力計對粘接強度進行測量，并且提高粘接強度的平均值到5.0 kgf.cm。

項目的起始點為生產部收到晶體管Bond-ply作業訂單，結束點為Bond-ply產生的散熱片組件半成品轉移至后工段。項目的預算應包括項目參與者額外的小時工資以及購買扭力計收集粘接強度數據等的工具材料成本。團隊的工作必須在預算開支之內，而且要在13周內完成項目。

4.2 ?測 ?量

測量（measure）是六西格瑪DMAIC方法的第二個步驟，它既是界定階段的后續活動，也是連接分析階段的橋梁。測量是項目工作的關鍵，是以事實和數據驅動管理的具體體現。測量階段的工作進一步明確流程輸出的測量，通過收集X和Y的測量數據，定量化描述Y。為了保證測量數據的準確可靠，項目團隊還需要對測量系統的能力做出評估。本例中對測量粘接強度的扭力計及操作員系統進行Gage R&R研究，通過Minitab運行收集的數據，Gage R&R值為7.2%小于10%，說明該測試系統獲得的數據真實可靠。

4.3 ?分 ?析

分析（analyze）是六西格瑪DMAIC各個階段中最難以預見的階段。項目團隊所使用的方法將在很大程度上取決于所涉及的問題與數據的特點。在這個階段中，團隊應詳細研究資料，增強對過程和問題的理解，進而識別問題的原因，使用各種分析方法來尋找問題的根源。

小組成員通過魚骨圖和PFMEA分析，識別影響晶體管Bond-ply粘接強度的主要因子為Bond-ply機參數設置。應用假設檢驗的方法收集不同的Bond-ply機生產數據并確認顯著性水平，從而驗證所做推斷是否正確。為了確定影響粘接強度的主要因素，小組設計了相關性分析試驗以判定自動Bond-ply機的可控因子，例如下降速度，保持時間，氣缸壓力，橡膠壓頭厚度哪些是最主要的高風險因素。

4.4 ?改 ?進

改進（improve）是建立在前面三個階段工作的基礎之上，在已經明確問題的情況下，改進階段的主要目標是形成針對根本原因的最佳解決方案，并驗證這些方案的有效性。項目小組進行DOE實驗識別自動Bond-ply機的主要相關因子為氣缸壓力和保持時間，針對氣缸壓力和保持時間不同的高低水平設置，完成全因子DOE分析，進一步驗證主因子和它們的交互作業并進行顯著項柏拉圖及殘差分析，最后對兩個因子在調整后的水平上進行回歸設計及優化。優化結果顯示最優參數設定為氣缸壓力12 kgf.cm，保持時間31 s。統計優化參數實施后的粘接強度數據，計算過程能力CPK值為1.49大于1.33，統計產品合格率已達到99%。評估改善后的材料及工時節省收益。

4.5 ?控 ?制

控制（control）是維持改進成果的重要步驟，要保持改進的成果，必須將改進階段對流程的修改或新的流程作業指導書納入作業標準和受控的文件體系，并建立過程控制系統。應用平均值-極差圖對粘接強度實行管控，將優化參數定義在作業指導書中。

參考文獻：

[1] 楊旭，馬靜，張新武.電力電子裝置強制風冷散熱方式的研究[J].電力電子技術，2000，（4）.

[2] Williams KI.Six Sigma beneficial for midsize companies[N].Strategic Finance，2006，（23）.