六西格瑪方法在COB封裝技術中的應用

張園園 周炳海

(同濟大學 機械與能源工程學院 上海 201804)

隨著科技的不斷發展，目前電子產品的小型化和集成化，使得作為微電子封裝技術的裸芯片技術應用越來越廣。COB（Chip on Board，板載芯片）技術作為裸芯片技術的一種主要形式，其工作原理主要是：焊接時將裸芯片用導電膠粘結在FPC上，待凝固用 Bonder機器將金屬絲在超聲熱壓作用下聯接在芯片的引線和FPC的焊盤上，測試合格再封塑脂膠[1-2]。封裝技術與其他封裝技術相比，價格更低廉，體積更加小，目前工藝也比較成熟，但其對環境的要求較高，COB技術的完成環境百級無塵室，A級標準要求每立方米小于0.5微米的塵粒數量控制在3500個以下。故而在COB封裝技術最易出現的問題大多由灰塵粒子（Particle）引起的[3]。

H公司是一家以微型化技術、多功能整合技術，支持多平臺及操作系統的完整產品線，實現準端產品輕薄短小、高附加價值、環保省電等市場要求，提升多元便利的無線聯網及影音應用的公司。針對客戶反饋的關于COB（Chip on Board）制程生產過程中存在的灰塵質量問題，本文擬用六西格瑪的工具和方法，來提升該制程段的良品率，以達到質量改善的目的。

1 六西格瑪

1.1 精益六西格瑪概述

六西格瑪[4]自20世紀80年代誕生于摩托羅拉公司以來，現階段已經發展為以客戶為主要關注點來設計制定企業的戰略目標和設計開發產品的標準，并且應客戶要求持續不斷進行改善的方法論，其具體實施模式為 DMAIC。六西格瑪要求企業對客戶需求做出全面的響應，并識別這些要求如何與企業的自身的業務流程相聯系[5]。

1.2 COB制程流程

H公司的核心產品攝像模組主要生產流程包含SMT車間、CCM百級車間、測試后段、包裝入庫的四個階段，COB(Chip on Board) 制程的完成是在百級無塵車間，其主要工藝流程如圖1所示，COB類型的機種在后段測試車間通常會檢測到不同類型的不良，不良類型包括灰塵不良，shading不良，DC測試模糊不良，lens外觀不良，扭力首件不良，模糊調焦等。

圖1 機種56ASD在COB封裝技術的主要流程

2 質量改善流程

2.1 定義（Define）

D階段需要能識別客戶的關鍵質量特性（CTQ），明確問題，并且需要比較要求與現狀的差距，六西格瑪管理中經常把結果或輸出變量記為Y，把輸入變量記為X，它們之間的關系可以用 y=f（x1,x2,…,xn）來表示，確定過程的關鍵輸出變量常用排列圖建立在帕累托圖的原則基礎上，也就是說80%的結果源于20%的原因[6]。

攝像模組 56ASD機種的量產過程中，制造良率91.63%，相比于H公司對于56ASD機種95%的良率管控線而言，遠遠沒有達到常規要求。由表1可以看出，4.4%的灰塵（POD）不良占整體不良率的52.6%，其與DC測試模糊不良、Mic靈敏度不良和 Lens外觀不良及灰塵（POG）不良占據 80%以上的原因。

表1 攝像模組56ASD量產不良分布

如圖2所示，56ASD機種的最大客戶ASUS的聲音是希望能盡快地提升良品率，確定目前的主要改善因子是灰塵（POD,Particle On Die）。

圖2 56ASD機種不良類型和不良率分布帕累托圖

2.2 測量（Measure）

M階段需要準確的了解狀況，確定基準，進一步確定測量系統有效性，計劃收集數據，確定問題的所在[7]，通過對56ASD機種在車間流程的梳理，確定其在生產過程中與灰塵（POD）產生的站別相關點，采用頭腦風暴法將團體成員的想法收集，針對出現的問題從人、機、料、法、環境方面繪制魚骨圖[8]，如圖3所示。由此可知灰塵產生影響因素，但其根本原因還需進一步分析數據和實驗驗證。

圖3 生產過程分析魚骨圖

2.3 分析（Analyze）

A階段需要層層篩選確定要因，這個階段是最難以預測的，基于制定的魚骨圖，通過要因分析表如表2所示的評分分析，表中確定影響因素的定權重數 1～10，10代表重要度最高，矩陣中的相關程度賦予 0，1，3，9的分值代表不同的相關程度[9]。由表2可以看出灰塵Particle的來源主要有四個因素，分別是Die Bonding的彈夾摩擦、Plasma的夾具清潔度、Wire Bonding的金線、PBI的金屬部件與桌面的摩擦。

表2 灰塵來源因果矩陣表

因果圖繪制完后，針對主要因素繪制適用于生產制造過程的故障模式與影響分析的過程 FMEA（PFMEA）表，如表3所示。

表3 主要故障模式及影響分析

2.4 改進（Improve）

I階段是形成針對根本原因的解決方法，如上引起56ASD機種灰塵不良的原因，針對RPN較高的影響因子金屬摩擦產生的particle，分析來源為鋁制彈夾摩擦產生碎屑，風險站位為sensor清潔后放入彈夾過程中產品載板與彈夾摩擦產生碎屑，后續碎屑移動掉落至sensor 非感光區，包括sensor四周金線區域。后續產品在運輸過程中受碰撞或其他因素導致 particle運動至感光區從而導致客戶端影像不良，因產品sensor清潔后放入彈夾過程中產品載板與彈夾內壁間存在摩擦掉屑風險。需要宣導清潔站人員載板放入彈夾緩慢放入，避免用力過大，同時于彈夾底層放置雙面膠隔板以利于粘附可移動灰塵。隔板不可重復使用，一片隔板對應一彈夾。降低碎屑污染產品的發生度。

針對在制程PLC（Plasma）中由于清潔方法的問題，應用試驗設計（design of experiment,DOE）的方法進行改善，選取清洗參數如表4所示，PLC（等離子清洗）是在真空和瞬時高溫情況下對臟污進行物理轟擊與化學反應雙重作用經抽真空排出達到清潔目的[10]。對影響灰塵粒子比率（Particle rate）的四個因素進行全因子試驗，可以通過圖4和圖5看出機臺的工作壓力、功率是影響其結果的主因，這兩個因素的影響是顯著的，其次是溫度和吸蝕量的結合，從圖6交互效應圖可以看出，最優的清潔參數是工作壓力300mtorr、功率8kW、溫度85℃、吸蝕量在20時，灰塵粒子比率（Particle rate）最小。將此結果應用于實際生產中，灰塵粒子比率有了明顯的降低。

表4 清洗方法DOE試驗變量參數

圖4 清洗方法的標準化效應Pareto圖

圖5 因子效應的正態圖

圖6 Particle rate的交互效應圖

2.5 控制（Control）

C階段主要目的就是保持成果，對于改進過的點能夠宣導并形成新的工作方式并加以保持，避免回到舊的習慣，H公司為了鞏固上述的灰塵（POD）不良，對于金屬摩擦產生的不良，首先，宣導清潔站人員載板放入彈夾緩慢放入，避免用力過大；同時于彈夾底層放置雙面膠隔板以利于粘附可移動灰塵，隔板不可重復使用，一片隔板對應一彈夾，降低碎屑污染產品的發生度。以上兩項要求置于標準作業指導書，并要求稽核小組人員不定時核查。其次，對于清潔方法產生的問題，也確保工程師能在DOE試驗結果的影響下，遵循最優的壓力與功率的調試。

3 結語

通過DMAIC工具在COB制程中的應用，能夠實際解決在制造企業實際生產中遇到的問題，對于不良率的降低提供了比較科學的方法，通過以上六西格瑪改善方法，56ASD機種在后續生產中的不良率有了很大的改善，從原本的制造良率91.63%提升至95%左右，減少了因為不良而產生的報廢，節約了成本。