简析DMAIC在改善晶体管Bond—ply装配质量中的应用

文琦

摘  要：21世纪是“质量的世纪”，质量已经成为企业发展的主题，成为企业能否在激烈的市场竞争中得以生存的决定性因素。文章以改善电子装配产业的晶体管Bond-ply过程质量为例，简要阐述了如何应用六西格玛质量管理的DMAIC工具解决制造过程中的实际问题，对国内企业如何实施六西格玛进行指导，对促进中小企业持续健康发展和提升公司的竞争力提供借鉴。

关键词：DMAIC;晶体管;Bond-ply;粘接强度

中图分类号：TK12     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0038-01

1  本文研究背景

随着电力电子功率器件向高功率密度方向的发展，元件单位体积内的热量也相应增加。在大功率高频通信电源等设备中功率开关晶体管的电能损耗尤显突出，这部分消耗功率会转变为热量使功率器件管芯发热、结温升高，如果不能及时、有效的将此热量释放，就会影响到器件的工作性能，从而降低系统工作的可靠性，甚至损坏器件。

一般需要散热器利用传导、对流、辐射的传热原理，将器件产生的热量快速释放到周围环境中去，以减少内部热累积，不使元件工作温度太高。

2  Bond-ply的概念

Bond-ply，中文名粘接，装配技术的一种。适用于大功率， 散热和绝缘等级要求高而空间受限的集成电路装配，通常用于固定大功率晶体管在散热片上。考虑到成本节省，企业通常选择价格较低的热固化层压胶片。采用合适的预压力固定晶体管和绝缘片，装配中需要夹具精确固定晶体管，防止在固化中移动而不利于后续插机装配。由于散热片上的各个晶体管存在高度误差，应使用橡胶压块或独立弹簧保证每个晶体管承受同样的压力。

3  DMAIC的概念

在总结全面质量管理实际经验的基础上，六西格玛管理法形成个性化的改进模式，即DMAIC。其中，D-界定（Define），M-测量（Measure），A-分析（Analyze），I-改进（Improve），C-控制（Control）。

该模式从调查顾客需求开始，了解顾客所关心的问题，从而确定所要研究的关键产品质量特性，即关键输出变量;并对其进行测量，以寻找改进空间，确定改进的质量目标，然后在整个过程中寻找影响关键产品特性的因素，并确定少数关键因素的过程特性，即关键输入变量X。

在此分析的基础上，建立输出变量与输入变量x的函数关系，通过改进输入值对输出值进行优化。然后将统计解决方案转化为现实方案，要使优化结果长期保持，必须对关键过程参数进行监控。

4  实施六西格玛DMAIC方法的步骤

4.1  界  定

界定（define）是六西格玛DMAIC方法的第一个步骤，六西格玛项目是从界定阶段开始的，一般来说，在初选出项目时，对欲解决的问题往往仅有比较宏观的考虑。项目团队需要通过界定阶段的工作，明确问题或者流程输出Y及其测量，确定Y的标准。团队还需要明确项目的关注领域和主要流程，将项目界定在一个比较合理的、团队可以把握的范围之内。

项目组对客户进行问卷调查，调查结果显示几乎所有客户不接受晶体管失效导致的产品功能性问题，通过收集数据判断当前的晶体管Bond-ply过程接近3西格玛水平，项目组成员决定以4西格玛作为晶体管Bond-ply过程提高项目的目标，意味着将当前93%的合格率提升到99%，过程CPK值从当前的1提升到1.33水平。流程输出Y为晶体管Bond-ply过程中的粘接强度，需要使用扭力计对粘接强度进行测量，并且提高粘接强度的平均值到5.0 kgf.cm。

项目的起始点为生产部收到晶体管Bond-ply作业订单，结束点为Bond-ply产生的散热片组件半成品转移至后工段。项目的预算应包括项目参与者额外的小时工资以及购买扭力计收集粘接强度数据等的工具材料成本。团队的工作必须在预算开支之内，而且要在13周内完成项目。

4.2  测  量

测量（measure）是六西格玛DMAIC方法的第二个步骤，它既是界定阶段的后续活动，也是连接分析阶段的桥梁。测量是项目工作的关键，是以事实和数据驱动管理的具体体现。测量阶段的工作进一步明确流程输出的测量，通过收集X和Y的测量数据，定量化描述Y。为了保证测量数据的准确可靠，项目团队还需要对测量系统的能力做出评估。本例中对测量粘接强度的扭力计及操作员系统进行Gage R&R研究，通过Minitab运行收集的数据，Gage R&R值为7.2%小于10%，说明该测试系统获得的数据真实可靠。

4.3  分  析

分析（analyze）是六西格玛DMAIC各个阶段中最难以预见的阶段。项目团队所使用的方法将在很大程度上取决于所涉及的问题与数据的特点。在这个阶段中，团队应详细研究资料，增强对过程和问题的理解，进而识别问题的原因，使用各种分析方法来寻找问题的根源。

小组成员通过鱼骨图和PFMEA分析，识别影响晶体管Bond-ply粘接强度的主要因子为Bond-ply机参数设置。应用假设检验的方法收集不同的Bond-ply机生产数据并确认显著性水平，从而验证所做推断是否正确。为了确定影响粘接强度的主要因素，小组设计了相关性分析试验以判定自动Bond-ply机的可控因子，例如下降速度，保持时间，气缸压力，橡胶压头厚度哪些是最主要的高风险因素。

4.4  改  进

改进（improve）是建立在前面三个阶段工作的基础之上，在已经明确问题的情况下，改进阶段的主要目标是形成针对根本原因的最佳解决方案，并验证这些方案的有效性。项目小组进行DOE实验识别自动Bond-ply机的主要相关因子为气缸压力和保持时间，针对气缸压力和保持时间不同的高低水平设置，完成全因子DOE分析，进一步验证主因子和它们的交互作业并进行显著项柏拉图及残差分析，最后对两个因子在调整后的水平上进行回归设计及优化。优化结果显示最优参数设定为气缸压力12 kgf.cm，保持时间31 s。统计优化参数实施后的粘接强度数据，计算过程能力CPK值为1.49大于1.33，统计产品合格率已达到99%。评估改善后的材料及工时节省收益。

4.5  控  制

控制（control）是维持改进成果的重要步骤，要保持改进的成果，必须将改进阶段对流程的修改或新的流程作业指导书纳入作业标准和受控的文件体系，并建立过程控制系统。应用平均值-极差图对粘接强度实行管控，将优化参数定义在作业指导书中。

参考文献：

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