試驗(yàn)設(shè)計(jì)在優(yōu)化銀行卡模塊焊線工藝的應(yīng)用

陳葉

摘 要：試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以優(yōu)化工業(yè)上的工藝參數(shù)，獲得已知范圍內(nèi)的最優(yōu)參數(shù)組合。針對(duì)銀行卡模塊的生產(chǎn)過程，優(yōu)化關(guān)鍵工藝參數(shù)，從試驗(yàn)安排與試驗(yàn)實(shí)施、結(jié)果分析和試驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)三個(gè)方面論述有效提高焊線拉力值的方法，從而提高銀行卡模塊的可靠性。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)設(shè)計(jì)；銀行卡模塊；焊線拉力值；工藝參數(shù)

中圖分類號(hào)：O212.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.014

鑒于銀行卡的安全要求，中國(guó)銀行卡正經(jīng)歷著更“芯”換代，芯片銀行卡將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磁條銀行卡，芯片銀行卡升級(jí)的最大原因在于其安全性能更高。由于銀行系統(tǒng)的需求，芯片銀行卡的需求量近年猛增，所以，優(yōu)化這類產(chǎn)品的生產(chǎn)過程也是銀行卡生產(chǎn)行業(yè)的重要課題。銀行卡的焊線拉力值代表了該卡上芯片區(qū)域模塊的可靠性，用科學(xué)的方法提高焊線拉力值就能提高銀行卡的可靠性。這正是改進(jìn)工作的意義。

1 銀行卡模塊焊線工藝介紹

銀行卡模塊的焊線工藝流程主要是開機(jī)、調(diào)用焊線程序、安裝模塊、裝載金線和焊接頭、程序微調(diào)、機(jī)器焊接和收料。焊線機(jī)器在物料填充到位的情況下連續(xù)作業(yè)，將銀行卡的芯片和外圍電路通過焊線連接起來。整個(gè)過程是半自動(dòng)化的，主要是由機(jī)器焊接，但是，必要時(shí)也需要操作人員的干預(yù)。

2 銀行卡模塊焊線拉力值影響因素

為了找到影響焊線拉力值的關(guān)鍵因素，下面詳細(xì)描述了銀行卡模塊的焊線過程。焊頭先將焊線尾部燒成球狀，然后利用劈刀夾持住焊球，再施加力和超聲波將焊球焊接到芯片上。經(jīng)過一段運(yùn)動(dòng)軌跡形成線弧后，焊頭最終將焊線焊接在外部電路上完成電路連接，所以，在焊接過程中，焊線的拉力值取決于焊接接觸時(shí)超聲波的大小、力的大小和焊接時(shí)間。這些都可以從過去的工程經(jīng)驗(yàn)中判斷出來，它們要相互配合才能達(dá)到最佳的效果，從而發(fā)揮交互作用。

3 焊線拉力值的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化

在試驗(yàn)設(shè)計(jì)之前，影響因素已經(jīng)通過工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)判，分別是超聲波大小、力的大小和焊接時(shí)間，所以，將通過這三個(gè)因素優(yōu)化焊線拉力值。此次優(yōu)化過程分別為試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施、試驗(yàn)結(jié)果分析、試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施

試驗(yàn)的具體實(shí)施過程是：①要明確試驗(yàn)?zāi)康摹Ｍㄟ^超聲波大小、力的大小和焊接時(shí)間優(yōu)化焊線拉力值。②確認(rèn)響應(yīng)變量。響應(yīng)變量就是試驗(yàn)指標(biāo)，它是用來判斷產(chǎn)品質(zhì)量的量化指標(biāo)。在試驗(yàn)中，用焊線拉力值來衡量響應(yīng)變量，它是一個(gè)望大特性（越大越好）。③確定因子與水平，因子水平如表1所示。根據(jù)試驗(yàn)成本，選擇合適的試驗(yàn)計(jì)劃，因子數(shù)、水平數(shù)和仿行數(shù)分別是3，2，3，中心點(diǎn)重復(fù)為3次，如表2所示。由于機(jī)器自動(dòng)化程度很高，所以，只選擇1名合格的焊線作業(yè)員和1臺(tái)矯正好的焊線機(jī)器，依照隨機(jī)順序進(jìn)行27組試驗(yàn)，得出試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果合并在表2的最后一欄中。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析步驟是：①擬定模型；②殘差診斷；③判斷模型是否需要改進(jìn)；④解釋模型；⑤響應(yīng)優(yōu)化。這五個(gè)步驟在結(jié)果分析中是環(huán)環(huán)相扣，缺一不可的。

在本例中，通過上一節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：①模型有效，3個(gè)主效應(yīng)都顯著。②確定交互效應(yīng)。在交互作用下，雖然顯著水平P值小于0.05，但是，從交互作用圖上看并不明顯。因?yàn)榇舜伟才诺?個(gè)中心點(diǎn)試驗(yàn)沒有得到系統(tǒng)的隨機(jī)誤差，導(dǎo)致交互作用顯著，后續(xù)將在做響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)試驗(yàn)的同時(shí)再次對(duì)中心點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，以便準(zhǔn)確得到試驗(yàn)的隨機(jī)誤差，確定效應(yīng)的顯著性。③由于彎曲項(xiàng)顯著，所以，為了得到更好的模型，將利用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)獲得更加精確的模型。

通過進(jìn)一步參數(shù)的響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)，新的模型也刪減成功，新的模型被確定下來。表3是最終確認(rèn)的焊線拉力模型的詳細(xì)信息。

經(jīng)過相關(guān)測(cè)試得：S（標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)量）=0.294 913，R-Sq（多元決定系數(shù)）=85.29%，Pred R-Sq（預(yù)測(cè)多元決定系數(shù)）=61.82%，Adj R-Sq（調(diào)整多元決定系數(shù)）=80.04%.

從R-Sq和R-Sq（調(diào)整）這兩個(gè)數(shù)據(jù)中可以看出，模型可靠，殘差也通過了診斷，并且不需要再次改進(jìn)。

經(jīng)過對(duì)模型的求解，最佳參數(shù)也在圖1中利用軟件求出，即力為63 gf，超聲波為116 DAC，時(shí)間為7.7 ms.

3.3 試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

試驗(yàn)設(shè)計(jì)后的結(jié)果驗(yàn)證往往被很多人忽略，其實(shí)，這一步是相當(dāng)關(guān)鍵的。因?yàn)橐坏┙Y(jié)果通過不了驗(yàn)證，試驗(yàn)設(shè)計(jì)就需要重新進(jìn)行。表4為通過模型獲得的最佳參數(shù)條件下的95%置信區(qū)間和預(yù)測(cè)區(qū)間。

用最優(yōu)組合再次生產(chǎn)3個(gè)銀行卡模塊，焊線拉力值分別是4.6，4.8，4.6，3次試驗(yàn)的均值是4.67，均值在95%的置信區(qū)間內(nèi)，所以，最優(yōu)組合通過驗(yàn)證，模型被證明有效。至此可以得出結(jié)論，3個(gè)參數(shù)中的最優(yōu)值是力為63 gf，超聲波為116 DAC，時(shí)間為7.7 ms時(shí)的效果最好。工作人員找到了一組參數(shù)能夠滿足焊線拉力值的需求，完成了試驗(yàn)設(shè)計(jì)因子優(yōu)化。

4 結(jié)束語

隨著芯片銀行卡的普及，銀行卡模塊的可靠性受到了生產(chǎn)廠商的高度重視。這類模塊可靠性指標(biāo)焊線拉力值的優(yōu)化也逐漸成為行業(yè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種優(yōu)化特性的有效方法，本文通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)這個(gè)方法成功優(yōu)化了焊線拉力值，此項(xiàng)應(yīng)用和改進(jìn)方法將被廣泛應(yīng)用于芯片銀行卡的持續(xù)改進(jìn)中。

參考文獻(xiàn)

[1]上海質(zhì)量管理科學(xué)研究院.六西格瑪核心教程黑帶讀本[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[2]何楨.六西格瑪管理[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2014.

[3]馬逢時(shí).六西格瑪管理統(tǒng)計(jì)指南[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2007.

〔編輯：白潔〕