六西格瑪方法在COB封裝技術(shù)中的應(yīng)用

張園園 周炳海

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804)

隨著科技的不斷發(fā)展，目前電子產(chǎn)品的小型化和集成化，使得作為微電子封裝技術(shù)的裸芯片技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣。COB（Chip on Board，板載芯片）技術(shù)作為裸芯片技術(shù)的一種主要形式，其工作原理主要是：焊接時(shí)將裸芯片用導(dǎo)電膠粘結(jié)在FPC上，待凝固用 Bonder機(jī)器將金屬絲在超聲熱壓作用下聯(lián)接在芯片的引線和FPC的焊盤(pán)上，測(cè)試合格再封塑脂膠[1-2]。封裝技術(shù)與其他封裝技術(shù)相比，價(jià)格更低廉，體積更加小，目前工藝也比較成熟，但其對(duì)環(huán)境的要求較高，COB技術(shù)的完成環(huán)境百級(jí)無(wú)塵室，A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求每立方米小于0.5微米的塵粒數(shù)量控制在3500個(gè)以下。故而在COB封裝技術(shù)最易出現(xiàn)的問(wèn)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(shù)、多功能整合技術(shù)，支持多平臺(tái)及操作系統(tǒng)的完整產(chǎn)品線，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)端產(chǎn)品輕薄短小、高附加價(jià)值、環(huán)保省電等市場(chǎng)要求，提升多元便利的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)及影音應(yīng)用的公司。針對(duì)客戶反饋的關(guān)于COB（Chip on Board）制程生產(chǎn)過(guò)程中存在的灰塵質(zhì)量問(wèn)題，本文擬用六西格瑪?shù)墓ぞ吆头椒?，?lái)提升該制程段的良品率，以達(dá)到質(zhì)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(jì)80年代誕生于摩托羅拉公司以來(lái)，現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)展為以客戶為主要關(guān)注點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)制定企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，并且應(yīng)客戶要求持續(xù)不斷進(jìn)行改善的方法論，其具體實(shí)施模式為 DMAIC。六西格瑪要求企業(yè)對(duì)客戶需求做出全面的響應(yīng)，并識(shí)別這些要求如何與企業(yè)的自身的業(yè)務(wù)流程相聯(lián)系[5]。

1.2 COB制程流程

H公司的核心產(chǎn)品攝像模組主要生產(chǎn)流程包含SMT車間、CCM百級(jí)車間、測(cè)試后段、包裝入庫(kù)的四個(gè)階段，COB(Chip on Board) 制程的完成是在百級(jí)無(wú)塵車間，其主要工藝流程如圖1所示，COB類型的機(jī)種在后段測(cè)試車間通常會(huì)檢測(cè)到不同類型的不良，不良類型包括灰塵不良，shading不良，DC測(cè)試模糊不良，lens外觀不良，扭力首件不良，模糊調(diào)焦等。

圖1 機(jī)種56ASD在COB封裝技術(shù)的主要流程

2 質(zhì)量改善流程

2.1 定義（Define）

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

攝像模組 56ASD機(jī)種的量產(chǎn)過(guò)程中，制造良率91.63%，相比于H公司對(duì)于56ASD機(jī)種95%的良率管控線而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到常規(guī)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(cè)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(jù) 80%以上的原因。

表1 攝像模組56ASD量產(chǎn)不良分布

如圖2所示，56ASD機(jī)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(jī)種不良類型和不良率分布帕累托圖

2.2 測(cè)量（Measure）

M階段需要準(zhǔn)確的了解狀況，確定基準(zhǔn)，進(jìn)一步確定測(cè)量系統(tǒng)有效性，計(jì)劃收集數(shù)據(jù)，確定問(wèn)題的所在[7]，通過(guò)對(duì)56ASD機(jī)種在車間流程的梳理，確定其在生產(chǎn)過(guò)程中與灰塵（POD）產(chǎn)生的站別相關(guān)點(diǎn)，采用頭腦風(fēng)暴法將團(tuán)體成員的想法收集，針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題從人、機(jī)、料、法、環(huán)境方面繪制魚(yú)骨圖[8]，如圖3所示。由此可知灰塵產(chǎn)生影響因素，但其根本原因還需進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖3 生產(chǎn)過(guò)程分析魚(yú)骨圖

2.3 分析（Analyze）

A階段需要層層篩選確定要因，這個(gè)階段是最難以預(yù)測(cè)的，基于制定的魚(yú)骨圖，通過(guò)要因分析表如表2所示的評(píng)分分析，表中確定影響因素的定權(quán)重?cái)?shù) 1～10，10代表重要度最高，矩陣中的相關(guān)程度賦予 0，1，3，9的分值代表不同的相關(guān)程度[9]。由表2可以看出灰塵Particle的來(lái)源主要有四個(gè)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(lái)源因果矩陣表

因果圖繪制完后，針對(duì)主要因素繪制適用于生產(chǎn)制造過(guò)程的故障模式與影響分析的過(guò)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(jìn)（Improve）

I階段是形成針對(duì)根本原因的解決方法，如上引起56ASD機(jī)種灰塵不良的原因，針對(duì)RPN較高的影響因子金屬摩擦產(chǎn)生的particle，分析來(lái)源為鋁制彈夾摩擦產(chǎn)生碎屑，風(fēng)險(xiǎn)站位為sensor清潔后放入彈夾過(guò)程中產(chǎn)品載板與彈夾摩擦產(chǎn)生碎屑，后續(xù)碎屑移動(dòng)掉落至sensor 非感光區(qū)，包括sensor四周金線區(qū)域。后續(xù)產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中受碰撞或其他因素導(dǎo)致 particle運(yùn)動(dòng)至感光區(qū)從而導(dǎo)致客戶端影像不良，因產(chǎn)品sensor清潔后放入彈夾過(guò)程中產(chǎn)品載板與彈夾內(nèi)壁間存在摩擦掉屑風(fēng)險(xiǎn)。需要宣導(dǎo)清潔站人員載板放入彈夾緩慢放入，避免用力過(guò)大，同時(shí)于彈夾底層放置雙面膠隔板以利于粘附可移動(dòng)灰塵。隔板不可重復(fù)使用，一片隔板對(duì)應(yīng)一彈夾。降低碎屑污染產(chǎn)品的發(fā)生度。

針對(duì)在制程PLC（Plasma）中由于清潔方法的問(wèn)題，應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)（design of experiment,DOE）的方法進(jìn)行改善，選取清洗參數(shù)如表4所示，PLC（等離子清洗）是在真空和瞬時(shí)高溫情況下對(duì)臟污進(jìn)行物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用經(jīng)抽真空排出達(dá)到清潔目的[10]。對(duì)影響灰塵粒子比率（Particle rate）的四個(gè)因素進(jìn)行全因子試驗(yàn)，可以通過(guò)圖4和圖5看出機(jī)臺(tái)的工作壓力、功率是影響其結(jié)果的主因，這兩個(gè)因素的影響是顯著的，其次是溫度和吸蝕量的結(jié)合，從圖6交互效應(yīng)圖可以看出，最優(yōu)的清潔參數(shù)是工作壓力300mtorr、功率8kW、溫度85℃、吸蝕量在20時(shí)，灰塵粒子比率（Particle rate）最小。將此結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，灰塵粒子比率有了明顯的降低。

表4 清洗方法DOE試驗(yàn)變量參數(shù)

圖4 清洗方法的標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)Pareto圖

圖5 因子效應(yīng)的正態(tài)圖

圖6 Particle rate的交互效應(yīng)圖

2.5 控制（Control）

C階段主要目的就是保持成果，對(duì)于改進(jìn)過(guò)的點(diǎn)能夠宣導(dǎo)并形成新的工作方式并加以保持，避免回到舊的習(xí)慣，H公司為了鞏固上述的灰塵（POD）不良，對(duì)于金屬摩擦產(chǎn)生的不良，首先，宣導(dǎo)清潔站人員載板放入彈夾緩慢放入，避免用力過(guò)大；同時(shí)于彈夾底層放置雙面膠隔板以利于粘附可移動(dòng)灰塵，隔板不可重復(fù)使用，一片隔板對(duì)應(yīng)一彈夾，降低碎屑污染產(chǎn)品的發(fā)生度。以上兩項(xiàng)要求置于標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并要求稽核小組人員不定時(shí)核查。其次，對(duì)于清潔方法產(chǎn)生的問(wèn)題，也確保工程師能在DOE試驗(yàn)結(jié)果的影響下，遵循最優(yōu)的壓力與功率的調(diào)試。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)DMAIC工具在COB制程中的應(yīng)用，能夠?qū)嶋H解決在制造企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，對(duì)于不良率的降低提供了比較科學(xué)的方法，通過(guò)以上六西格瑪改善方法，56ASD機(jī)種在后續(xù)生產(chǎn)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?yàn)椴涣级a(chǎn)生的報(bào)廢，節(jié)約了成本。