應用實驗計畫法於電腦產業主機板工廠SMT 製程參數設計.doc

應用實驗計畫法於電腦產業主機板工廠smt製程參數設計1應用實驗計畫法於電腦產業主機板工廠smt製程參數設計an application of design of experiment for smt process parameters in mother board factory of it industry劉大昌*張前偉ta-chung liu*chien-wei chang國立臺北科技大學生產系統工程與管理研究所摘要近10年來台灣廠商憑藉著自己的努力，配合世界經濟局勢的轉變，資訊電子業蓬勃發展，部份項目進而成為世界最大供應商。在此期間台灣引進了各種知識、制度、方法、技巧來提昇品質，往往沒有徹底執行之前，便有如曇花一現，達不到iso-9001或tqm所提倡的持續不斷的改進。如何長期穩坐資訊電子大國的寶座，應是當今值得深入研究的課題。本研究對於如何提昇實驗計劃法中的田口品質工程與變異數分析表之應用技術，進行更深入的探討。各大專院校、顧問公司及坊間書刊皆將此二法，從事於新產品、新材料、新設備及疑難雜症，規劃兩階段實驗設計。本研究針對持續不斷改善的原則提出了一階段實驗設計的概念，有操作簡單、省時、節約經費之效，更可以提出長期被忽略的know-how。本研究之效益符合經濟原則，透過變異數分析法驗證製程參數，豐富的品質情報，不但對積習已久的製造參數之必要性、規格的合理性，有了重新省思的空間；更增加採購談判的籌碼，與水平展開到研發部門發展實驗策略。認真不斷的改進，才會使我國產品品質，百尺竿頭更進一步，增加國際競爭力。關鍵詞：全球運籌、實驗計畫法、變異數分析法、直交表。投稿受理時間：90年10月24日審查通過時間：91年2月1日abstractin nearly 10 years, taiwan manufacturers made some of their products have become the largest provider in the world. they based on their own efforts, the changes of the world economic situation and prosperous development of information applications. during that time, the government introduced a lot of information, systems, methods and techniques to elevate the quality of their own products. however, those reforms disappeared even before being thoroughly executed, and which cannot achieve the philosophy of iso-9001 or tqm about continuing improvements. how to secure the position of the worlds number one of information electronics products is a subject worth to explore. this study offers same concepts about taguchi quality engineering and anova. according to schools, consulting companies and books in taiwan, these methods emphasize on the new products, material, equipments. on the other hands, based on the principles of continuing improvements, this study provides a approach of experimental design. it is not only operated easily and cost saving, but also brought up some know-how which have been ignored for a long time.this study do conform to economical principles. we verified productions process through anova, and abundant information. we can rethink the necessity of parameters and the rationality of specifications. therefore, we can increase the benefits of negotiation and expend the strategy of experiment in r&d.keywords: global logistics, anova, orthogonal arrays.2333壹、前言1990年代以來台灣資訊電子業成為爆炸性成長，若干廠商被國際大廠；ibm， compaq，hp，dell等看中，成為世界供應鏈重要的環節，步入21世紀台灣工廠由早期的oem/odm開始重視與強調glm（全球運籌管理）作業的能力1。世界性大公司願意將台灣資訊電子工廠納入國際分工體系，固然由於台灣廠商具備全球運籌的能力，但是最重要成功關鍵因素還是品質、成本、交期、彈性，支撐全球運籌能力之執行與展開2，31。一、研究動機全球運籌體系中以資訊電子業的主機板與整機運籌作業，其所實施之bto（接單後生產）模式，cto（接單後組裝）模式，最為可圈可點的純熟模式3，目前筆記型電腦則以dts（台灣整機直接出貨）為主4，5。主機板是一個完全成熟的產品6，業界謂之；資訊電子或高科技的傳統產業。在國際市場激烈競爭之下，各公司鑑於產品差異化日漸縮小，遂推行低價之行銷策略之故，就整體而言，廠商的獲利無法如預期成長。在此情況之下，廠商的生產成本未見相對降低，品質未見相對提高，毛利確是越來越低，基於生存之故，陸續遷往大陸，可望藉低人工成本延續經營績效。在全球運籌體系下的客戶，絕大部份散佈在歐美各地，如因品質不良造成客訴退貨，廠商將負擔來回運費、維修費用、 重測費用以及商譽的損失，如果情況嚴重甚至引發賠償問題。目前全球運籌廠商皆為iso-9001認證合格通過，並經全球資訊大廠專業代工廠商資格審核條款通過7，8，9。可是還是發生層出不窮的品質問題，所以品質保證的管理絕對不能安於現狀，應力求不斷的改進10，11，12，13，14，15，16。3品質設計決策是重要的；例如樣本大小、管制界線、抽樣頻率以及管制對象，力求避免使用試誤法（trial & error），應多加利用統計方法求解，因為會影響工廠產品長期品質31。另一方面6，產品即使通過最終檢驗，並不代表品質完美，仍然有少部份會變質，這是可靠度問題。在主機板製程第一站為錫膏印刷機，其中刮刀材質、刮刀壓力大小、錫膏粘度、鋼板開口形狀、開口大小，以及上錫厚度等等皆會影響品質。二、研究目的這些製程參數的來源，不外乎是設備或材料供應商提供。這些參數真的適切嗎？難免供應商有保護自己的嫌疑，所以我們必須用統計方法驗證之，因為錫膏太厚容易在製程中造成短路，如果太薄會有長期品質問題，顧客在使用一段時間以後，會有品質變異的可能，故需以雷射測量儀定期加以檢視(如圖二所示)。本研究以錫膏厚度之製程參數是否合宜？並加以驗證為主題17，以判斷是否存在進一步改善的空間。貳、文獻探討一、全球運籌將有形財從供應商到需求者之間執行物流的經濟活動中，各國物流 (運籌) 所佔各該國gnd生產毛額之比重，日益提高。隨著全球性作業增加了運籌成本和複雜性，工業化國家在1991年的運籌費用總額超過2千兆，或佔國內生產毛額gross domestic product (gdp) 的比例11.7%。 全球運籌的運作27(如圖1所示)在1990年時全球pc供貨還是依照預測生產(build to forecast, btf) ,但在1996年康柏(compaq )為反擊直銷商，dell 與gateway而在1997年提出了bto與cto的運作模式3、5、6、7。研究中認為(a)接單後生產bto (build to order) 是按照最終使用者的訂單需求來生產，以減少因預測與實際需求間的差距而形成庫存壓力。 (b)基於個人電腦系統規格與需求的多樣化，康柏更將bto的執行策略延伸至顧客配置化生產cto (configuration to order) , 因此因訂單所做的生產組裝不只是標準規格產品，而是依客戶的系統配置規格（如光碟機倍數、記憶體容量、網路週邊需求等）做較後段的組裝工作。 bto是製造商根據客戶的訂單生產製造幾樣（樣）特定組態的成品，組合少而數量多，是以備料、生產、出貨較易掌握。 而cto是客戶根據end user 的需求，直接轉單要求製造商生產，且要求在天內由製造商直接交貨給end user。組態上是end user隨意組合。製造備料、排程以及調配都是很大的挑戰。本研究綜合各代工廠實務運作的範例認為cto與bto之異同如表1. 。二、統計製程管制spc近十幾年以來，認證制度iso-9000 興起，國內外工廠為了符合iso-9000認證條款與稽核制度，對於spc理論與實務以及製程參數非常重視。基於上述主觀因素，spc已成為工廠影響生存及成敗的關鍵因素89。1.謝財源指出統計品管(statistical quality control)是shewhart 在1937年提出的以統計方法協助分析品質問題，進而找出解決問題方的品管方法。這些方法主要有 (1)管制圖 (2)製程能力分析 (3)直方圖 (4)重點圖 (5)查檢表 (6)實驗計畫法 (7)可靠度方法28。2.阮光業及盛其安指出一般稱ipqc即in process quality control ，它是指對在生產線4圖1本研究整理上的各個生產階段所做的品質管制，以便使各生產部門很快的了解各階段的生產品質，而可以立即改進。(有部分工廠稱ipqc 為spc，即為統計製程管制之意) 29。3.翁田山指出統計製程管制為利用統計原理，得以研判和預估，但亦需搭配其他技術面的鑽研，以控制參數，同時亦需要管理的支援，配以行動對策；基本上執行spc時應注意兩 個方向，一為從基本需求的管制製程參數消除異常製程穩定、可靠，另為從進階角度的控制品質變性品質變異程度縮小整體水準提昇30。三、實驗計畫1.實驗計畫的來源：鷲尾泰俊指出實驗計畫法是探討實驗進行的方式及其觀測值分析法的學問，於1920年代由r.a. fisher 創始的。接著在理論或實務方面均有許多研究發展成果，不單是農業及工業方面的實驗，甚至可說所有領域的實驗都採用了這門學問，而有很多的成效19。2.翁田山指出我們希望用最經濟有效(時間最短、成本最低)的方法，得悉最佳參數之設定，因此做實驗就必須有計畫，其常用的方法有變異數分析(anova)、平均值分析(anom)、直交表排列配置、點線圖法等30。3.實驗計畫的目的：白賜清指出實驗計畫的目的在於尋求最小成本或適當目標值或最小不良率或最大產量或收率等的最佳生產條件(組合) 21。5表1 cto與bto之異同表btocto相異1使用者多為一般消費者使用者多為中小企業，電腦玩家2多量少樣少量多樣3備量生產排程較易備料生產排程較難4適用於serial 或parallel process適用於parallel process（cell operation）5備料依sku level forecast備料依component level forecast6運作較易，出貨約佔85%運作較易，出貨約佔10%相同1主要市場設有hub同左2主要市場設有組裝廠同左3供應商的信任與承諾之緊密結合同左4大量借重當地人才同左5模組化同左6良好的供應鏈體系同左7建置完善的資訊科技同左4.實驗計畫的原理：白賜清指出實驗計畫的原理，必依循下面四個原理而計設計實驗：(1)隨機原理 (2)集區原理 (3)平衡原理 (4)直交原理21。參、研究方法與架構一、研究方法本次研究以doe（實驗計劃法）的變異數分析表18，19，20，21，26，29，驗證錫膏厚度的製程管制參數，但在實驗進行前，我們需規劃實驗策略，是一階段實驗好？還是兩階段實驗好？兩階段實驗的對象是新產品、新材料、新設備、疑難雜症，歸納以上四種得出以下結論，工廠應對於a：造成品質變異的原因為未明，b：對於操作條件未明時進行兩階實驗，從第一階段實驗中找出顯著因子，從第二階段實驗中找出optimum（最佳化）操作條件23， 24，25，26。但是本次研究對象是舊產品、舊材料、舊設備，所有操作方法與製程參數皆實行多年，甚至fpy（first pass yield）為國際大廠認可。基於實用與經濟原則等等考量、我們只採用一階段實驗，找出相關品質情報，達到驗證之目的。肆、腦力激盪與選定主題一、腦力激盪，所謂腦力激盪法是由奧斯朋（a. f. osborn）所發明，首先運用有組織的集體研究。各人應用其腦力，作創造性的思考，以求解決某一問題。二、藉由k.j.法.討論方式, 將所有可能影響smt錫膏印刷的因素以魚骨圖表現出來 32, 並將可控制因素列出以做為實驗進行研究因素。根據上述討論, 魚骨圖如圖3所示。6二、研究架構本研究架構如下圖 (圖2) 所示腦力激盪選定主題分析與結論資料收集與整理策略規劃選定因子與水準進行實驗反應曲面協調設備、材料、儀器最佳化選定直交表anova 分析表之計算 圖2研究架構圖3影響錫膏印刷品質要因於魚骨圖二、選定主題希望藉由實驗計劃的手法，藉此獲得know-how，將實驗結果轉換成smt錫膏製程最佳化參數藉此改善 smt錫膏印刷品質717。三、smt製程示意圖有關smt製程，在實務上較為繁複，故繪製其示意圖以說明之。其內容如圖4所示：圖4製造流程圖8伍、選定因子與水準及設備、儀器、 材料一、規劃選定因子與水準有關本研究影響之控制因子，經與現場工程師討論後，有下列數項，且知除a，b因子間存有在交互作用外，其他因子間交互作用外，其他因子間相互作用很小，在實務上可忽略不計。表2因子與水準水準因子level 1level 2a.刮刀速度25inch/sec35 inch/secb.刮刀壓力9.5atmosphere12 atmospherec.脫膜速度midslowd.錫膏種類brand ibrand ii二、選定l8(27)直交表配置1. 自由度計算因子自由度為1，因子數為4交互作用自由度為df ( axb ) df ( a ) x df ( b ) (4-1)(2-1)3總自由度 ( 4 x 1 ) + df (a x b ) = 4+3=72. l8(27) 匹配之點線圖， 如圖5所示1. a 2. b3. a x b4. c7. d5. e6. e圖5點線圖3. 選定直交表l8(27)與配置因子 如表3所示9表3實驗因子與水準對照表直交表l8(27)因素abaxbcfed行列123456711111111211122223122112241222211521212126212212172211221822121124. 本次實驗使用材料如下列三圖; 圖6、圖7、圖8所示10圖9鋼板圖10錫膏印刷機step3.將錫膏印刷在鋼板上step4.量測錫膏厚度圖11刮刀與鋼板圖12雷射測量儀表4實驗指示書11直交表l8(27)實驗的指示內容測定值因素aba*bceed刮刀速度刮刀壓力脫模速度錫膏種類 行列1234567124711111111259.5midbrand i17221112222259.5slowbrand ii174.6312211222512midbrand ii170.6412222112512slowbrand i167.852121212359.5midbrand ii169.662122121359.5slowbrand i167722112213512midbrand i174.8822121123512slowbrand ii175.8二、測定值與平方和計算表5計算表 因子列 行 aba*bceed測定值12345671111111117221112222174.631221122170.641222211167.852121212169.66212212116772211221174.882212112175.8t1685683.2697.2687685.4685.2681.6t=1372.2t2687.2689675685.2686.8687690.6(t1- t2)280.6054.20561.6050.4050.2450.40510.12512三、變異數分析、f檢定與顯著水準對於檢驗結果，再進行變異數分析。以型i誤差=0.05顯著水準，得anova分析表(如表6所示)。18，19，20，21表6anova分析表變因平方和(ss)自由度()不偏變異數(v)ff0.05f0.01a0.60510.6051.8518.5196.5b4.20514.20512.76c0.40510.4051.24d10.125110.12530.7*a*b61.605161.605186.7*e0.6520. 325t77.5957 四、最佳操作條件由上表得知，d，ab分別為顯著及非常顯著 yd1 = td1/4 = 681.6/4 = 170.4 yd2 = 690.8/4 = 172.7 表 7 2 by 2分析b a因子因子b1b2a1173.3169.2a2168.3175.3根據qa訂定的錫膏厚度規格為150240，依此推定中心值為195，屬望目特性，即最佳條件為d、a2b2。 95%信賴程度下之最大推定誤差 t0.05(2) = 4.3030.35=1.51 ( ) 172.7175.3176.47595%信賴區間為176.4751.51 ( )捌、結論後續研究一、結論1.在主效應a與主效應b不顯著但交互作用axb卻呈現顯著的情形下，推斷可能由於實驗進行時，a主效應與主效應b的水準設定範圍太過於接近 , 以致呈現主效應a與主效應b未能將顯著情形表現出來。2.主效應d在anova分析中也是顯著的情形,顥示不同水準之間有變異存在。這也表示兩種不同的鍚膏於印刷後將會產出不同平均數的厚度,這可能是因為不同品牌的鍚膏在成份當中有些許的不同,尤其是在鍚粉顆粒大小及黏度方面,也就造成兩種不同鍚膏印刷後會產生不同厚度的情形。3.回饋採購部門所需要的情報；將實驗結果d因子牌錫膏，對本實驗有正面的強效果的情況通知採購部門，做為議價談判的籌碼。4.尋獲smt製程所需參數，並探討這些品質特性之信賴區間。5. 提供另一逆向思考的途徑；在實驗中所取得的數據皆在qa定義的規格上下限中，並且遍查qa記錄皆沒有異常發生，既然如此，我們還需要將其列入管制嗎？ 值得三思！二、後續研究1.在後續研究部分，將繼續在此次實驗中所發生 的問題進行更進一步實驗，包括田口品質工程隻重複(replicate)工作，增加其觀測值(n2)，計算其信號雜音比，將不同因子拉大其水準，使得實驗中隱藏的顯著因子顯示出來。2.另外在實驗中並無將整個製程段作一結束，以致於無法直接以最終焊接結果來印證與鍚膏印刷影響,而似有進一步探討的必要。3.刮刀壓力大小、錫膏粘度、鋼板開口形狀、開口大小，以及上錫厚度等等皆會影響品質，而這些因素將納入後續實驗當中。4.本次研究對象是舊產品、舊材料、舊設備，所有操作方法與製程參數皆實行多年，甚fpy（first pass yield）為國際大廠認可。基於實用與經濟原則等等考量、我們只採用一階段實驗，找出相關品質情報，達到驗證之目的，不受設備供應商與材料商所影響，從此不再有人云亦云之憂。5. 另外在實驗中所取得的數據皆在qa定義的規格上下限中，並且失之過寬，這也表示在鍚膏印刷方面可加嚴管制界限，對鍚膏印刷品質可做更進一步管制。13參考文獻1張志華，建構台灣高科技產業因應全球運籌模式之物流策略法則，國立高雄第一科技大學運輸管理系碩士論文，2000年6月。2吳莉甯，筆記型電腦業國際供應鏈網路設計之研究，國立成功大學交通管理系碩士論文，2000年6月。3余瑞君，電腦廠商採用bto/cto物流配送問題研究，國立中央大學工業管理研究所博士論文，2000年6月。4詹進勝，全球運籌與供應鏈管理在台灣企業國際化之整合發展研究，國立台灣科技大學資訊管理系碩士論文，2000年6月。5王裕仁，全球運籌對企業提昇競爭優勢之研究以個人電腦產業為例，國立中興大學企業管理系碩士論文，1999年6月。6劉大昌、張式麟等，主機板生產之製程改善以大同公司電腦廠為例，國立台北科技大學工業工程系-未發表專題研究報告，2001年元月。7林紹琪，台灣筆記型電腦產業競爭策略研究，國立台灣大學國際企業學研究所碩士論文，2000年6月。8賴世鵬，因應全球運籌體系之產品開發管理：以台灣個人電腦製造商為例，國立清華大學工業工程與工程管理研究所碩士論文，2000年6月。9閻承隆，全球資訊大廠oem/odm專業代工廠商資格審核條款之研究以台灣電腦主機板廠商為例，國立清華大學工業工程與工程管理研究所碩士論文，2000年6月。10鐘朝嵩，全公司全面品質管制，合昌出版社，1987年5版。1411簡聰海，全面品質管理，高立圖書有限公司，1998年 初版。12蔡武德，品質管理個案研究，台灣復文興業股份有限公司，1997年。13水野 滋 原著，陳耀茂 編譯，製造業全面品管實戰，書泉出版社，1997 初版。14陳怡芬譯，不流淚的品管，天下文化出版股份有限公司，1996年 第二版。15洪瑞璘譯，挑戰全球企業如何迎接全球市場的挑戰，美商麥格羅希爾國際股份限公司 台灣分公司，1996年第一版。16吳鄭重譯，裘蘭品質領導手冊，中國生產力中心，1994 年 初版。17張前偉、吳政雄等，錫膏印刷參數之實驗設計，大眾電腦公司，未發表專題研究報告，2000年3月。18蘇朝墩，產品穩健設計，中華民國品質學會，1997年8月。19鷲尾泰俊，實驗計劃法，華泰書局，1989年1月。20陳耀茂，田口實驗計畫法 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理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心