于磊毕业论文

数据在LCD制造中的应用 SPC技术在LCD模组制造中的应用研究 摘 要 模块组装工艺是LCD面板制造过程的重要组成部分，其中作为广泛应用于模块组装工艺的带自动粘结（TAB）技术，其工艺质量水平对整个LCD产品的质量有着举足轻重的影响。本文的主要目的就是研究在LCD模组制造过程中运用统计过程控制（SPC）的质量管理方法，改善TAB技术的过程能力水平，从而提高产品质量，降低产品不良率，增加企业效益。其中粘结强度将作为TAB的质量特性，成为重点分析研究对象。 本文以SPC技术为研究方法，运用基本统计知识，质量管理控制图表（如：帕累托图， -R（均值－极差）控制图等）的方法分析统计数据，及时发现问题并查找出不良原因，然后采取必要改进措施，最终达到提高LCD模组生产过程能力水平的目的。 本文提出的过程输入和输出的双重控制方法可以将TAB工艺粘结强度的平均值从原来的662.46增加至681.58，粘接强度的标准差从原来的104.99降低至69.69，过程能力指数从原来的0.83增加至1.35，合格率θ从原来的99.361％提高至99.997％，极大地改善了产品质量，有效地降低了产品不良率。 关键词：统计过程控制（SPC），带自动粘结（TAB）技术，控制图 The Application Research of SPC in LCD Modules Manufacturing ABSTRACT LCD module assembly process is an important part of the panel manufacturing process, where tape-automated bonding (TAB) technology is widely used. The technological level of TAB has a decisive influence in the quality of entire LCD product. Therefore, the main purpose of this paper apply statistical process control (SPC) quality management methods to improve the level of TAB process capacity in module manufacturing process and products' quality,decrease products' failure rate and increase corporate's profits.And the bonding strength of TAB will serve as the quality characteristics which has become the focus of analysis of the study. This article is based on the method of SPC with basic statistical knowledge and quality management control chart (such as Pareto control chart, -R control chart and so on) to analysis statistical data, identify problems, find out the reason and take the necessary measures for improvement, so that the corporate can improve the level of LCD modules process capacity. In this paper, the dual control of input and output of the process can improve the bonding strength of TAB technology with the average from 662.46 to 681.58, the standard deviation from 104.99 to 69.69, the process capability index from 0.83 to 1.35 and the qualified rate from 99.361％ to 99.997％, so products' quality is improved and products' failure rate is decreased, obviously. KEY WORDS: statistical process control (SPC), tape-automated bonding (TAB) technology, control chart 目 录 TOC \o "1-3" \h \z HYPERLINK \l "_Toc170303816" 摘要 I HYPERLINK \l "_Toc170303817" ABSTRACT II HYPERLINK \l "_Toc170303818" 绪论 1 HYPERLINK \l "_Toc170303819" 1 LCD显示器 2 HYPERLINK \l "_Toc170303820" 1.1 液晶显示器概述 2 HYPERLINK \l "_Toc170303821" 1.1.1 液晶显示的发展 2 HYPERLINK \l "_Toc170303822" 1.1.2 液晶显示器的应用 3 HYPERLINK \l "_Toc170303823" 1.1.3 液晶显示行业的现状 4 2 spc技术.................................................................5 HYPERLINK \l "_Toc170303827" 2.1.3 控制图原理分析 6 HYPERLINK \l "_Toc170303829" 3 质量管理方法的应用研究 11 HYPERLINK \l "_Toc170303830" 3.1 产品数据资料的采集 11 HYPERLINK \l "_Toc170303831" 3.1.1 随机抽样法的应用......... ...................................11 3.1.2 检查表的运用 11 HYPERLINK \l "_Toc170303832" 3.1.3 层别法的实施方法 12 3.2 统计数据的研究分析................................................13 HYPERLINK \l "_Toc170303833" 3.2.1 产品不良原因分析 13 HYPERLINK \l "_Toc170303834" 3.2.2 主要次要因素分析 14 HYPERLINK \l "_Toc170303835" 3.2.3 数据相关度分析 15 3.3 工艺过程的改进及控制..............................................15 HYPERLINK \l "_Toc170303836" 3.3.1 控制图的应用研究 15 HYPERLINK \l "_Toc170303837" 4 SPC技术在TAB工艺中的应用研究及结果 17 HYPERLINK \l "_Toc170303838" 4.1 TAB技术 17 HYPERLINK \l "_Toc170303841" 4.2 文献综述 19 0 0 2 HYPERLINK \l "_Toc170303849" 4.4 TAB工艺过程输入与输出的双重控制 28 HYPERLINK \l "_Toc170303856" 4.4.1 新质量特性的测定 ............................................28 4.4.2 双重控制机制的实施及结果 28 8 9 附录．..............................................................................40 绪 论 在当今这个信息技术时代，显示器已成为向彼此发送信息和沟通交流的重要接口。如今，显示器已逐渐从阴极射线管（CRT）向平板显示器（FPD）发展。其中液晶显示器（LCD）技术使计算机和消费电子产品的广泛范围得到实现，LCD平且薄的特点非常适合应用于移动和便携式产品。此外，LCD还具有很多优点，如低辐射，高对比度和高分辨率以及低驱动电压和低产热量。因此LCD越来越广泛的应用于各种消费电子产品，如手机，数码相机，液晶电视，电脑显示器和个人数字助理。一般情况下，液晶显示器分为扭曲向列相（TN），超扭曲向列相（STN）和薄薄膜晶体管（TFT）三种基本驱动显示类型。另外，液晶显示器也可分为两类——无源矩阵驱动（PMD）和有源矩阵驱动（AMD）。 LCD面板的制造过程是相当复杂的,它结合了半导体，光电，化学材料和密封制造工艺等技术。伴随LCD制造工艺技术的提高，大多数制程已经采用高度自动化的机器取代人员的手工作业，虽然这可以提高产量，避免许多人为不良，但是随之而来的是由于机台因素造成的精度偏差问题，致使产品质量难以控制，生产成本大大增加。在LCD面板制造过程中出现不良的概率是相当高的，所以面板制造商应当对生产过程中的各个环节和各项技术给予足够的重视，不断改善LCD面板制造的过程能力水平。 模块组装工艺是LCD面板制造过程的重要组成部分，其中作为广泛应用于模块组装工艺的带自动粘接（TAB）技术，其工艺水平对整个LCD产品的质量有着举足轻重的影响，TAB技术的粘接强度就是一个极其重要的质量特性。因此通过有效的统计过程控制（SPC）质量管理方法，改善模组制造过程中TAB技术的粘接强度，对提高产品质量，降低生产成本，提升企业竞争力有重大意义。 本文以SPC技术为研究方法，运用基本统计知识，质量管理控制图表（如：帕累托图， -R（均值－极差）控制图等）的方法分析统计数据，及时发现问题并查找出不良原因，然后采取必要改进措施，最终达到提高TAB工艺过程能力水平的目的。 SPC作为质量管理方面的一个功能强大的工具，通过统计方法可实现监测，管理，分析和改善工艺流程。它可以简便、有效的进行质量管理，使LCD厂商的质量管理、制造管理上升到更高水平。SPC可以对生产实际进行实时监控及时发现生产中的质量隐患，使制造水平和产品质量更稳定、更具一致性。应用SPC可以减少返工和物料浪费，降低不良品率，降低成本，提高劳动生产率。同时SPC质量管理的思想可以使企业更具核心竞争力，提高客户满意度，赢得广泛客户，提高企业的社会声誉和经济效益。 1 LCD显示器 1.1 液晶显示器概述 人类生活离不开信息，正如控制论创始人N.维纳所说：“要有效地生活，就要有足够的信息” 。人们生活在社会上，每时每刻都在与外部交流信息，人们随时随地都在通过眼、耳、鼻、舌、身，从外部世界获得信息。其中，视觉获得的信息大约占70%以上，其它如听觉、嗅觉、味觉、触觉加在一起不足30%。可见，最大量的信息是通过眼睛获取的。视觉信息不仅数量最大，而且最精确，最及时，也最可靠，人们常引用的成语“一目了然”就是这个意思。又如，“百闻不如一见”也是说视觉信息的重要远胜于其他信息来源。 在当今这个信息技术时代，显示器已成为向彼此发送信息和沟通交流的重要接口。如今，显示器已逐渐从阴极射线管（CRT）向平板显示器（FPD）发展。其中液晶显示器（LCD）技术使计算机和消费电子产品的广泛范围得到实现，LCD平且薄的特点非常适合应用于移动和便携式产品。 1.1.1 液晶显示的发展 液晶的发现可回溯到1888年，奥地利植物学者Reinitzer在加热安息香酸胆石醇时，意外发现异常的融解现象。因为此物质虽在145°C融解，却呈现混浊的糊状，达179°C时突然成为透明的潺潺液体;若从高温往下降温的过程观察，在179°C突然成为糊状液体，低于145°C时成为固体的结晶。其后由德国物理学者Lehmann利用偏光显微镜观察此安息香酸胆石醇的混浊状态，证实是一种“具有组织方位性的液体”（crystalline liquid），至此才正式确认液晶的存在，并开始了液晶的研究[1]。 大约1971年，液晶显示设备就在人类的生活中出现。这就是最初的TN-LCD（扭曲阵列）显示器。尽管当时还只是单色显示，但在某些领域已开始加以应用（例如医学仪器等）。到八十年代初期，TN-LCD开始被应用到电脑产品上。1984年，欧美国家提出STN-LCD（超扭曲阵列），同时TFT-LCD（薄膜式电晶体）技术也被提出，但技术和工艺仍不够成熟。到八十年代末期，由于日本厂商掌握着STN-LCD的主要生产技术，它们开始在生产线上进行大规模的生产，这算得上是LCD将要普及的信号。1993年，在日本掌握TFT-LCD的生产技术后，液晶显示器开始向两个方向发展：一个方向是朝着价格低、成本低的STN-LCD显示器方向发展，随后又推出了DSTN-LCD(双层超扭曲阵列)；而另一方向却朝着高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD发展。日本在1997年开发了一批以550×670mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线，并使1998年大尺寸的LCD显示屏的价格比1997年下降了一半。1996年以后，韩国和中国台湾都投巨资建第三代的TFT-LCD生产线，准备在1999年以后与日本竞争[2]。 中国内地从八十年代初就开始引进了TN-LCD生产线,是目前世界上最大的TN-LCD生产国.据不完全统计,目前全国引进和建立LCD生产线40多条,有LCD配套厂30余家,其中不乏TFT-LCD生产线。 表1-1 液晶器件发展史 1968 美国RCA公司：液晶显示器应用的提案 1973 液晶显示器用于计算机与手表 1974 单纯矩阵扭曲向列相液晶显示面板的电视显像 1983 采用两英寸多结晶硅薄膜电晶体液晶显示器的液晶电视机的开发 1983 超扭曲向列相液晶显示器的开发 1986 超扭曲向列相液晶显示器个人文书处理机的应用 1986 采用三英寸非结晶硅薄膜电晶体液晶显示器液晶口袋型电视机的开发 1987 应用三英寸非结晶硅薄膜电晶体液晶显示器液晶电视机的实用化 1988 可以和阴极射线管相匹配的大型（14英寸）非结晶硅薄膜电晶体液晶显示器的开发 1989 5.5英寸非结晶硅薄膜电晶体液晶显示器的高画质投射型显示器的应用 1990 VGA用10英寸非结晶硅薄膜电晶体液晶显示器的笔记型电脑的应用 1992 工作站用17英寸非结晶硅薄膜电晶体液晶显示器的开发 1994 多媒体用21英寸非结晶硅薄膜电晶体液晶显示器的开发 1.1.2 液晶显示器的应用 液晶材料由于其独特的优点，有着广泛的用途，在全数字化时代的液晶显示技术主要围绕下列三大应用领域开发和发展： （1）便携式电子产品 主要包括笔记本PC、个人数据助理（PDA）、手机等。用于笔记本电脑的液晶显示器，一直是带动LCD市场发展的主力产品，它占到了LCD70%以上的市场份额，年增长率高达25%。PDA用显示器将是LCD的下一个新的增长点。近几年来，PDA发展很快，它的发展趋势是尽可能具有多种功能，如数据处理、记事、通信、传真、打印、Internet等，还要能与计算机及各种外设接口。PDA用LCD显示屏一般为5英寸～6英寸，为节省耗电和提高分辨率，目前的发展方向是采用彩色反射式液晶显示和低温多晶硅。手机是LCD又一个应用最多的领域之一。 （2）监视器 监视器是LCD企图取代CRT的最重要的应用领域。液晶监视器主要面向中、高档台式PC及工作站（WS）、高档工作站（EWS）等几个领域。中档台式PC用TFT-LCD规格主要有：13.3英寸、13.8英寸、XGA（1024×768象素）和14.1英寸、15.1英寸、SXGA（1280×1024象素）。高档台式工作站用TFT-LCD规格主要有：20.1英寸SXGA（1280×1024象素）和21英寸SXGA（1600×1200象素）。目前大量上市的主要产品开始进入高级监视器领域[3]。 （3）消费类电子产品 高清晰度数字电视HDTV是本世纪电视发展的一个主要方向。据估计，HDTV的分辨率将达到1920×1080。对HDTV来说，CRT已经不敌平板显示器了。其理由有两点： （a）高清晰度的优势只有在40英寸以上大画面显示时才能表现出来。30英寸左右的电视，高清晰度与普通清晰度几乎没有什么区别。这从日本市场上高清晰度电视与宽幅电视几乎没有什么区别就可以得到证实[4]。 （b）高清晰度的目的之一是通过Internet传递多位文字的信息，CRT画面周边显示模糊，不利于文字显示，这一点已在PC用监视器上有所反映。因此点阵方式的平板显示器就成为数字电视的最佳选择。 1.1.3 液晶显示行业的现状 历经二十几年的发展，中国LCD产业从无到有，从无源跨入有源，已成为全球最大的TN/STN生产大国和产值排名世界第四的LCD产业区域，目前在中国大陆与LCD产业相关的生产厂、科研院所大约有180家，约110条的TN/STN-LCD生产线，7条TFT－LCD生产线（含京东方在韩国的三条生产线）和众多的TN/STN/TFT模块生产线。液晶协会在2003年对65家会员单位的统计数据显示：这65家单位2003年销售值总和在132.46亿，比02年增长123%，其中显示器件107.79亿，占81.38%，相关材料12.04亿，占9.09%，制造设备1.29亿，占0.97%，其他占8.56%，从业人员大约在5万3千人，LCD年产量424万平米，ITO玻璃年产量646万平米，液晶材料年产量79.5吨，偏光片年产量96万平米。可以说液晶产业在我国的发展呈现蒸蒸日上的大好局势[5]。 2 SPC技术 2.1 统计过程控制 2.1.1 统计过程控制技术 统计过程控制SPC是英文statistical process control 的字母简写， 就是应用统计技术对过程中的各个阶段进行监控与诊断，从而达到改进和保证质量的目的。 SPC于20世纪20年代首先由美国休哈特 (W.A.Shewhart) 提出。1924 年休哈特做出第一张不合格产品率（P）的控制图, 在生产控制中得到了广泛的应用并发展出多种控制图，早在20世纪中期就广泛应用于发达国家。今天的SPC与当年的休哈特的过程控制方法并无根本的区别。SPC就是应用统计方法对过程中的各个阶段进行监控，从而达到改进与保证质量的目的。它强调通过过程的预防来减少或避免出废品、次品，就像医生给人们注射防疫针使其不得病一样。它着眼于全系统、全过程，要求全员参加，人人有责；它要求用科学方法 (主要是统计技术，尤其是控制图理论) 来保证全过程的预防，不仅用于生产过程，而且可用于服务过程和一切管理过程。今天所说的六西格玛是SPC一脉相承并且是SPC的全面深化。休哈特的SPC理论开始并没有得到美国人的重视，相反，二战后经济遭受严重破坏的日本在1950年刚接触SPC便十分敏感，立刻引进并大力推广。经过30年的努力，日本终于跃居质量和生产率的世界领先地位。美国著名质量管理专家伯格 (Roger W. Berger)教授指出，日本成功的基石之一就是SPC。在日本强有力竞争的威胁下，从80年代起，西方工业国家纷纷开展“SPC复兴”运动，美国从1980年开始大力推行SPC，经过15年的努力，才于1995年在民用品的质量方面和日本扯平。我国从60年代起就开始引进了SPC，当时由于生产发展的水平以及社会环境的制约，未能在企业中打下基础。但学术界一直没有停止沿着SPC探索的脚步。SPC虽然能对过程的异常进行告警，但对于诊断出造成异常的原因和发生的地点却无能为力。1982年我国SPC权威张公绪教授提出了两种质量诊断理论，解决了SPC只能控制而不能诊断的问题，将SPC上升为SPD (统计过程诊断) 受到国内外同行的赞誉。此后张教授继续耕耘，向诊断理论多元化、小批量化、模糊化以及接近零不合格过程的方向发展，取得了一系列国际水平的成果。目前，SPD已经进入实用性阶段，我国仍然居于领先地位[6]。 上世纪八十年代以后，世界许多大公司纷纷在自己内部积极推广应用SPC，而且对供应商也提出了相应要求。在ISO9000及TS16949中也提出了在生产控制中应用SPC方法的要求。　　 2.1.2 SPC方法研究 （1）SPC的作用 （a）对生产过程作出可靠的评估。 （b）制定生产过程的统计控制界限，判断过程是否失控和过程是否有能力。 （c）对生产过程提供一个早期报警系统，及时监控过程的情况以防止废品的产生。 （d）通过常规检验，定时观察以及系统测量的方法替代了大量的检测和验证工作。 （2）生产中的异常波动 在生产过程中波动是不可避免的。它是由人、机器、材料、方法和环境等基本因素的波动影响所致。波动分为两种：正常波动和异常波动。正常波动是偶然性因素（不可避免因素）造成的。它对产品质量影响较小，在技术上难以消除，在经济上也不值得消除。异常波动是由系统原因（异常因素）造成的例如机台对位偏差和作业手法不当等。 异常波动对产品质量影响很大，但能够采取措施避免和消除。过程控制的目的就是消除、避免异常波动，使过程处于正常波动状态。 （3）实施SPC的步骤和方法 （a）SPC工具对过程进行分析，如绘制分析用控制图等；根据分析结果采取必要措施：可能需要消除过程中的系统性因素，也可能需要管理层的介入来减小过程的异常波动以满足过程能力的需求。 （b）控制图对过程进行监控：监控包括对环境因素，机台因素，人员因素，原料因素和操作方法。 2.1.3 控制图原理分析 贝尔试验室的Walter休哈特博士在二十世纪的二十年代研究过程时，首先区分了可控制和和不可控制的变差，就是由于我们所说的普通及特殊原因产生的。他发明了一个简单有力的工具来区分它们——控制图。从那时起，在美国和其它国家，尤其是日本，成功地把控制图应用于各种过程控制场合。经验表明当出现变差的特殊原因时，控制图能有效地引起人们注意，它们在系统或过程改进要求减少普通原因变差时控制图能反映其大小。 使用控制图来改进过程是一个重复的程序，多次重复收集、控制及分析等几个基本步骤。首先，按收集数据，然后利用这些数据计算控制限，控制限是解释用于统计控制数据的基础；当生产过程处于统计控制状态，控制限可用来解释过程能力。为了使过程在受控和能力上得以改进，就必须识别普通原因和特殊原因并据此改进过程；然后该循环又重新开始，更多的数据被收集、解释并且作为持续改进的基础[6]。 图2-1 控制图示例 （1）质量的统计观点 质量具有变异性，公差的建立就是承认这一点的一个标志。质量变异是随机现象，具有统计规律。 随机现象通常用分布（Distribution）来描述, 分布可以告诉我们变异的幅度有多大，出现这么大幅度的可能性（概率，probability）有多大。常见的分布有以下几种： （a）正态分布（Normal Distribution） （b）二项分布（Binormal Distribution） （c）泊松分布（Poisson distribution） （2）控制图的构成 直方图的制作与分析，即分析图形是否服从正态分布： （a）直方图的制作—利用EXCEL制作直方图。 （b）正态分布的判断：如果中间高、两头低、左右对称并延伸到无穷—钟型排布，则为正态分布，如下： 图2-2 正态分布 均值---μ，标准偏差---σ 正态分布的两个参数均值与标准偏差是相互独立的，而均值的改变不会影响曲线的形状，标准偏差的变化不改变数据的影响中心，如下图： 图2-3 正态分布的均值与标准偏差是相互独立的 而二项分布和泊松分布的均值和标准偏差是不独立的，如下图示： 图2-4 二项分布和泊松分布的均值和标准偏差是不独立的 正态分布的特点： 不管μ和σ怎么变化落在[μ- 3σ，μ+ 3σ ] 范围的概率为99.73%，休哈特就是根据正态分布的这一性质构造了休哈特控制图[6]。 图2-5 休哈特控制图 2.2 控制图的制作方法 （1）制作一张控制图 图2-6 控制图制作图示 （2）控制图制作步骤 （a）选定控制对象。 （b）取预备数据（数据一般要求超过25组）。 （c）计算平均值 和标准偏差 。 （d）计算组数据间的平均值 ， 并且计算控制限并作图。 （e）将预备数据描在 图中，判断过程是否稳定，如有异常，需找出异常原因，采取改进措施，并重新采集统计数据。 （f）计算过程能力指数Cpl，看过程能力是否满足要求。 （g）完成以上过程后，分析用控制图即可以转化为生产控制用控制图。 3 质量管理方法的应用研究 在企业中质量控制部门是不可或缺的，主要采用品质管理七大手法统计分析。以直观的表现其企业制造部门的生产水平，并及时将得出的结论提交给制造部门以对症下药进行改善。 3.1 产品数据资料的采集 3.1.1 随机抽样法的应用 随机抽样法是进行数据采集的一种重要方法，按随机性原则，从总体单位中抽取部分单位作为样本进行调查,以其结果推断总体有关指标的一种抽样方法。 随机原则是在抽取被调查单位时，每个单位都有同等被抽到的机会，被抽取的单位完全是偶然性的，所以可以达到部分代表整体的目的，大大减少了工作量，提高了工作效率。 3.1.2 检查表的运用 检查表(Check List)作用是收集、整理资料, 使用简单明了的表格或图形,系统地收集资料和累积资料。作业人员依规定查检记号, 结果和状况, 并且对数据进行整理分析。 制作方法： （a）选定欲检查的现状或原因及层别因子。 （b）选定各层别因子类型, 确定各层别因子之间有无联系。 （c）选定检查表形式。 （d）制作检查表。 LCD面板清洗是LCD模组制造中的重要工艺，此工艺由于是作业人员直接接触Panel，若不按照操作规定作业会造成以下不良：面板刮伤，端子部刮伤，静电击伤和清洁不良。结合随机抽样方法，下面是某周内企业LCD面板清洗不良的检查表。 表3-1 检查表 项目 面板清洁质量不良 收集人 于 磊 日期 4.20－4.24 地点 ＱＣ 记录人 于 磊 班次 全部 　 周一 周二 周三 周四 周五 合计 面板刮伤 224 258 356 353 332 1523 端子刮伤 240 256 283 272 245 1296 静电击伤 151 165 178 168 144 806 清洁不良 75 80 90 94 82 421 其他 14 18 27 23 16 98 合计 704 777 934 910 819 4144 3.1.3 层别法的实施方法 层别法是指从不同角度不同层面发现问题, 依不同类别(部门, 人, 工作方法, 原物料, 零件, 设备, 地点), 分别收集数据, 加以分类整理, 找出其中差异, 针对差异加以改善的方法。 制作方法： （a）确定分层的类别和调查的物件。 （b）收集和记录资料。 （c）整理资料并绘制相应图表。 （d）比较分析和最后的结论。 将上文的LCD面板清洗不良数据运用层别法分析，结果如下： 表3-2 不良调查表（机台厂商分类） 机台供货厂商 不良数目 良好数目 发生率 Ａ 34 4900 0.006891 Ｂ 49 5100 0.009516 合计 83 10000 0.008232 作业人员 不良数目 良好数目 发生率 甲 5 1300 0.003831 乙 7 1600 0.004356 丙 11 1700 0.006429 丁 10 1600 0.006211 合计 33 4900 0.00669 表3-3 不良调查表（人员分类） 综合上面三个表格易看出：面板刮伤不良和端子刮伤不良明显多于其他不良项目，周三和周四产生的不良产品明显多于其他三天。B厂商的机台和丙丁作业人员生产的不良产品较多。 将检查结果反馈给制造部门，经过对生产线的现场调查分析，发现面板刮伤和端子刮伤大多是由于丙作业人员和丁作业人员手上都带了一枚戒指；周三和周四不良率高的原因是由于工作人员在这两天的工作热情降低，注意力不集中所致；两外B厂商生产的机台存在某些不足导致其生产的不良产品较多。 通过和作业人员，机台厂商沟通，并在周三和周四两天稍微降低了生产线强度，产品不良率大大降低。 3.2 统计数据的研究分析 3.2.1 产品不良原因分析 在质量管理中，对不良产品原因的分析一般采用特性要因图（鱼骨图）。 （1）简介 特性要因图又称为鱼骨图主要用途是寻找引发结果的原因, 一目了然的表示出结果(事件特性)受原因影响的情况, 是分析原因与结果相关程度大小的一种有效方法。 （2）制作方法 （a）陈述问题，并且逐条列出，朝方框画一水平箭头。 （b）在箭头上下写出可能的不良原因。用直线连接到主要箭头上。 （c）在各主要类型范围内,列出所有可能引起问题发生的因素。 （d）进一步最佳化，列出各因素的输入变数。 表面封装工艺是模组后段的工艺之一，下图简要分析了影响SMT良率的主要原因。 图3-1 SMT良率分析鱼骨图 3.2.2 主要次要因素分析 在质量管理中，帕累托图是用来分析产品不良的主要因素和次要因素的有效工具。 （1）简介 （a）帕累托图用来确定主要不合格因素，一般80%的问题来自20%的主要原因,这也是帕累托图的运用原理[6]。 （b）帕累托图的制作和分析可以确定影响产品良率的主要因素是什么，确定优先采取什么样的措施并确认优先改进的对象。 （2）制作方法 （a）收集资料: 按特征类别收集数据资料。 （b）按照各种可能不良原因所造成的影响大小，频率从高到低的顺序在横轴上排列, 制作直方图。 横轴：用以代表材料类别、机器类别、缺点种类或其它分析原因。 纵轴：不良百分率、故障次数、损失金额或其它因分析原因所造成的结果。 （c）画出累计百分率曲线。 帕累托图应用示例：下面是模组组装中某周的不良统计，总不良数420片，其中不良项目依次为：变形，缺角，刮伤，尺寸不良和其他。建立统计数据表格，如下： 表3-4 模组组装良率统计表 排序 不良项目 不良（片） 占不良总数比（％） 累积比（％） 1 变形 210 50 50 2 缺角 84 20 70 3 刮伤 63 15 85 4 尺寸不良 42 10 95 5 其他 21 5 100 合计 　 420 100 　 一般利用专业的统计软件Minitab来绘制帕累托图。条件有限时，EXCEL也是完全可以胜任的。由于EXCEL绘制出来的是直方图，因此需要加工，结果如下： 图3-2 模组组装良率柏拉图 从上图可以直观看出, 该制造部门某周产品不良最大的项目占了50%, 前3项的总和超过80%以上, 进行处理控制时要以前3项作为重点改善的项目。 制造部门及时采取了改进措施，优先改进变形不良，缺角不良和刮伤不良，产品质量得到明显改善。 3.2.3 数据相关度分析 散布图在品质管理中用于研究两个变数之间的关系，收集成对的两组数据,在座标图上以点来表示其两个特性值之间相关情形的图形。由于在实际中应用较少，本课题也不采用，故不多做介绍。 3.3 工艺过程的改进及控制 3.3.1 控制图的应用研究 控制图是目前品质管理中最流行的品质改进及控制工具。 根据统计原理，定制控制界限(UCL/LCL, upper/lower control limit)和中心线(CL, center-line)，中心线为标准值（平均值），控制界限是允许产品的质量特性在其间变动的范围（如：平均值3σ)。控制者应该随时将样本值记录、计算并绘制在控制图内，若结果未超出控制界限，表示工艺处于稳定状态；否则，表示工艺发生变异（异常），应该调查原因并采取措施以避免制造出更多不良产品。 在计量值控制图中要两个成对使用，因为在计量值控制图中所用的两个图(x-bar-R 或 x-bar-S)是分别控制组间变异和组内变异的，x-bar chart(平均值图)控制的是每一组样本平均值的变化即组间变异，而R chart(极差图)或S chart (标准差图)控制的是每组样本内极差或标准差的变化也就是组内变异[7]。 控制图的制作方法在1.2中已经介绍，这里将不再重复。 对于控制图的应用研究将作为本为重点，在下一章中详细论述。 4 SPC技术在TAB工艺中的应用研究及结果 如今，信息电子产品的显示设备，如个人数字助理，电子书，移动电话和医疗器械已广泛采用液晶显示器。因此，液晶显示器模块组装结构应该具有薄，小型化，可弯曲，增加输入/输出量，减少输入/输出的焊垫间距，并具备多种应用功能等特点。本文以TFT-LCD为例来介绍统计过程控制方法在液晶显示器制造过程中的应用。 4.1 TAB技术 TFT-LCD面板制造过程包括三个主要阶段（或工序）——薄膜晶体管阵列，液晶盒和模块组装过程，同时每个阶段又包括一些子过程。薄膜晶体管阵列制造过程与半导体制造过程类似，只是薄膜晶体管阵列制造是在玻璃基板上，而不是在硅片上。见图4-1。 TFT阵列工艺流程 Cell工艺流程 玻璃基板 前清洗 清洗 PI层涂布 镀膜 PI层检查 涂布光刻胶 PI烘烤 曝光 摩擦取向 显影 后清洗 刻蚀 喷洒衬垫 剥离 衬垫均匀性检查 彩色滤色片 TFT阵列基板 Cell 图4-1 TFT - LCD面板制造过程 TFT阵列工艺的主要包括：5-7次玻璃基板清洗处理，涂布光刻胶，曝光，显影，蚀刻和剥离。Cell制造过程是TFT-LCD面板制造过程中的一个特殊的阶段，其工艺包括彩色滤光片，TFT阵列基板清洗，涂布取向层，摩擦取向，灌注液晶，涂封框胶和硬化处理。如图4-1所示。模块组装过程是TFT-LCD面板制造的最后阶段，此过程中液晶面板将和所有必要部分组装在一起，如背光源，驱动IC以及印刷电路板，最终生产出TFT-LCD产品。 模块组装工艺是LCD面板制造过程的重要组成部分，其中作为广泛应用于模块组装工艺的带自动粘接（TAB）技术，其工艺质量水平对整个LCD产品的质量有着举足轻重的影响。由于在生产过程中TAB技术仍然存在若干种不合格因素，如粘接强度不够和对位不准确，这些故障会对模块组装过程或最终面板产品的性能产生影响，造成较低的工艺性能和较高的生产成本。因此高品质的TAB制造工艺是非常重要，改善ACF的粘结强度也成为了各制造商关注的一个重要问题，这也是本文要讨论的主要问题。 目前TAB技术工艺已广泛应用于印刷电路板（PCB）组装工业领域，这是由于将TAB技术应用于LCD模块具有以下优点： （a）节省空间：带载体封装（TCP）集成电路（IC）不仅是弯曲的，而且还节省了结构空间。 （b）增加输入/输出量：在一个TCP IC的输入/输出量约为200，是COB IC的两倍。 （c）厚度小：一个TCP IC的厚度约75-125微米。 （d）单一功能（驱动程序）：对于大尺寸LCD，铟锡氧化物（ITO）薄膜电极有两个，即common电极和segment电极。每个电极都同时能够互联若干个TCP IC，其中有一个独特的驱动程序功能。 （e）双功能（驱动程序和控制器）：对于小尺寸LCD，ITO电极只有一层与一个TCP IC粘结，它具有驱动程序和控制功能。 有了上述的这些优势，TAB技术被广泛应用于LCD模块制造业。TAB技术的主要工艺总结如下： （1）表面贴装技术（SMT）工艺 首先，将锡膏筛选性涂抹到PCB上；然后，选取有源和无源器件并将其直接安放到PCB上；接着，通过传送带将PCB运送到回流焊炉，锡膏熔化，然后凝固；最后，对焊接完成的PCB进行外观检查和功能测试。如图4-2的第一，第二，第三和第四步所示。 （2）外部引线粘结（OLB）工艺 首先，通过施加适当的压力和温度，将各向异性导电膜（ACF）附着在LCD玻璃基板的ITO电极上；然后，将TCP IC与LCD的ITO电极对位对齐；接着，施加适当的温度和压力将LCD和TCP IC粘结在一起。该OLB工艺包括以下四个步骤： （a）ACF在LCD的附着 将ACF附着在LCD玻璃基板的ITO电极上，见图4-2的第五步。 （b）LCD的对位 用电荷耦合器件通过先前附着的ACF，将TCP IC的粘结端与LCD玻璃基板的ITO电极准确对齐，见图4-2的第六步。 （c）LCD的最后粘接 在先前的ACF工艺中，通过施加适当的压力和温度使导电粒子变形，将TCP IC和ITO电极互相连接起来，见图4-2的第七步。 （d）功能测试 应用功能测试检验OLB，见图3-2的第八步。 （3）组装工艺 将OLB和SMT工艺的在工品连接，然后将背光源和LCD模块组装起来。通过功能测试检查完成品，见图4-2的第九步，第十步和第十一步。 安装元器件 涂锡膏 回流焊 外观检查和功能测试 SMT工艺 ACF在LCD上附着 LCD最后粘结 功能测试 OLB工艺 LCD的对位 最终产品功能测试 背光源组装 OLB和SMT的连接 组装工艺 图4-2 TAB技术工艺流程 4.2 文献综述 Cluff[8]了完整的因析实验研究不同要素对TAB产品老化寿命的影响，这些要素为：引线长度，引线宽度和器件配置。每个因素分两种情况，采集8个观测数据。无需方差分析直接从实验中挑选出最佳观测数据。从实验数据中统计出斜率，并据此估计TAB产品的老化寿命。结果表明，最佳组合为：既长又宽的引线，并且匹配的配置，这种产品在-65°C至150°C和-55°C至125°C的预测老化寿命分别为20000和100000小时。 Zakel[9]等人研究了两种TCP IC，一个是锡基（锡）外引线TCP IC；另一种是金基（金）外引线TCP IC 。他运用“一次只考虑一个因素”的分析方法来研究粘结温度和粘结强度之间的关系。结果表明，金（Au）材料的粘结强度强于锡（锡）材料。 Dudek[10]等人的研究表明在粘接时导电粒子的变形程度决定了接触面积和互连电气特性。导电粒子的变形程度被某些工艺参数显著的影响，如粘结温度和粘结压力。然而，没有实验数据能够利用来分析这两个工艺参数对粘结强度的影响。 Yim和Paik[11]研究了粘结温度和粘结压力这两个因素对粘结强度的影响。他们同样使用了“一次只考虑一个因素”的分析方法。结果表明：（a）当粘结压力定于33 kg f/cm2，粘结温度越高，粘结强度就越大。（b）当粘结温度定在200°C时，粘结压力越大，粘结强度就越大。 Cook[12]等人指出，在所完成的焊接工艺中，使用控制图对参数的统计数据进行趋势分析的做法，不仅在质量保证监测和文件系统中有重要作用，而且在排除设备故障和材料问题时，它也能提供有价值的诊断协助。 本文的目的是通过实施SPC，提高TAB技术的粘接强度。由于粘结温度和粘结压力是影响粘结强度的关键输入参数，因此这两个输入参数和输出参数（粘结强度）将被同时监测，诊断和记录。 4.3 SPC技术在TAB工艺中的应用 如今TAB技术已被LCD模块制造商广泛采用，但其不合格率一直非常高的，达到3％-4％，因此在TAB技术中，降低不良率是非常重要的。在本文中，统计过程控制（SPC）将作为TAB工艺的一个重要改进工具来加以讨论。 4.3.1 质量特性的测定 从客户的投诉和产品不良报告中收集到数据后，建立产品不良项目统计表格，如表4-1，并使用帕累托（Pareto）图对不良产品进行分析。结果表明，TAB粘合不良是产品不良的最主要原因，如图4-3所示。随后，再次采集TAB粘合不良的统计数据，建立TAB粘合不良项目统计表格，如表4-2，并运用帕累托图进一步分析了造成TAB粘合不良的原因。结果表明，粘结强度不合格是主要原因，如图4-4所示。因此，粘结强度被选为最能反映产品质量水平的质量特性。 表4-1 产品不良项目统计表 排序 不良项目 不良（片） 占不良总数比（％） 累积比（％） 1 TAB粘合不良 2976 29.1 29.1 2 标志位置错误 2000 19.6 48.7 3 LCD与背光源分离 1862 18.2 66.9 4 其 他 1105 10.8 77.7 5 LCD缺陷 1020 10.0 87.7 6 　PCV膜粘结问题 669 6.5 94.2 7 包装问题 592 5.8 100.0 合计 10224 100.0 图4-3 利用帕累托图分析不合格项 表4-2 TAB粘合不良项目统计表 排序 不良项目 不良（片） 占不良总数比（％） 累积比（％） 1 粘结强度不够 1607 54 54 2 对位不准确 804 27 81 3 ACF材料问题 327 11 92 4 ACF缺陷 149 5 97 5 TCP IC缺陷 89 3 100 合计 　 2976 100 　 图4-4 利用帕累托图分析TAB粘合不良的原因 4.3.2 控制机制的实施及结果 控制机制是质量控制工程的清单，如表4-3所示。粘结强度越大，产品的质量越好。根据企业的调查结果，TAB粘结强度的最低规格限制为400g。 表4-3 TAB质量控制工程清单 控 制 工 程 项目 控 制 标 准 设 备 仪 器 检查员 控 制 方 法 抽 样 频 率 审计员 TAB 粘 结 强 度 ≥400g 剥离器 作业员 控制图和R控制图 每天两次抽样，每次5个 QC 组员 于磊 过程能力是指过程的加工质量满足技术标准的能力，它是衡量过程加工内在一致性的。过程能力决定于质量因素，即人、机、料、法、环，而与无关。过程能力指数Cpl就是用来评估过程能力水平的量化指数，其定义式见等式（4-1）： （4-1） 由于存在很多参数会影响粘结强度的质量，根据中心极限定理，有理由推测出，粘结强度服从正态分布。则合格率θ可表示为等式（4-2）： (4-2) 其中， 是所有样本的平均值， LSL是粘结强度的最低规格限制，σ 是质量特性粘结强度的标准差，Φ（x）是标准正态分布的累积分布函数。通过每次采样5个数据，每天采样四次的随机抽样方法采集到一组统计数据。 是子样本的平均值，R是子样本范围的极差。 和R控制图的控制范围可用下列等式表示[13]： 控制图的控制范围： （4-3） R控制图的控制范围： （4-4） 其中，UCL是控制上限，CL是中心线，LCL是控制下限，A2是 控制图的控制范围系数， 是所有样本范围的平均极差，D3是R控制图的控制下限系数，D4是R控制图的控制上限系数。 经过10天采样，获得40个样本数据。由于子样本大小为5，查询相关的控制图系数表得到：A2=0.577，D3=0，D4=2.114，详见附录。 第一阶段采集的样本统计数据见表4-4和表4-5，则通过计算可得：粘结强度第一阶段的 控制图建立如等式（4-5），见图4-5；粘结强度第一阶段的R控制图建立如等式（4-6），见图4-6。 表4-4 第一阶段样本 值统计数据表 样本数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 均值 1014.7 709.1 690.4 1018.0 662.5 520.8 493.5 558.2 550.1 621.0 样本数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 均值 825.3 985.9 759.8 553.0 524.6 530.3 602.7 570.7 661.4 522.2 样本数 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 均值 700.0 573.5 542.4 429.8 661.0 1016.7 540.0 1078.6 602.6 517.9 样本数 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 均值 706.6 700.5 662.7 610.4 615.0 692.3 577.0 580.0 663.5 653.7 表4-5 第一阶段样本R值统计数据表 样本数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R值 241 250 30 501 308 250 108 152 146 288 样本数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 R值 150 146 243 190 248 226 130 138 682 242 样本数 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 R值 128 322 228 242 387 288 236 1015 38 225 样本数 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 R值 198 299 190 183 258 198 64 102 265 233 粘结强度第一阶段的 控制图： （4-5） 粘结强度第一阶段的R控制图： （4-6） 图4-5 粘结强度第一阶段的 控制图 图4-6 粘结强度第一阶段的R控制图 因此，标准差σ可以通过下列方程得出： （4-7） 其中，d2是 的标准差系数，由于子样本大小为5，查询相关的控制图系数表得到d2=2.326。因此σ=244.20÷2.326=104.99，Cpl=（662.46－400）÷（3×104.99）=0.83，θ=Ф｛（662.46－400）÷104.99｝=Ф（2.49）=99.361% 。 由于粘结强度越大，产品的质量越好，所以我们将重点关注处于控制图LCL以下的异常点。在图4-5中，我们发现在 控制图的第一阶段，第6，第7，第24，和第30点处于低于LCL的位置；从第14点至第20点，连续7个点都位于CL和LCL之间，这些点都属于异常点。通过对这些异常点进行分析，查出导致不合格的原因包括：温度传感器失灵平整的热头被扭曲，以及压缸失效。通过修复温度传感器，调整平面热头和修复压缸，将异常因素排除后，工艺水平有明显的改善，如表4-6所示。同样，在粘接强度R控制图的第一阶段，我们发现图4-6中的第4，第19，和第28点位于UCL以上，这些点同样属于异常点。通过对这些异常点进行分析，查出导致不合格的原因包括：温度传感器失灵和压缸失效。通过采取改善措施将这两项夜场因素都被排除后，工艺水平有明显的改善，见表4-6 。 表4-6 故障排除记录 异常情况 导致原因 改进措施 图3-5中第6点低于LCL 温度传感器失灵 修复温度传感器 图3-5中第7点低于LCL 压缸失效 修复压缸 图3-5中从第14点至第20点，连续7个点都位于CL和LCL之间 平整的热头被扭曲 调整平面热头 图3-5中第24点低于LCL 粘结温度传感器失效 更换新的温度传感器 图3-5中第30点低于LCL 粘结压力不足 调整压缸 图3-6中第4点位于UCL以上 压缸失效 修复压缸 图3-6中第19点位于UCL以上 粘结温度不适合 调整温度传感器 图3-6中第28点位于UCL以上 粘结压力不足 调整压缸 在实施上述的改进措施之后，在接下来的10天又采集了另外40个样本。第二阶段采集的样本统计数据见表4-7和表4-8，则通过计算可得：粘结强度第二阶段的 控制图建立如等式（4-8），见图4-7；粘结强度第二阶段的R控制图建立如等式（4-9），见图4-8。 表4-7 第二阶段样本 值统计数据表 样本数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 均值 576.0 758.3 658.2 655.5 676.7 659.3 767.8 768.4 750.7 768.0 样本数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 均值 647.7 757.6 645.1 662.7 575.0 693.4 577.8 578.3 702.6 700.6 样本数 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 均值 704.3 647.7 678.7 768.0 765.6 657.6 672.9 597.4 595.5 667.0 样本数 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 均值 666.1 695.4 666.7 657.5 687.9 658.2 699.9 587.5 655.3 586.7 表4-8 第二阶段样本R值统计数据表 样本数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10