案例17 应用六西格玛改进F半导体公司BGA产品质量

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1、案例17应用六西格玛改进F半导体公司BGA产品质量教育部博士点基金新教师项目资助（20070056130）；国家自然科学来源基金资助（No.70572044）；教育类别案例方法部新世纪人才支持计划NCET-04-0240资助六西格玛；BGA；植球；质量改作者张敏何桢岳刚王刘平关键词进理论知识DMAIC适用层次本科生研究生MBA1.案例背景BGA(BallGridArray球栅阵列封装)是一项已经被广泛应用的高密度封装技术。该技术的出现成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选

2、择。对BGA产品制造来说，过程中的最容易出现次品的环节是植球工序。植球工序是使用助焊剂，在设定的特殊温度的分段高温炉内，将焊锡球粘焊于焊盘上。BGA基板上的焊球不论是通过高温焊球（90Pb/10Sn）转换，还是采用球射工艺形成，焊球都有可能掉下丢失，或者成型过大、过小，或者发生焊球连、缺损等情况[10]。本案例采用六西格玛管理的DMAIC流程，针对植球工序设备能力上的缺陷，重点找出哪些设备参数的调整和改善可以使设备能力更能适应新产品的需要。2.案例描述2.1项目定义阶段对于BGA产品制造过程，最容

3、易出现次品的环节是植球工序。由于此工序主要由半自动设备操作，因此集中在设备能力的检验和改善方面。此项目重点找出哪些设备参数的调整和改善可以使设备能力更能适应新产品的需要。普通产品的球间距（即材料上每个端子之间的间隙距离，间隙距离越小越要求设备具备更高的能力和精度）为0.6至0.8毫米，随产品的不断升级，越来越小的球间距被应用到半导体产品上，达到0.5至0.6毫米，这就要求设备具有更高的能力和精度。现今的植球系统ZVM-250无此能力，因此需要进行改进，使其植球成功率（即成功将锡球焊接在半导体材料上

4、的百分率）由现在水平的92%改善达到要求的98%以上。2.2项目测量阶段由于调教过程只要设定参数之后，设备可以自动调教至相应位置，设备精度完全可以满足需要，而且日常校对的时候都会检查设备精度，因此自动设备的测量能力可以信任，此过程省略。2.3项目分析阶段首先，使用头脑风暴的方法，列举出可能对此设备能力产生影响的所有方面，用鱼骨图显示出来，并最终确定其中两点对提高植球成功率最有影响的因素，即胶量厚度和植球偏移量。对于胶量厚度的控制，我们选定两种不同的胶刀形式，如图1，看看这两种刀型对于胶1量，即胶层

5、厚的控制哪一个更好一些，对于设备精度会有很大影响。首先对两种胶刀形式各测量50个胶量厚度数据，见表1和表2。使用Anderson-Darling检验其正态性，如图2和图3所示。由于正态性检验的P值分别为0.413和0.095，均大于0.05，可以认为这两组数据服从正态分布。表1A型胶刀的胶量厚度，单位：μm图1胶量厚度两种不同胶刀形式54434355353242352067254569150279543446344244355362552404539588524093555543454244443

6、45416881536225731表2B型胶刀的胶量厚度，单位：μm胶量厚度455354455444545547779157254885405645655444554544544655558083197977876355445455455554538589891596027199Mean43.2StDev9.829N5095AD0.37090P-Value0.4138070605040Percent30201051203040506070A型胶刀的胶量厚度图2A型胶刀胶量厚度的概率图299Mean

7、50.72StDev6.125N5095AD0.63090P-Value0.0958070605040Percent302010513035404550556065B型胶刀的胶量厚度图3B型胶刀胶量厚度的概率图为了比较A和B两种型号胶刀对胶量厚度的控制是否有差异，需要进行双样本t检验，分析结果如图4所示。由于P值为0.00<0.05，可以认为A和B两种型号胶刀对胶量厚度的控制有差异。并且，由于B型胶刀所控制的胶量厚度标准差为6.12，小于A型胶刀的标准差9.83，因此，可以认为B型胶刀比A型胶刀可

8、以更加精密地控制胶量厚度，从而提高植球成功率。得出的结论为：最终选用B型改进型胶刀。706050胶量厚度403020A型胶刀胶量厚度B型胶刀胶量厚度图4A、B型胶刀胶量厚度双样本t检验结果及箱线图32.4项目改善阶段利用试验设计法改善另一影响植球成功率的关键因素，植球偏移量。首先介绍一下什么是植球偏移量（offset），如图5所示，即球体中心偏移开胶点中心的距离。影响植球偏移量的设备参数包括：植球放球高度（ZHigh）,放球震动时间（Vibration-T）,植球气压（Pressu