韓 琛，陳文智，馬海彭，錢 程，孫艷麗，馬俊安，孫 磊

（1.京東方（河北）移動顯示技術(shù)有限公司，廊坊 065000；2.中國質(zhì)量研究院，上海 201101；3.上海電機(jī)學(xué)院，上海 201306）

1 引言

隨著智能手機(jī)的普及，智能手機(jī)行業(yè)的競爭日趨激烈，技術(shù)迭代周期越來越短，成本控制要求也越來越高。手機(jī)屏作為大數(shù)據(jù)時代信息交互的窗口，不僅是手機(jī)的重要組成部分，也是消費者最關(guān)注的部件之一。全面屏手機(jī)通過超窄邊框設(shè)計，可以在同樣大小的正面面積下嵌入更大的屏幕，使屏占比達(dá)到90%，這既增大了視野，提升了視頻觀感，也使得手機(jī)的顏值得到大幅度的提升，并附有更強(qiáng)的科技感。全面屏作為智能手機(jī)顯示趨勢的重要創(chuàng)新，在2016 年一經(jīng)推出就備受好評，成為市場追蹤的熱點。

卷帶式覆晶薄膜封裝（Chip On Film，COF）是一種新型集成電路（Integrated Circuit，IC）封裝技術(shù)，以柔性基板電路作為封裝IC 的載體，再通過外引線焊接工藝（Out Lead Bonding，OLB）鍵合到面板的氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）端子上[1-5]，極大提升了面板顯示區(qū)占比，從而成為薄膜晶體管液晶顯示器（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT- LCD）顯示模組提升屏占比的主流封裝工藝。相比IC 芯片固定于玻璃基板工藝（Chip On Glass，COG），COF 工藝的ITO 端子典型寬度從4.58 毫米減小至3.6 毫米以下[6-10]，在對模組制程缺陷進(jìn)行返修時，柔性封裝IC 受拆解過程干涉報廢率升高，同時在分離蓋板時，由于會在端子上施加一個外力，端子變窄受力面積更小，局部壓力變大導(dǎo)致端子更容易受到破壞。COF 封裝產(chǎn)品返修拆解良率相比COG 封裝產(chǎn)品大幅降低，由此造成返修成本升高12%。本研究將拆解造成的主要缺陷進(jìn)行分類，對不同類型的根本原因進(jìn)行分析，并提出針對性的改善方案，進(jìn)而優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)，有效提升了拆解良率，解決了COF 封裝顯示模組制造工藝上的返修難題，使返修成本降低了8%。

2 拆解缺陷分類

從某電子廠內(nèi)2019 年1 月至4 月數(shù)據(jù)得知，COF 項目拆解缺陷率為24.77%，造成極大損失。為降低損失、提升收益，亟需降低拆解缺陷率。經(jīng)收集拆解缺陷數(shù)據(jù)，并通過對實際拆解缺陷的分析，可將拆解缺陷分為三類，分別為端子缺陷、玻璃基板相關(guān)缺陷、電性缺陷。

選取2019 年5 月份的三類拆解缺陷進(jìn)行分析，如圖1 所示。圖1（a）為端子缺陷，通過顯微鏡圖形可知端子邊緣有貝殼狀裂痕；圖1（b）為玻璃基板相關(guān)缺陷，其特征為玻璃基板周遭有裂痕，玻璃基板通電點亮狀態(tài)下會呈現(xiàn)彩色碎裂狀；圖1（c）為電性缺陷，通過顯微鏡觀察可知玻璃基板線路上存在線性劃傷。

圖1 拆解缺陷的宏觀現(xiàn)象

根據(jù)缺陷數(shù)據(jù)統(tǒng)計，拆解缺陷中的端子缺陷（y1）為4.82%，占比19.5%，玻璃基板相關(guān)缺陷（y2）為13.4%，占比54.1%，電性缺陷（y3）為6.55%，占比26.4%，如圖2 所示。根據(jù)廠內(nèi)經(jīng)營情況及成本管控方案要求，需將COF 項目拆解缺陷率從24%降至10%以內(nèi)。本研究將通過降低這三種缺陷以達(dá)到提升拆解良率、降低成本的目的。

圖2 拆解缺陷統(tǒng)計圖

3 拆解缺陷影響因子探究

在探究缺陷影響因子前，首先進(jìn)行測量系統(tǒng)分析，確保用于分析的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確和可靠的。通過流程圖分析鎖定缺陷相關(guān)的工序，經(jīng)由廠內(nèi)設(shè)備、制造工藝、缺陷分析單位以頭腦風(fēng)暴和魚骨圖等方式找到潛在的影響因子，再使用因果矩陣和柏拉圖進(jìn)行因子收斂分析，識別篩選出關(guān)鍵的影響因子。將得到的影響因子通過三現(xiàn)分析法（現(xiàn)場、現(xiàn)物、現(xiàn)況）進(jìn)行分類，區(qū)分并明確改善因子。分析過程中，主要以玻璃基板相關(guān)缺陷改善為例進(jìn)行說明。

3.1 測量系統(tǒng)分析

為了確保用于分析的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確和可靠的，使用測量系統(tǒng)分析（Measurement System Analysis，MSA）方法對獲得測量數(shù)據(jù)的測量系統(tǒng)進(jìn)行評價。由于拆解缺陷是離散型數(shù)據(jù)，所以采用定性型的MSA 工具，對測量系統(tǒng)的一致性進(jìn)行評估。

拆解缺陷的測量系統(tǒng)由檢查員、電測機(jī)、比對卡組成，照度100 勒克斯、25℃/60%RH 恒溫恒濕環(huán)境構(gòu)成，最終以檢查員判定為測量結(jié)果。由于三類缺陷現(xiàn)象不同，需針對三種缺陷分別做MSA分析。

以玻璃基板相關(guān)缺陷為例，對該缺陷檢查崗的檢查人員進(jìn)行屬性一致性分析。挑選30 片產(chǎn)品，其中玻璃基板相關(guān)缺陷20 片、良品10 片；由3 個檢查員分別對30 片產(chǎn)品測試2 次；對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性分析。從檢查員自身、每個檢查員與標(biāo)準(zhǔn)、檢查員之間、所有檢查員與標(biāo)準(zhǔn)4 個方面進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)一致性均大于90%，這說明針對端子缺陷的判定是準(zhǔn)確的，所得到的測量數(shù)據(jù)可靠。端子缺陷和電性缺陷參照此方法進(jìn)行MSA 分析，其一致性也均大于90%，證明測量系統(tǒng)可靠。完整結(jié)果如表1 所示。

表1 人員檢查能力MSA 匯總

3.2 拆解缺陷因子分析

3.2.1 流程圖分析

針對玻璃基板相關(guān)缺陷進(jìn)行流程圖分析（見圖3）。對于缺陷現(xiàn)象，通過三現(xiàn)分析法，在現(xiàn)場分析出影響玻璃基板相關(guān)缺陷的關(guān)鍵步驟發(fā)生在背光分離工序和蓋板分離工序。

圖3 制造工藝流程圖

3.2.2 關(guān)鍵因子分析

針對玻璃基板相關(guān)缺陷、端子缺陷和電性缺陷，首先采用小組內(nèi)頭腦風(fēng)暴和魚骨圖發(fā)散分析，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等6 個維度尋找所有可能影響的潛在因子。以玻璃基板相關(guān)缺陷為例，其魚骨圖如圖4 所示。

圖4 魚骨圖分析玻璃基板相關(guān)缺陷（y2）影響因子

從魚骨圖中共得到的15 個潛在因子。使用因果矩陣收斂來界定重要的潛在因子，并通過和廠內(nèi)相關(guān)專業(yè)人員討論，從相關(guān)度、執(zhí)行難易度、成本三個維度對因子進(jìn)行評價。以 0、1、3、9 為四個分值梯度進(jìn)行量化打分，結(jié)果如表2 所示。

表2 因果矩陣篩選玻璃基板相關(guān)缺陷（y2）關(guān)鍵因素

將表2 得分結(jié)果應(yīng)用柏拉圖20/80 原則進(jìn)行收斂（見圖5），得出造成玻璃基板缺陷的關(guān)鍵影響因子（見表3）。

表3 玻璃基板相關(guān)缺陷（y2）關(guān)鍵影響因子匯總

圖5 玻璃基板相關(guān)缺陷（y2）潛在因子的柏拉圖

端子缺陷和電性缺陷同樣通過頭腦風(fēng)暴和魚骨圖進(jìn)行發(fā)散分析，因果矩陣和柏拉圖收斂篩選，得到10 個關(guān)鍵潛在因子，匯總?cè)绫? 所示。

表4 端子缺陷（y1）和電性缺陷（y3）關(guān)鍵影響因子匯總

3.2.3 結(jié)果匯總和快速改善

對于上述17 個關(guān)鍵影響因子，通過三現(xiàn)法分析后發(fā)現(xiàn)，人員作業(yè)熟練度低、產(chǎn)品防護(hù)不到位等因子，可通過標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)維護(hù)等管理手段快速改善，而冷拆機(jī)溫度、黑白膠黏性等參數(shù)類因子，則需要使用DOE 實驗等統(tǒng)計工具進(jìn)一步探究因子和輸出變量的關(guān)系，尋找最佳參數(shù)組合。各個快速改善類因子采取的最佳改善方案及其成效，匯總?cè)绫? 所示。

4 參數(shù)類因子的顯著性分析與實驗設(shè)計改善方案

通過應(yīng)用假設(shè)檢驗確定潛在因子的顯著性，再以實驗設(shè)計找出顯著因子的最優(yōu)參數(shù)組合，并對實驗結(jié)論進(jìn)行驗證，最終導(dǎo)入實際生產(chǎn)。對于最終成果，也可通過應(yīng)用假設(shè)檢驗驗證改善的有效性。

4.1 因子的顯著性分析

玻璃基板相關(guān)缺陷屬于離散型數(shù)據(jù)，故使用雙比率假設(shè)檢驗來判定潛在因子的顯著性。假設(shè)顯著水平α=0.05，虛無假設(shè)H0 為改善前與改善后缺陷率無差異，備擇假設(shè)H1 為改善前與改善后缺陷率有差異；判定標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)假設(shè)檢驗P 值＜0.05 時，則拒絕H0，接受H1，結(jié)論是有充分的證據(jù)說明改善前后有差異，通過統(tǒng)計驗證該因子顯著。與此同時，設(shè)定目標(biāo)功效值為0.8 的條件下，確保合適的樣本大小，會使假設(shè)檢驗的結(jié)果更具有統(tǒng)計意義上的說服力。用假設(shè)檢驗的方法驗證潛在因子的顯著性，此處僅以冷拆機(jī)溫度的顯著性檢驗為例，其它因子以總表的方式呈現(xiàn)，不做一一展開。

針對冷拆機(jī)溫度變化是否對COF 項目拆解良率產(chǎn)生影響，使用雙比率假設(shè)檢驗方法，用抽樣測試的方法，得到溫度變化前后的缺陷率數(shù)據(jù)。樣本容量為700；冷拆機(jī)溫度調(diào)整前為-130℃，抽樣缺陷產(chǎn)品數(shù)為18 個，缺陷率為2.5714%，設(shè)為P0；調(diào)整后溫度為-80℃（此為廠內(nèi)和設(shè)備廠商通過討論得到的建議值），抽樣缺陷產(chǎn)品數(shù)為62 個，缺陷率為8.8571%，設(shè)為P1。設(shè)虛無假設(shè)H0：P0=P1；備擇假設(shè)H1：P0 ≠P1，以統(tǒng)計軟件Minitab R18 進(jìn)行分析，得到P 值＝0.000。在α設(shè)定為0.05 的前提下進(jìn)行判斷，P 值＜0.05，拒絕虛無假設(shè)，接受備擇假設(shè)[11]，即有充分的證據(jù)說明冷拆機(jī)溫度調(diào)整后比調(diào)整前的拆解缺陷率有明顯差異，故冷拆機(jī)溫度是顯著因子。用統(tǒng)計軟件Minitab R18 確定功效和樣本數(shù)量，研究樣本量在目標(biāo)功效0.8 時需要的最小樣本量為213 個，實驗的樣本數(shù)量700 個，滿足統(tǒng)計要求。

對其它潛在因子使用同樣的方法和流程進(jìn)行顯著性檢驗，檢驗結(jié)果匯總?cè)绫? 所示?？梢缘贸鼋Y(jié)論：顯著因子共7 項，分別是X1 設(shè)備狀態(tài)、X3 蓋板分離方案、X4 硅酮膠去除工具硬度、X5 冷拆機(jī)溫度、X10 黑白膠黏性、X12 端子線路結(jié)構(gòu)、X15 COF 撕除方法。

表6 顯著因子的假設(shè)檢驗匯總

其中，X3 蓋板分離方案、X4 硅酮膠去除工具硬度、X15 COF 撕除方法3 個因子，采用控制單一變量方法進(jìn)行單因子驗證，最終得出最優(yōu)方案分別是：X3 為使用專用JIG 板分離方案；X4 為使用棉簽進(jìn)行去除；X15 為加熱狀態(tài)下進(jìn)行撕除。X12 端子線路結(jié)構(gòu)因子受客戶項目指定，無法在廠內(nèi)進(jìn)行變更，因此未進(jìn)行調(diào)整。剩余3 個顯著因子X1 設(shè)備狀態(tài)、X5 冷拆機(jī)溫度、X10 黑白膠黏性進(jìn)行實驗設(shè)計（DOE）驗證。

4.2 實驗設(shè)計最佳改善方案

針對4.1 分析出的顯著因子，以實驗設(shè)計方法分析，找出顯著因子的最優(yōu)化參數(shù)組合[12]。此處以玻璃基板相關(guān)缺陷率為例，進(jìn)行DOE 實驗設(shè)計。玻璃基板相關(guān)缺陷共有3 個顯著因子，分別為X1 設(shè)備狀態(tài)，X5 冷拆機(jī)溫度和X10 黑白膠粘性，每個因子分別設(shè)定兩個水平，通過內(nèi)部專家與設(shè)備廠商討論，設(shè)定條件如下表7 所示，使用2K全因子實驗分析。

表7 實驗設(shè)計因子水平設(shè)定

考慮到現(xiàn)場的產(chǎn)能、人力資源需求，以及實現(xiàn)重復(fù)實驗、減少實驗誤差等因素，每一個實驗條件都重復(fù)兩次，將仿行數(shù)設(shè)為2。為確認(rèn)響應(yīng)變量可能存在彎曲趨勢估計，故選取連續(xù)型變量的條件中間數(shù)值和離散型變量水平組成6 個中心點；區(qū)組設(shè)為1，進(jìn)行2K全因子實驗設(shè)計。本實驗共22 組實驗單元，以完全隨機(jī)的方式安排實驗的順序。應(yīng)用軟件為Minitab R18 版本，以計算機(jī)自動生成隨機(jī)順序的實驗計劃。根據(jù)實驗計劃的運行序進(jìn)行實驗，所得實驗數(shù)據(jù)，如表8 所示。

表8 實驗設(shè)計計劃和數(shù)據(jù)

應(yīng)用Minitab R18 對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如表9 所示。在方差分析表中，彎曲項的P 值小于0.05，因此中心點顯著，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)彎曲，需進(jìn)行響應(yīng)曲面分析法（Response Surface Methodology，RSM）驗證。

表9 實驗設(shè)計結(jié)果

在2K全因子實驗設(shè)計基礎(chǔ)上，加入軸點的設(shè)計，應(yīng)用Minitab R18 進(jìn)行響應(yīng)曲面設(shè)計，所得實驗結(jié)果，如表10 所示。

表10 RSM 實驗數(shù)據(jù)

對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，將不顯著因子逐步刪除，得到最簡化模型，其中冷拆溫度、黑白膠黏性、設(shè)備狀態(tài)、冷拆溫度*冷拆溫度為模型顯著性因子，如表12 和圖6 所示。模型的R-sq（調(diào)整）為82.53%，大于80%，可確定該狀態(tài)下模型解釋能力足夠。從軟件分析，可得到模型方程式。

表12 響應(yīng)曲面模型分析報表

圖6 響應(yīng)曲面模型的顯著因子分析

設(shè)備使用兩小時后：

設(shè)備剛達(dá)到設(shè)定值：

式中y 為玻璃基板缺陷率，X5為冷拆溫度，X10為黑白膠粘性。

通過殘差圖（見圖7），對模型進(jìn)行殘差診斷，可得出殘差符合正態(tài)性、獨立性、同質(zhì)性的前提假設(shè)。

圖7 響應(yīng)曲面模型殘差圖

將表12 的Adj SS 欄位進(jìn)一步分析，可得顯著因子對輸出指標(biāo)的影響貢獻(xiàn)度百分比，如圖8 所示。冷拆溫度可解釋61%的變異，所以要重點管控冷拆溫度。而黑白膠黏性無法準(zhǔn)確達(dá)到13 N/kg，同時其可探測度低，廠內(nèi)無法進(jìn)行準(zhǔn)確管控。綜合以上幾點，此項改善僅管控冷拆溫度，最優(yōu)拆解溫度為-120℃。

圖8 顯著因子對模型貢獻(xiàn)度

由于優(yōu)化目標(biāo)y 是缺陷率，品質(zhì)特性是望小，應(yīng)用方程式（1）和（2），通過響應(yīng)優(yōu)化器，將y 達(dá)到最優(yōu)的問題轉(zhuǎn)化為求一個渴求函數(shù)（Desirability Function）的合意度達(dá)到最大的問題，結(jié)果如圖9 所示。當(dāng)冷拆溫度取-120℃，黑白膠黏性取12.17 N/kg，設(shè)備剛達(dá)到設(shè)定值時，y 將達(dá)到最小值0.0146，符合合意性為1。將得到的最優(yōu)參數(shù)組合導(dǎo)入生產(chǎn)設(shè)備，跟蹤1000 片產(chǎn)品，其中缺陷品有19 片，缺陷率為1.9%?？梢?，玻璃基板相關(guān)缺陷率由13.4%降低至1.9%，確認(rèn)實驗設(shè)計方案有效。

圖9 響應(yīng)曲線優(yōu)化圖

應(yīng)用同種方法，可確定端子缺陷和電性缺陷的數(shù)學(xué)模型和最佳參數(shù)組合，并驗證改善有效性。結(jié)果顯示，端子缺陷由4.82%降低至1.07%，電性缺陷由6.55%降低至3.27%。

5 結(jié)果與討論

結(jié)合上述得到的顯著因子最佳組合，制定有效的管制計劃，并將相關(guān)方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，確保改善方案能夠有效持續(xù)實施。方案落地后，玻璃基板相關(guān)缺陷、端子缺陷和電性缺陷都有明顯下降，最終拆解良率從75.23%提升至93.28%，大幅降低了拆解損失，提高了廠內(nèi)效益。

為驗證改善前后缺陷率的差值具有統(tǒng)計上的顯著意義，對改善前后的產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢查，樣本容量為700，抽到的缺陷品改善前為173 個，改善后為47 個，即缺陷率由24.7%降低至6.7%。使用Minitab R18 進(jìn)行雙比率假設(shè)檢驗分析，得出P 值為0，表明拆解缺陷率改善前后是顯著的，即改善有效。通過功效和樣本量檢驗得到目標(biāo)功效80%時所必要的最小樣本數(shù)量為63，本實驗樣本數(shù)量700，說明選取數(shù)量足夠，結(jié)果是可信賴的。

6 結(jié)語

本研究以某COF 項目為例，對玻璃基板相關(guān)缺陷、端子缺陷和電性缺陷三種主要缺陷進(jìn)行分析；通過流程圖、魚骨圖確定影響缺陷的潛在因子，并用因果矩陣和柏拉圖收斂得到17 個關(guān)鍵影響因子；使用假設(shè)檢驗、2K全因子響應(yīng)曲面實驗設(shè)計等方法確定顯著因子，并找出最優(yōu)化的參數(shù)組合；方案經(jīng)過驗證后，導(dǎo)入量產(chǎn)并進(jìn)行固化、標(biāo)準(zhǔn)化，使整體缺陷率降低約18 個百分點。本研究有利于降低COF 封裝成本，推動全面屏的普及，對其他項目也有一定參考價值。