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統(tǒng)計(jì)過程控制理論與實(shí)踐——SPC、Cpk、DOE、MSA、PPM技術(shù)
本書是針對(duì)制造過程質(zhì)量控制方面的實(shí)用教材。全書以電子元器件為對(duì)象,基于質(zhì)量可靠性的基本理念,全面論述在制造過程中實(shí)施質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)的必要性、基本概念和原理,以及關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用。本書重點(diǎn)介紹SPC、Cpk、DOE、MSA和PPM技術(shù)的基本原理和應(yīng)用方法,并結(jié)合案例,剖析在實(shí)際應(yīng)用過程中出現(xiàn)的特殊問題和解決途徑,重點(diǎn)在于幫助讀者掌握如何解決實(shí)際應(yīng)用中的問題。本書介紹的基本原理和應(yīng)用技術(shù)也適用于各類制造過程的質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)。 本書可作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的教材、參考用書,同時(shí)對(duì)從事質(zhì)量與可靠性工作的技術(shù)人員和管理人員也是一本實(shí)用的參考資料。
制造過程質(zhì)量控制方面的實(shí)用教材。
基于產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的基本理念,如果在生產(chǎn)過程中只采用工藝監(jiān)測(cè)和產(chǎn)品檢驗(yàn)的傳統(tǒng)方法,只能保證提供的產(chǎn)品是滿足規(guī)范要求的合格產(chǎn)品,并不能保證產(chǎn)品具有較高的內(nèi)在質(zhì)量和可靠性。只有在統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)下由高水平生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品,不但成品率高,而且合格產(chǎn)品也同時(shí)具有高的質(zhì)量可靠性。進(jìn)入21世紀(jì)后,隨著對(duì)元器件質(zhì)量可靠性要求的提高以及與國(guó)際市場(chǎng)的進(jìn)一步接軌,國(guó)內(nèi)元器件生產(chǎn)廠所和用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的理念也有了新的認(rèn)識(shí)。例如,在半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域,無論是軍用還是民品應(yīng)用,不再滿足于通過產(chǎn)品檢驗(yàn)保證提供給市場(chǎng)的是合格產(chǎn)品,而是進(jìn)一步針對(duì)當(dāng)時(shí)影響半導(dǎo)體器件質(zhì)量可靠性的幾種常見病,包括掉片(指芯片與底座脫離)斷線(指內(nèi)引線斷開)長(zhǎng)白毛(指封裝內(nèi)部發(fā)霉)等問題,對(duì)于與這些常見病密切相關(guān)的芯片粘接、內(nèi)引線鍵合、封裝等工序,在進(jìn)行技術(shù)改造的同時(shí),在生產(chǎn)過程中開始實(shí)施SPC控制和工序能力指數(shù)Cpk評(píng)價(jià)等制造過程質(zhì)量控制技術(shù)。通過幾年攻關(guān)實(shí)踐,工藝水平得到明顯提升,取得明顯效果,基本根治了上述常見病。例如,內(nèi)引線鍵合工序,工序能力指數(shù)從不到1.0普遍提高到1.33以上,部分單位達(dá)到1.5,這是國(guó)際上對(duì)高水平工藝的要求,保證了半導(dǎo)體元器件的質(zhì)量。
為了協(xié)助相關(guān)元器件生產(chǎn)廠和研究所有效推廣和應(yīng)用SPC和Cpk技術(shù),在國(guó)家相關(guān)部門的直接組織和支持下,西安電子科技大學(xué)于2003年、2004年和2005年連續(xù)三年舉辦了元器件質(zhì)量可靠性學(xué)習(xí)班,每期都有50家左右國(guó)內(nèi)主要元器件生產(chǎn)廠家和研究所的人員參加,作者承擔(dān)了統(tǒng)計(jì)過程控制與評(píng)價(jià)課程的講授,效果良好,受到學(xué)員好評(píng)。為了更廣泛地推行SPC技術(shù),我們基于講稿編寫了統(tǒng)計(jì)過程控制與評(píng)價(jià)一書,于2004年由電子工業(yè)出版社正式出版,先后印刷兩次,受到廣泛歡迎。 該書出版以后,作者先后應(yīng)邀在國(guó)內(nèi)20余個(gè)學(xué)習(xí)班以及近百家元器件生產(chǎn)廠和研究所講課超過百余次,在普及制造過程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制理念和基本原理的基礎(chǔ)上,側(cè)重應(yīng)用,協(xié)助各單位制訂SPC實(shí)施方案,解決實(shí)施過程中出現(xiàn)的各種實(shí)際問題。同時(shí)作者所在科研團(tuán)隊(duì)一直繼續(xù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過程控制新技術(shù)研究。經(jīng)過20余年的研究以及推廣應(yīng)用,取得了多項(xiàng)研究成果,積累了大量實(shí)踐應(yīng)用案例,為此決定對(duì)原書內(nèi)容進(jìn)行較大幅度的增補(bǔ),重新出版發(fā)行。 本書在介紹制造過程質(zhì)量控制基本理念和相關(guān)技術(shù)基本原理的基礎(chǔ)上,側(cè)重結(jié)合案例說明實(shí)際應(yīng)用方法和需要注意的問題。因此本書具有下面幾個(gè)特點(diǎn): (1) 本書結(jié)合制造行業(yè)在推廣SPC、Cpk技術(shù)過程中容易誤解的問題,從統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制基本理念的角度說明實(shí)施這幾項(xiàng)技術(shù)的需求背景和必要性,這是本書第1章的主要內(nèi)容。因此本書介紹的基本理念和原理適用于各個(gè)制造行業(yè)。 (2) 本書既介紹質(zhì)量控制技術(shù)基本原理和應(yīng)用,也介紹了現(xiàn)代制造業(yè)實(shí)施質(zhì)量控制方面出現(xiàn)的新問題,以及我們?yōu)榻鉀Q這些問題取得的研究成果和應(yīng)用案例。例如,在第2章和第4章分別結(jié)合實(shí)例介紹Cpk和SPC技術(shù)基本概念和應(yīng)用方法,在第3章和第5章則進(jìn)一步分別闡述了制造行業(yè)特別是元器件行業(yè)實(shí)施Cpk和SPC技術(shù)過程中出現(xiàn)的特殊問題,并針對(duì)非正態(tài)分布問題、多品種小批量問題、多參數(shù)問題、高水平工藝的評(píng)價(jià)等問題,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例,介紹了針對(duì)非正態(tài)和多變量問題的Cpk和控制圖技術(shù)、針對(duì)高水平工藝特點(diǎn)的分位數(shù)控制圖、針對(duì)批生產(chǎn)的嵌套控制圖、針對(duì)多品種小批量的回歸控制圖和T-K控制圖技術(shù)等。 (3) 本書內(nèi)容安排方面著重介紹這幾項(xiàng)技術(shù)的含義和基本概念。數(shù)學(xué)原理和推導(dǎo)過程從簡(jiǎn),主要給出結(jié)論和計(jì)算公式,重點(diǎn)在于理解基本概念和掌握實(shí)際應(yīng)用方法。為此,結(jié)合大量應(yīng)用案例說明相關(guān)技術(shù)的使用方法,并指出在實(shí)施這幾項(xiàng)技術(shù)時(shí)需要注意的實(shí)際問題。在第6章還根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求,說明如何針對(duì)生產(chǎn)過程特點(diǎn)制訂Cpk評(píng)價(jià)方案和SPC實(shí)施方案,并結(jié)合實(shí)際案例說明如何提升Cpk以及分析失控問題。 (4) 針對(duì)各單位實(shí)施SPC的實(shí)際需求,新版本還增加了下述三項(xiàng)實(shí)用技術(shù)內(nèi)容: DOE(試驗(yàn)設(shè)計(jì)):為了有助于提升工藝水平,本書第7章從工序能力指數(shù)和參數(shù)一致性的角度,介紹DOE技術(shù)的基本概念,結(jié)合實(shí)例介紹優(yōu)化工藝、提升工藝水平的方法。 常用的8種統(tǒng)計(jì)分析工具:實(shí)施統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制過程中,分析問題時(shí)通常還需要采用直方圖、檢查表、分層法、Pareto圖、魚骨圖和散點(diǎn)圖,它們與控制圖一起稱為7大管理工具(國(guó)外稱之為Magnificent Seven)。此外,概率紙和箱線圖也是分析問題時(shí)不可缺少的工具。本書第8章結(jié)合實(shí)例介紹這幾種常用統(tǒng)計(jì)分析工具的概念、作用以及使用中應(yīng)該注意的問題。 測(cè)量?jī)x器精密度的評(píng)價(jià):實(shí)施SPC對(duì)使用的測(cè)量?jī)x器精密度提出了定量要求。一般單位通常只對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn),未進(jìn)行精密度評(píng)價(jià)。本書第9章結(jié)合實(shí)例,以操作步驟的方式詳細(xì)介紹了如何通過評(píng)價(jià)測(cè)量?jī)x器的重復(fù)性和再現(xiàn)性,定量評(píng)價(jià)測(cè)量?jī)x器的精密度,并說明如何解決評(píng)價(jià)中的實(shí)際問題。 (5) 每一章后面給出習(xí)題和思考題,供讀者復(fù)習(xí)時(shí)參考。 本書由賈新章、游海龍、顧鎧、王少熙、田文星編著。其中游海龍撰寫第6章、第7章;王少熙參與撰寫第2章、第3章;顧鎧和田文星參與撰寫第4章、第5章和第8章; 田文星還負(fù)責(zé)繪制了書中所有的控制圖; 賈新章撰寫其余章節(jié)并負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿。 西安詮釋軟件有限責(zé)任公司提供了書中繪制控制圖和分析數(shù)據(jù)的軟件工具,在此表示感謝。 本書是我們20余年SPC應(yīng)用實(shí)踐和研究成果的總結(jié)。由于制造行業(yè)實(shí)際情況復(fù)雜,推行統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的過程中出現(xiàn)的具體問題繁多,不斷提出有待研究解決的問題。因此,本書難免存在不足甚至錯(cuò)誤之處,懇請(qǐng)讀者提出寶貴意見,并歡迎就具體問題展開討論。 聯(lián)系人:西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院 游海龍 hlyou@mail.xidian.edu.cn 編者于2017年9月
1966年1月畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)微電子專業(yè)后留校任教至今。其中1980年4月-1982年10月赴澳大利亞新南威爾士大學(xué)進(jìn)修集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。__eol__1998年作為高級(jí)訪問學(xué)者赴英國(guó)愛丁堡大學(xué)訪問半年。
第1章 概論
1.1 關(guān)于產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的基本理念 1.1.1 保證、評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性常規(guī)方法存在的問題 1.1.2 關(guān)于質(zhì)量可靠性的基本理念 1.1.3 保證和評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的相關(guān)技術(shù) 1.2 生產(chǎn)過程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的技術(shù)流程 1.2.1 制造過程對(duì)參數(shù)一致性和穩(wěn)定性的影響 1.2.2 統(tǒng)計(jì)過程控制的目的和相關(guān)技術(shù) 1.2.3 實(shí)施質(zhì)量控制的技術(shù)流程 1.2.4 實(shí)施SPC的基本條件 思考題與習(xí)題 第2章 工序能力指數(shù)與6設(shè)計(jì) 2.1 預(yù)備知識(shí)工藝參數(shù)分布規(guī)律的定量描述 2.1.1 正態(tài)分布函數(shù) 2.1.2 正態(tài)分布特征值的統(tǒng)計(jì)特性 2.2 工序能力的定量表征和工序能力指數(shù) 2.2.1 工藝參數(shù)一致性與工序能力 2.2.2 工序能力指數(shù)(Cp) 2.2.3 實(shí)際工序能力指數(shù)(Cpk) 2.2.4 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)工序能力指數(shù)的要求 2.3 工序能力指數(shù)的計(jì)算 2.3.1 均值()和標(biāo)準(zhǔn)偏差()的計(jì)算方法 2.3.2 工序能力指數(shù)計(jì)算實(shí)例 2.4 6設(shè)計(jì)與等效工序能力指數(shù) 2.4.1 從工序能力指數(shù)理解6設(shè)計(jì)的含義和目標(biāo) 2.4.2 p設(shè)計(jì)水平與DPMO 2.4.3 基于6設(shè)計(jì)理念的ECpk 2.4.4 ECpk計(jì)算中涉及的兩個(gè)算法 思考題與習(xí)題 第3章 工序能力指數(shù)評(píng)價(jià)的特殊模型 3.1 工序能力指數(shù)常規(guī)計(jì)算方法的適用條件 3.2 非正態(tài)分布工藝參數(shù)的工序能力指數(shù)計(jì)算方法 3.2.1 非正態(tài)分布工藝參數(shù)數(shù)據(jù) 3.2.2 計(jì)算方法一:基于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法 3.2.3 計(jì)算方法二:基于工藝成品率的計(jì)算方法 3.2.4 非正態(tài)分布參數(shù)工序能力指數(shù)計(jì)算方法討論 3.3 多參數(shù)情況工序能力指數(shù)計(jì)算方法 3.3.1 多變量工序能力指數(shù)MCpk計(jì)算思路 3.3.2 MCpk計(jì)算步驟 3.3.3 MCpk應(yīng)用實(shí)例 3.3.4 多元正態(tài)分布函數(shù)的高精度積分算法 3.4 計(jì)件值工序能力指數(shù) 3.4.1 描述計(jì)件值數(shù)據(jù)分布規(guī)律的二項(xiàng)分布 3.4.2 計(jì)件值工序能力指數(shù)的計(jì)算思路 3.4.3 計(jì)件值工序能力指數(shù)計(jì)算方法一: 每批樣本量相同 3.4.4 計(jì)件值工序能力指數(shù)計(jì)算方法二: 每批樣本量不相同 3.5 計(jì)點(diǎn)值工序能力指數(shù) 3.5.1 描述計(jì)點(diǎn)值數(shù)據(jù)分布規(guī)律的泊松分布 3.5.2 計(jì)點(diǎn)值工序能力指數(shù)的計(jì)算思路 3.5.3 計(jì)點(diǎn)值工序能力指數(shù)計(jì)算方法一: 每批樣本量相同 3.5.4 計(jì)點(diǎn)值工序能力指數(shù)計(jì)算方法二: 每批樣本量不相同 思考題與習(xí)題 第4章 統(tǒng)計(jì)過程控制與常規(guī)控制圖 4.1 SPC與控制圖 4.1.1 SPC基本概念 4.1.2 統(tǒng)計(jì)受控與加工結(jié)果是否合格的關(guān)系 4.1.3 控制圖的結(jié)構(gòu)和作用 4.1.4 控制限的計(jì)算原理 4.1.5 工藝過程受控/失控狀態(tài)的判斷規(guī)則 4.1.6 常規(guī)控制圖的分類 4.2 常規(guī)計(jì)量值控制圖 4.2.1 均值標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖 4.2.2 均值極差控制圖 4.2.3 單值移動(dòng)極差控制圖 4.3 常規(guī)計(jì)件值控制圖 4.3.1 不合格品數(shù)控制圖(np圖) 4.3.2 不合格品率控制圖(p圖) 4.3.3 通用不合格品率控制圖(pT圖) 4.4 常規(guī)計(jì)點(diǎn)值控制圖 4.4.1 缺陷數(shù)控制圖(c圖) 4.4.2 單位缺陷數(shù)控制圖(u圖) 4.4.3 通用單位缺陷數(shù)控制圖(uT圖) 4.5 常規(guī)控制圖的應(yīng)用 4.5.1 關(guān)于分析用控制圖與控制用控制圖 4.5.2 常規(guī)計(jì)量值控制圖應(yīng)用實(shí)例 4.5.3 常規(guī)計(jì)數(shù)值控制圖應(yīng)用實(shí)例 思考題與習(xí)題 第5章 特殊控制圖 5.1 特殊控制圖的基本原理 5.1.1 常規(guī)控制圖的適用條件 5.1.2 需要采用特殊控制圖的典型情況 5.1.3 特殊控制圖的基本原理 5.2 適用于非正態(tài)分布數(shù)據(jù)的控制圖 5.2.1 非正態(tài)分布數(shù)據(jù)的控制圖分析方法 5.2.2 制造過程非正態(tài)分布數(shù)據(jù)控制圖實(shí)例 5.2.3 非制造過程中非正態(tài)分布數(shù)據(jù)控制圖實(shí)例 5.3 適用于多品種情況的回歸控制圖 5.3.1 回歸控制圖原理 5.3.2 回歸方法一: 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)處理方法與應(yīng)用 5.3.3 回歸方法二:相對(duì)偏差方法與應(yīng)用 5.3.4 關(guān)于雙重回歸情況 5.3.5 對(duì)多品種情況的一種不正確處理方法 5.4 適用于多品種小批量情況的TK控制圖 5.4.1 T統(tǒng)計(jì)量與T控制圖 5.4.2 K統(tǒng)計(jì)量與K控制圖 5.4.3 TK控制圖的特點(diǎn) 5.4.4 TK控制圖應(yīng)用實(shí)例 5.5 適用于批加工參數(shù)的嵌套控制圖 5.5.1 批加工生產(chǎn)特點(diǎn)與參數(shù)的嵌套性 5.5.2 工藝參數(shù)數(shù)據(jù)的嵌套性檢驗(yàn) 5.5.3 一階嵌套控制圖模型與應(yīng)用 5.5.4 二階嵌套控制圖模型與應(yīng)用 5.6 適用于多參數(shù)情況的多變量控制圖 5.6.1 多參數(shù)問題與多變量控制圖 5.6.2 多變量T2控制圖 5.6.3 單值多變量T2控制圖 5.6.4 多變量控制圖的應(yīng)用實(shí)例 5.6.5 針對(duì)多參數(shù)問題的一種不正確處理方法 5.7 綜合控制圖 5.7.1 關(guān)于綜合控制圖 5.7.2 綜合控制圖應(yīng)用實(shí)例 5.8 分位數(shù)控制圖 5.8.1 分位數(shù)控制圖的原理 5.8.2 計(jì)點(diǎn)值分位數(shù)控制圖 5.8.3 計(jì)件值分位數(shù)控制圖 5.8.4 適用于非正態(tài)計(jì)量值的分位數(shù)控制圖 5.9 缺陷成團(tuán)控制圖 5.9.1 缺陷成團(tuán)模型 5.9.2 缺陷成團(tuán)控制圖 5.9.3 缺陷成團(tuán)控制圖應(yīng)用實(shí)例 思考題與習(xí)題 第6章 Cpk和SPC應(yīng)用實(shí)踐 6.1 工序能力指數(shù)評(píng)價(jià)實(shí)施方案的制訂 6.1.1 Cpk評(píng)價(jià)流程和實(shí)施方案的制訂要求 6.1.2 關(guān)鍵工序過程節(jié)點(diǎn)與關(guān)鍵工藝參數(shù) 6.1.3 用于Cpk評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)采集 6.1.4 工序能力指數(shù)計(jì)算 6.2 提升Cpk的技術(shù)途徑 6.2.1 提升工序能力指數(shù)的技術(shù)途徑 6.2.2 工序能力指數(shù)提升實(shí)例 6.3 SPC實(shí)施方案的制訂 6.3.1 SPC實(shí)施方案的制訂要求 6.3.2 用于SPC評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)采集 6.3.3 控制圖的正確選用 6.4 失控問題分析 6.4.1 失控問題分析的基本思路 6.4.2 控制圖綜合應(yīng)用分析實(shí)例1 6.4.3 控制圖綜合應(yīng)用分析實(shí)例2 6.4.4 控制圖綜合應(yīng)用分析實(shí)例3 思考題與習(xí)題 第7章 過程改進(jìn)工具DOE技術(shù) 7.1 DOE的含義與作用 7.1.1 引例PCB挖槽工藝的優(yōu)化 7.1.2 什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì) 7.1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)中基本術(shù)語(yǔ) 7.1.4 符號(hào)化與效應(yīng)計(jì)算 7.1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的作用 7.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟與關(guān)鍵技術(shù) 7.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟 7.2.2 步驟1:明確試驗(yàn)?zāi)康摹⒋_定表征對(duì)象 7.2.3 步驟2:確定影響表征對(duì)象的因素及其變化范圍 7.2.4 步驟3:選擇試驗(yàn)類型、制訂試驗(yàn)方案 7.2.5 步驟4:實(shí)施試驗(yàn)、采集數(shù)據(jù) 7.2.6 步驟5:數(shù)據(jù)分析 H 7.2.7 步驟6:基于表征模型實(shí)現(xiàn)過程的控制與優(yōu)化 7.2.8 步驟7:結(jié)論與建議 7.2.9 試驗(yàn)設(shè)計(jì)類型 7.2.10 試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析方法 7.3 方差分析 7.3.1 一個(gè)示例方差分析的作用 7.3.2 單因素試驗(yàn)的方差分析 7.3.3 多因素試驗(yàn)的方差分析 7.3.4 方差分析的基本假設(shè) 7.3.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 7.4 回歸分析 7.4.1 回歸分析的基本概念 7.4.2 一元線性回歸 7.4.3 一元非線性回歸 7.5 兩水平全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì) 7.5.1 因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)與兩水平因子設(shè)計(jì) 7.5.2 兩水平全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例外延層生長(zhǎng)工藝 7.5.3 基于模型的優(yōu)化策略晶體外延層生長(zhǎng)工藝的優(yōu)化 7.5.4 討論試驗(yàn)類型的選取 7.6 試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例與分析 7.6.1 微電路熱氧化工藝的表征與優(yōu)化 7.6.2 基于D最優(yōu)化的等離子刻蝕工藝的表征與優(yōu)化 思考題與習(xí)題 第8章 常用的統(tǒng)計(jì)分析工具 8.1 直方圖 8.1.1 直方圖的含義與作用 8.1.2 直方圖的繪制步驟 8.1.3 直方圖的使用 8.2 概率紙 8.2.1 什么是概率紙 8.2.2 正態(tài)概率紙 8.2.3 對(duì)數(shù)正態(tài)概率紙應(yīng)用實(shí)例 8.3 箱線圖 8.3.1 箱線圖的構(gòu)成 8.3.2 箱線圖的應(yīng)用 8.4 檢查表和分層法 8.4.1 檢查表 8.4.2 分層法 8.5 Pareto圖 8.5.1 Pareto圖的基本構(gòu)成
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