试验设计在优化银行卡模块焊线工艺的应用

陈叶

摘 要：试验设计可以优化工业上的工艺参数，获得已知范围内的最优参数组合。针对银行卡模块的生产过程，优化关键工艺参数，从试验安排与试验实施、结果分析和试验验证这个三个方面论述有效提高焊线拉力值的方法，从而提高银行卡模块的可靠性。

关键词：试验设计；银行卡模块；焊线拉力值；工艺参数

中图分类号：O212.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.014

鉴于银行卡的安全要求，中国银行卡正经历着更“芯”换代，芯片银行卡将逐步代替传统的磁条银行卡，芯片银行卡升级的最大原因在于其安全性能更高。由于银行系统的需求，芯片银行卡的需求量近年猛增，所以，优化这类产品的生产过程也是银行卡生产行业的重要课题。银行卡的焊线拉力值代表了该卡上芯片区域模块的可靠性，用科学的方法提高焊线拉力值就能提高银行卡的可靠性。这正是改进工作的意义。

1 银行卡模块焊线工艺介绍

银行卡模块的焊线工艺流程主要是开机、调用焊线程序、安装模块、装载金线和焊接头、程序微调、机器焊接和收料。焊线机器在物料填充到位的情况下连续作业，将银行卡的芯片和外围电路通过焊线连接起来。整个过程是半自动化的，主要是由机器焊接，但是，必要时也需要操作人员的干预。

2 银行卡模块焊线拉力值影响因素

为了找到影响焊线拉力值的关键因素，下面详细描述了银行卡模块的焊线过程。焊头先将焊线尾部烧成球状，然后利用劈刀夹持住焊球，再施加力和超声波将焊球焊接到芯片上。经过一段运动轨迹形成线弧后，焊头最终将焊线焊接在外部电路上完成电路连接，所以，在焊接过程中，焊线的拉力值取决于焊接接触时超声波的大小、力的大小和焊接时间。这些都可以从过去的工程经验中判断出来，它们要相互配合才能达到最佳的效果，从而发挥交互作用。

3 焊线拉力值的试验设计和参数优化

在试验设计之前，影响因素已经通过工程经验预判，分别是超声波大小、力的大小和焊接时间，所以，将通过这三个因素优化焊线拉力值。此次优化过程分别为试验设计和实施、试验结果分析、试验结果验证。

3.1 试验设计和实施

试验的具体实施过程是：①要明确试验目的。通过超声波大小、力的大小和焊接时间优化焊线拉力值。②确认响应变量。响应变量就是试验指标，它是用来判断产品质量的量化指标。在试验中，用焊线拉力值来衡量响应变量，它是一个望大特性（越大越好）。③确定因子与水平，因子水平如表1所示。根据试验成本，选择合适的试验计划，因子数、水平数和仿行数分别是3，2，3，中心点重复为3次，如表2所示。由于机器自动化程度很高，所以，只选择1名合格的焊线作业员和1台矫正好的焊线机器，依照随机顺序进行27组试验，得出试验结果，结果合并在表2的最后一栏中。

3.2 试验结果分析

试验设计分析步骤是：①拟定模型；②残差诊断；③判断模型是否需要改进；④解释模型；⑤响应优化。这五个步骤在结果分析中是环环相扣，缺一不可的。

在本例中，通过上一节的试验数据可以得出以下结论：①模型有效，3个主效应都显著。②确定交互效应。在交互作用下，虽然显著水平P值小于0.05，但是，从交互作用图上看并不明显。因为此次安排的3个中心点试验没有得到系统的随机误差，导致交互作用显著，后续将在做响应曲面设计试验的同时再次对中心点进行重复试验，以便准确得到试验的随机误差，确定效应的显著性。③由于弯曲项显著，所以，为了得到更好的模型，将利用响应曲面设计获得更加精确的模型。

通过进一步参数的响应曲面设计，新的模型也删减成功，新的模型被确定下来。表3是最终确认的焊线拉力模型的详细信息。

经过相关测试得：S（标准差估计量）=0.294 913，R-Sq（多元决定系数）=85.29%，Pred R-Sq（预测多元决定系数）=61.82%，Adj R-Sq（调整多元决定系数）=80.04%.

从R-Sq和R-Sq（调整）这两个数据中可以看出，模型可靠，残差也通过了诊断，并且不需要再次改进。

经过对模型的求解，最佳参数也在图1中利用软件求出，即力为63 gf，超声波为116 DAC，时间为7.7 ms.

3.3 试验结果验证

试验设计后的结果验证往往被很多人忽略，其实，这一步是相当关键的。因为一旦结果通过不了验证，试验设计就需要重新进行。表4为通过模型获得的最佳参数条件下的95%置信区间和预测区间。

用最优组合再次生产3个银行卡模块，焊线拉力值分别是4.6，4.8，4.6，3次试验的均值是4.67，均值在95%的置信区间内，所以，最优组合通过验证，模型被证明有效。至此可以得出结论，3个参数中的最优值是力为63 gf，超声波为116 DAC，时间为7.7 ms时的效果最好。工作人员找到了一组参数能够满足焊线拉力值的需求，完成了试验设计因子优化。

4 结束语

随着芯片银行卡的普及，银行卡模块的可靠性受到了生产厂商的高度重视。这类模块可靠性指标焊线拉力值的优化也逐渐成为行业的重点项目。试验设计是一种优化特性的有效方法，本文通过试验设计这个方法成功优化了焊线拉力值，此项应用和改进方法将被广泛应用于芯片银行卡的持续改进中。

参考文献

[1]上海质量管理科学研究院.六西格玛核心教程黑带读本[M].北京：中国标准出版社，2002.

[2]何桢.六西格玛管理[M].北京：中国人民大学出版社，2014.

[3]马逢时.六西格玛管理统计指南[M].北京：中国人民大学出版社，2007.

〔编辑：白洁〕