DOE (thiết kế thí nghiệm)

Chú ý: Để trở thành một quản lý cấp cao thực thụ, việc bạn giải quyết vấn đề quan trọng mà ít người có thể giải quyết được mới là điểm mạnh.

Chính vì vậy những kiến thức và kỹ năng cùng với khả năng sử dụng các phần mềm phân tích để tiến hành cải thiện chất lượng sản phẩm là điểu bắt buộc

( Các phần mềm đòi hỏi bạn phải đọc hiểu được ngôn ngữ tiếng anh hoặc ở đây là tiếng trung hoa )

Thực ra "Thiết kế thí nghiệm" không khó hiểu và phức tạp như mọi người thường nghĩ, đặc biệt là "Phương pháp Taguchi" sử dụng "Ma trận trực giao (OA, Orthogonal Array)" và các phương pháp thống kê để giảm số lượng thí nghiệm trong "Thiết kế thí nghiệm" truyền thống, đồng thời cải thiện cách phân tích dữ liệu thí nghiệm. Ngay cả khi bạn không hiểu ANOVA là gì, chỉ cần làm theo các bước và sử dụng trực giác, bạn vẫn có thể hoàn thành một kế hoạch thí nghiệm. Vì vậy, bài viết này sẽ tập trung giới thiệu "Phương pháp thí nghiệm Taguchi".

Mặc dù "Phương pháp Taguchi" đơn giản hơn nhiều so với thiết kế thí nghiệm truyền thống, nhưng tôi vẫn khuyên mọi người nên quay lại và tìm hiểu chi tiết về thiết kế thí nghiệm truyền thống khi có cơ hội, vì cơ sở của Phương pháp Taguchi vẫn bắt nguồn từ thiết kế thí nghiệm truyền thống.

Ngoài ra, cho dù là "Phương pháp Taguchi" hay "Thiết kế thí nghiệm", vẫn có một số điều kiện cần phải đáp ứng trước khi thực hiện:

Đặc tính chất lượng (Quality Characteristics) phải có khả năng định lượng: Đây là yêu cầu phổ biến của mọi kiểm soát quy trình thống kê (SPC), chỉ những đặc tính chất lượng có thể định lượng mới có thể được tính toán. "Đặc tính chất lượng" là những tiêu chí được sử dụng để đánh giá mục tiêu chất lượng của một hệ thống, tức là sản phẩm đạt tiêu chuẩn chỉ khi đáp ứng được các yêu cầu về đặc tính chất lượng. Ví dụ, độ dày, chiều dài, chiều rộng, chiều cao và góc nghiêng hoặc tỷ lệ sản phẩm đạt hay không đạt trong các bài kiểm tra.
Các yếu tố thí nghiệm (factors) và mức độ (levels) phải được cung cấp và quyết định bởi kỹ sư hoặc nhân viên có kinh nghiệm: Điều này là do mục tiêu chính của thiết kế thí nghiệm là tìm ra một tổ hợp thông số tối ưu từ các yếu tố đã biết có thể ảnh hưởng đến đặc tính chất lượng, vì vậy cần những người có kinh nghiệm cung cấp thông tin liên quan và sử dụng biểu đồ xương cá (biểu đồ phân tích nguyên nhân và kết quả, Cause & Effect Analysis) để khoanh vùng các yếu tố quan trọng nhằm giảm thiểu lãng phí từ các thí nghiệm lặp đi lặp lại. Ví dụ: Công đoạn thành hình gồm các yếu tố: Liệu đến, Khuôn gá, linh kiện máy thành hình( trục xoay, thùng đựng liệu, đai ốc,...), tham số máy thành hình (nhiệt độ, thời gian, tốc độ, vị trí), môi trường ( nhiệt độ, độ ẩm )
Người lập kế hoạch và thực hiện thí nghiệm nên có khái niệm cơ bản về kiểm soát quy trình thống kê: Ví dụ, cần hiểu về phân phối chuẩn, Cpk (tổng hợp độ chính và chuẩn xác), Cp (độ chính xác), và Ck (độ chuẩn xác).

Do số lần thí nghiệm theo Phương pháp Taguchi được giảm bớt, mỗi lần thực hiện thí nghiệm và thu thập dữ liệu đều cần đặc biệt chú ý đến độ chính xác, tính lặp lại và khả năng tái lập của dữ liệu. Điều này có nghĩa là cần giảm thiểu các yếu tố bên ngoài có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của thí nghiệm, chẳng hạn như giữ nguyên người thao tác và thiết bị và duy trì phương pháp đo lường và dụng cụ đo không thay đổi.

Ứng dụng thực tế:

Việc sử dụng phương pháp thiết kế thí nghiệm để tìm ra điều kiện kiểm soát độ dày in kem hàn SMT cần dựa trên kinh nghiệm thực tế, sau đó xác định các yếu tố quan trọng (factors) để thực hiện các thí nghiệm kết hợp các mức độ cao-thấp (levels) khác nhau của các yếu tố này. Trước khi thực hiện thí nghiệm, dĩ nhiên cần áp dụng một số phương pháp QC để thu thập dữ liệu và phân loại, sau đó sử dụng "Biểu đồ nhân quả" để tìm ra nguyên nhân có thể gây ảnh hưởng. Cuối cùng, dựa trên kinh nghiệm, chọn ra các yếu tố quan trọng. Trong báo cáo này, đã chọn các yếu tố có ảnh hưởng lớn đến độ dày của kem hàn in, bao gồm vật liệu lưỡi dao (dao thép, dao cao su), áp lực lưỡi dao (0.04Mpa, 0.011Mpa), tốc độ lưỡi dao (5rpm, 30rpm), và góc lưỡi dao (45°, 75°), những yếu tố này cũng phù hợp với hiểu biết của mình.

Sau khi thí nghiệm, phát hiện rằng để đạt được độ dày kem hàn trên tấm thép, cần sử dụng lưỡi dao thép, do đó, chỉ chọn áp lực, tốc độ và góc của lưỡi dao làm ba yếu tố thí nghiệm, và thực hiện ở ba mức độ cao, trung bình và thấp. Kết quả thí nghiệm thực sự phù hợp với nhận thức thông thường của chúng ta:

Áp lực lưỡi dao càng thấp, độ dày kem hàn in tương ứng càng thấp. Do đó, chọn 0.11Mpa.
Góc lưỡi dao càng lớn, độ dày kem hàn in tương ứng càng lớn. Do đó, chọn góc 75°.
Tốc độ lưỡi dao càng chậm, độ dày kem hàn in càng dày. Do đó, chọn tốc độ 5rpm. Tất nhiên, các thông số thí nghiệm này cần nằm trong phạm vi hợp lý, nếu vượt quá phạm vi, kết quả thí nghiệm có thể không còn khả dụng.

Mặc dù phương pháp này đã tăng chỉ số Cpk từ 1.16 lên 3.16, nhưng độ dày kem hàn ban đầu đều nằm dưới trung tâm thông số kỹ thuật, nên kết quả thí nghiệm chỉ đơn thuần là di chuyển giá trị trung tâm thực tế về trung tâm thông số kỹ thuật, tức là chỉ cải thiện độ lệch của Ck (độ chính xác), nhưng không cải thiện nhiều về Cp (độ chính xác lặp lại).

Dưới đây là một số nhận định cá nhân của mình:

- Cải tiến tiếp theo nên tập trung vào việc giảm thiểu các biến động bất thường để ổn định chất lượng hơn.

- Với chỉ số Cpk=3.16, có thể cân nhắc thu hẹp các giới hạn trên và dưới của thông số kỹ thuật

- Kết quả thí nghiệm nên liên kết với tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn sau khi qua lò hàn hồi lưu, đây là điều mà hầu hết mọi người muốn biết: liệu việc kiểm soát độ dày kem hàn có cải thiện chất lượng sản phẩm hay không.

Các bước thực hiện phương pháp Taguchi có thể được chia thành các mục sau:

Bước 1: Hiểu vấn đề và nắm bắt tình trạng hiện tại

Bước 2: Lựa chọn đặc tính chất lượng và định nghĩa phương pháp đo lường

Bước 3: Chọn các yếu tố chính (factor) ảnh hưởng đến đặc tính chất lượng và các mức độ (level)

Bước 4: Chọn bảng trực giao (Orthogonal Array - OA) phù hợp và sắp xếp

Bước 5: Thực hiện thí nghiệm theo kế hoạch và bảng trực giao, thu thập dữ liệu

Bước 6: Tính toán giá trị y (đặc tính chất lượng) và tỷ lệ SN (Signal-to-Noise)

Bước 7: Hoàn thành và giải thích biểu đồ hiệu ứng của các yếu tố đối với y và tỷ lệ SN, thực hiện quá trình tối ưu hóa giai đoạn hai

Bước 8: Xác định tổ hợp tham số mức tối ưu của các yếu tố kiểm soát và ước tính giá trị tối ưu của y và tỷ lệ SN

Bước 9: Kiểm nghiệm và thực hiện thí nghiệm xác nhận các điều kiện tối ưu

Bước 10: Kết luận và khuyến nghị: Khi thí nghiệm xác nhận thành công, đưa tổ hợp tham số mức tối ưu của các yếu tố kiểm soát vào SOP của hệ thống để thực hiện.

Sau đây là một báo cáo cụ thể để mọi người vận dụng:

Tóm tắt
Để đáp ứng xu hướng nhẹ, mỏng, ngắn và nhỏ của các sản phẩm điện tử tiêu dùng ngày nay, công nghệ lắp ráp điện tử cũng không ngừng cải tiến. Công nghệ lắp ráp bề mặt (Surface Mount Technology, SMT) đã trở thành xu hướng chính trong ngành lắp ráp điện tử hiện đại. Ưu điểm của quy trình này là giảm chi phí sản xuất và tạo ra các sản phẩm điện tử chất lượng cao. Tuy nhiên, trong môi trường sản xuất SMT phức tạp, đặc biệt là đối với việc lắp ráp các thành phần điện tử có mật độ cao, quy trình chứa nhiều yếu tố không chắc chắn. Nếu không kiểm soát tốt các thông số của quy trình, rất có thể sẽ dẫn đến các vấn đề về khả năng hàn không đạt chuẩn, làm giảm chất lượng sản phẩm và tăng chi phí sản xuất.

Bài báo này áp dụng quy trình DMAIC của Six Sigma để cải thiện chất lượng quy trình in kem hàn SMT. Đầu tiên, chúng tôi xác định các đặc tính chất lượng chính, kiểm tra độ tin cậy của dữ liệu đo lường và phân tích khả năng tái hiện và lặp lại của hệ thống đo lường. Sau khi xác nhận khả năng của quy trình, chúng tôi xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến quy trình và sử dụng thiết kế thí nghiệm (Design of Experiments, DOE) để tìm ra tổ hợp thông số tối ưu.

Mục tiêu nghiên cứu
Hiện nay, các sản phẩm điện tử tiêu dùng đang có xu hướng nhẹ, mỏng, ngắn và nhỏ. Để đáp ứng nhu cầu của thời đại mới, ngành công nghiệp điện tử đã và đang nỗ lực nghiên cứu và phát triển các công nghệ lắp ráp mới cho các linh kiện điện tử. Các yếu tố như chất lượng, chi phí và tốc độ đáp ứng nhu cầu của khách hàng đã thúc đẩy các nhà sản xuất tìm kiếm các công nghệ sản xuất tiên tiến hơn để cải thiện quy trình lắp ráp SMT. Do đó, công nghệ này đang dần trở thành xu hướng chính trong ngành lắp ráp điện tử. Công nghệ SMT có thể sản xuất ra các sản phẩm điện tử với các đặc điểm nhẹ, mỏng, nhỏ và chất lượng cao.

Tuy nhiên, quy trình sản xuất SMT liên quan đến nhiều yếu tố phức tạp như máy móc, vật liệu và môi trường làm việc, phức tạp hơn nhiều so với quy trình sản xuất truyền thống. Do đó, việc kiểm soát các yếu tố biến đổi để nâng cao chất lượng sản phẩm là một thách thức lớn đối với các nhà sản xuất. Quy trình in kem hàn là một trong những bước quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng lắp ráp sản phẩm. Chất lượng hàn không đạt chuẩn chủ yếu do các vấn đề trong quy trình in kem hàn. Quy trình này yêu cầu sự phối hợp của nhiều yếu tố như hình dạng lỗ mở của tấm thép, tính chất của kem hàn, chất liệu của dao cạo, áp lực, góc và tốc độ của dao cạo. Tất cả những yếu tố này có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng quy trình in kem hàn.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp Six Sigma (DMAIC) để cải thiện độ dày của lớp kem hàn và giá trị Cpk của độ dày lớp hàn trong quy trình SMT. Chúng tôi sẽ xác định hệ thống đo lường và khả năng quy trình, sau đó tìm ra các yếu tố biến đổi của quy trình. Cuối cùng, chúng tôi sẽ sử dụng thiết kế thí nghiệm (DOE) để tối ưu hóa các điều kiện quy trình và xác minh các kết quả.

Phạm vi và hạn chế của nghiên cứu
Nghiên cứu này có một số hạn chế do phụ thuộc vào hệ thống sản xuất và thiết bị kiểm tra của nhà máy thực nghiệm, được liệt kê như sau:

Quy trình kiểm tra khả năng hàn sau khi hoàn tất quy trình hàn được thực hiện bằng các thiết bị kiểm tra và phương pháp của công ty nghiên cứu.
Độ dày của lớp kem hàn được đo bằng máy đo laser Z-Checker với độ chính xác +/- 0.01 mils.
Môi trường làm việc được duy trì trong phạm vi nhiệt độ và độ ẩm quy định của nhà máy.
Kem hàn được sử dụng là loại Castin LF-4S-300, chiếm 80% sản lượng của nhà máy.
Tấm thép dùng để in được sản xuất bởi công ty nghiên cứu, với độ dày 0.15mm, khoảng cách giữa các tấm cố định là 0.2mm, tốc độ tách tấm cố định là 2.0mm/giây, và độ chính xác của vị trí tấm thép cũng được cố định.

Quy trình : Người thao tác kiện -> Thiếc smt và bản thô -> Tiến hành in bản pcb SMT -> Hoàn thành in bản pcb -> Chuyển đến lò hàn hồi lưu

Giai đoạn đo lường

Lựa chọn đặc tính CTQ

Sau khi tìm ra các đặc tính chất lượng của quy trình in thiếc SMT có sự tương tác giữa bốn yếu tố là vật liệu dao gạt, góc dao gạt, áp suất dao gạt và tốc độ dao gạt, tiếp theo là lựa chọn những đặc tính chất lượng chính cần tập trung cải tiến. Sau đó, chúng tôi tiến hành đánh giá định lượng theo nhu cầu chất lượng của khách hàng và thực hiện phân tích tầm quan trọng của các đặc tính chất lượng này.

Xác định tiêu chuẩn hiệu suất

Trong bài viết này, đối tượng thí nghiệm là quy trình in thiếc SMT của bảng mạch điện thoại di động, với kích thước module PCB 1.77 inch. Kích thước của pad hàn là chiều dài 2.0mm, chiều rộng 1.5mm. Theo yêu cầu quy trình của công ty, độ dày thiếc trung bình là 150μm, giới hạn trên là 170μm và giới hạn dưới là 130μm.

Kiểm chứng hệ thống đo lường

Đối với độ dày thiếc của quy trình in thiếc SMT, thiết bị đo lường sử dụng là máy đo Z-Checker. Chúng tôi đã tiến hành kiểm chứng hệ thống đo lường này. Đầu tiên, lựa chọn 3 người vận hành có kinh nghiệm (A, B, C), sau đó chọn 10 mẫu thể hiện sự biến động của quy trình. Người vận hành A sẽ đo các mẫu theo thứ tự ngẫu nhiên từ 1 đến 10 và ghi lại kết quả đo. Tiếp theo, người vận hành B và C cũng tiến hành đo các mẫu 1-10 theo cách tương tự, mà không biết kết quả đo của nhau, lặp lại chu kỳ này ba lần.

Dữ liệu đo lường được phân tích bằng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA), kết quả cho thấy người kiểm tra không ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo lường (giá trị P > 0.05).

Tiếp theo, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích Gage R&R để đánh giá chất lượng hệ thống đo lường. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 2. Từ bảng 2, có thể thấy sự biến động của hệ thống đo lường (Tổng gage R&R) là Z-Checker = 0.00948 (chiếm 0.71% tổng biến động), điều này tương đối thấp so với biến động giữa các bộ phận (part-to-part). Thêm vào đó, % Gage R&R của Z-Checker là 8.41% < 10%, cho thấy đây là một hệ thống đo lường tốt.

Bảng phân tích Gage R&R của Z-Checker

Giai đoạn phân tích

Phân tích hiện trạng khả năng quy trình

Trước khi phân tích hiện trạng khả năng quy trình, chúng tôi tiến hành thu thập dữ liệu. Với các tham số quy trình hiện tại: áp suất dao gạt, góc dao gạt, tốc độ dao gạt, và vật liệu dao gạt, sản phẩm được sản xuất sẽ được lấy mẫu ngẫu nhiên 2 bộ mỗi30 phút. Tổng cộng chúng tôi đã thu thập được 50 mẫu, đo độ dày thiếc và vẽ biểu đồ kiểm soát.

Bảng đánh giá năng lực quy trình trước cải thiện

Từ biểu đồ kiểm soát độ dày thiếc trước khi cải tiến quy trình (Hình trên), có thể thấy rằng các dữ liệu thu thập đều nằm trong trạng thái kiểm soát.

Định nghĩa mục tiêu hiệu suất

Đối với yêu cầu về quy cách của quy trình này, mục tiêu độ dày thiếc là 150 ± 20μm. Sau khi phân tích hiện trạng khả năng quy trình, kết quả như trong Hình 3. Từ Bảng 3, chúng tôi có thể thấy rằng hiện tại độ dày thiếc có Cpk = 1.16, chưa đạt mục tiêu của sáu sigma, vì vậy nhiệm vụ hàng đầu là cải tiến quy trình để độ dày thiếc đáp ứng yêu cầu chất lượng của khách hàng. Cụ thể, khả năng quy trình cần đạt tiêu chuẩn Cpk > 1.5.

Bảng tổng hợp hiện trạng khả năng của quy trình

Trước khi cải thiện

Trung bình

Độ lệch chuẩn

Cpk

Độ dày cao thiếc

137.95μm

2.22μm

1.16

Xác định nguồn gốc biến động

Sau khi hiểu rõ hiện trạng khả năng quy trình và mục tiêu cần cải tiến, giai đoạn này là xác định những yếu tố đầu vào ảnh hưởng đến đầu ra, tức là tìm ra các nguồn gốc biến động gây ảnh hưởng đến biến phản ứng. Chúng tôi sử dụng sơ đồ nguyên nhân và kết quả để phân tích.

Thông qua sơ đồ nguyên nhân và kết quả, chúng tôi tìm ra các nguồn gốc biến động ảnh hưởng đến độ dày thiếc như sau:

Ở đây bao gồm bốn yếu tố quan trọng:

a. Vật liệu dao gạt,

b. Góc dao gạt (Độ C),

c. Tốc độ dao gạt (rpm),

d. Áp suất dao gạt (Mpa).

Do quy trình in thiếc SMT sử dụng máy móc hoàn toàn tự động trong phòng sạch, nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát ở mức 23 ± 1℃, 50 ± 5% RH, và hệ thống đo lường đã được phân tích, do đó ảnh hưởng của nhân viên, môi trường và đo lường sẽ không được đưa vào trong phạm vi nghiên cứu này.

Giai đoạn Cải tiến

3.4.1 Lựa chọn yếu tố

Thông qua sơ đồ nguyên nhân và kết quả, chúng tôi đã xác định các nguồn gốc biến động ảnh hưởng đến độ dày thiếc: a. Vật liệu dao gạt (A: dao gạt bằng thép, B: dao gạt bằng cao su), b. Góc dao gạt (45˚, 75˚), c. Tốc độ dao gạt (5rpm, 30rpm), d. Áp suất dao gạt (0.04Mpa, 0.11Mpa).

Để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố này đến độ dày thiếc, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với bốn yếu tố kiểm soát và hai mức độ, nhằm lọc ra những yếu tố quan trọng thực sự ảnh hưởng, từ đó quan sát mối quan hệ tuyến tính giữa các yếu tố với độ dày thiếc. Qua phân tích đa biến, kết quả cho thấy các yếu tố quyết định đến độ dày thiếc là góc dao gạt, tốc độ dao gạt và áp suất dao gạt (P < 0.05), và độ dày thiếc tốt hơn khi sử dụng dao gạt bằng thép.

3.4.2 Tìm kiếm điều kiện tối ưu

Dựa theo các yếu tố quan trọng được chọn lọc ở mục 3.4.1, tham chiếu vào các thông số biến đổi cho phép, áp suất dao gạt được xác định trong khoảng: 0.04~0.11Mpa, Góc độ dao gạt:45º~75º, tốc độ dao gạt 5~30rpm. Chúng tôi đã thiết lập ba mức độ thí nghiệm cho các yếu tố quan trọng: cao (+), trung bình (*), thấp (-), và tiến hành thí nghiệm.

Cấu hình thí nghiệm được trình bày trong bảng bên dưới, trong đó vật liệu dao gạt được sử dụng là dao gạt cứng bằng thép.

	Mức cao(+)	Mức trung bình(*)	Mức thấp(-)
Lực dao gạt	0.11Mpa	0.07Mpa	0.04Mpa
Góc độ dao gạt	75º	60º	45º
Tốc độ dao gạt	30rpm	17rpm	5rpm

Bảng 4: Bảng cấu hình thí nghiệm độ dày thiếc

Dựa trên nguyên tắc thiết kế thí nghiệm về ngẫu nhiên hóa và tính lặp lại, chúng tôi đã lặp lại 27 tổ hợp yếu tố với hai lần một cách ngẫu nhiên để tiến hành thí nghiệm. Thông qua phân tích phương sai độ dày thiếc và biểu đồ hiệu ứng chuẩn hóa, kết quả cho thấy rằng áp suất dao gạt, góc dao gạt và tốc độ dao gạt có P < 0.05 là các yếu tố quan trọng. Trong khi đó, các tương tác không có ý nghĩa đáng kể, do đó các hiệu ứng bậc hai và bậc ba đã được loại bỏ.

Tiếp theo, chúng tôi đã tiến hành phân tích phần dư và kiểm định tính chuẩn để xác nhận mô hình đã được cấu hình phù hợp với giả thuyết phân tích phương sai. Từ biểu đồ phân tích phần dư (Hình 5), có thể thấy không có sự vi phạm nào đối với các xu hướng hình dạng giả thuyết, và từ biểu đồ kiểm định tính chuẩn (Hình 6), P > 0.05, do đó mô hình cấu hình phù hợp với giả thuyết.

Hình 5: Biểu đồ phân tích phần dư

Hình 6: Biểu đồ xác suất chuẩn của kết quả thí nghiệm

Để tìm ra điều kiện tối ưu, chúng tôi đã vẽ biểu đồ hiệu ứng các yếu tố chính và biểu đồ hiệu ứng tương tác . Trong thí nghiệm này, ba biểu đồ yếu tố chính (Factorial plots) được tạo ra, cho phép chúng tôi trực quan hóa các hiệu ứng. Chúng cho thấy sự so sánh hiệu ứng ở ba điều kiện khác nhau về áp suất dao gạt, góc dao gạt và tốc độ dao gạt. Cụ thể, áp suất dao gạt càng thấp, độ dày thiếc tương ứng càng thấp; góc dao gạt càng lớn, độ dày thiếc tương ứng càng cao. Biểu đồ này cũng chỉ ra rằng việc sử dụng tốc độ dao gạt thấp mang lại độ dày thiếc tốt hơn so với tốc độ cao, do đó biểu đồ hiệu ứng chính giải thích lợi ích tối đa của việc thay đổi điều kiện đến từ đâu.

Biểu độ hiệu ứng

Biểu đồ hiệu ứng tương tác

Biểu đồ hiệu ứng tương tác

Dựa trên kết quả thí nghiệm, chúng tôi đã quyết định thiết lập mức độ tối ưu cho các yếu tố như sau: áp suất dao gạt là 0.11Mpa, góc dao gạt 75°, và tốc độ dao gạt 5rpm. Đồng thời, sử dụng phần mềm thống kê MINITAB để phân tích bề mặt phản ứng và dự đoán mô hình hồi quy. Mô hình hồi quy dự đoán độ dày thiếc thu được là:

\hat{y} = 6.32153 + 1565.97X_1 + 0.1297X_2 - 0.0112879X_3

Trong đó:

$X_1$ đại diện cho áp suất dao gạt;
$X_2$ đại diện cho góc dao gạt;
$X_3$ đại diện cho tốc độ dao gạt.

Cuối cùng, kết quả kiểm chứng cho thấy rằng khi thiết lập mức độ là sử dụng dao gạt bằng thép, áp suất dao gạt là 0.11Mpa, góc dao gạt là 75°, và tốc độ dao gạt là 5rpm, đó là các tham số in thiếc tối ưu nhất.

Giai đoạn Kiểm soát

Xác minh hệ thống đo lường

Trong giai đoạn kiểm soát, chúng tôi đã tiến hành phân tích hệ thống đo lường đối với các biến số đầu vào của quy trình. Hệ thống đo lường đầu vào được thực hiện bằng máy đo độ dày thiếc Z-Checker, máy này đã được hiệu chuẩn định kỳ nên không cần phải tiến hành thêm xác minh đối với hệ thống đo lường đầu vào.

Xác định khả năng quy trình

Các điều kiện tối ưu đạt được bao gồm: dao gạt bằng thép, áp suất dao gạt là 0.11Mpa, góc dao gạt 75°, và tốc độ dao gạt 5rpm.

Triển khai giám sát

Để đảm bảo rằng các điều kiện tối ưu của quy trình có thể duy trì sự ổn định và hiệu suất quy trình, cần tiến hành giám sát dài hạn. Sử dụng biểu đồ kiểm soát để theo dõi quy trình, nhân viên sẽ đo lường giá trị phản hồi của 2 mẫu mỗi ngày và ghi lại dữ liệu trong suốt 3 tháng. Những dữ liệu này sẽ được vẽ trên biểu đồ kiểm soát (Hình 12) để đảm bảo chất lượng quy trình.

Biểu đồ quản trị chất lượng sau cải thiện

Biểu đồ tần suất sau cải thiện

Biểu đồ phân tích năng lực quy trình

So sánh kết quả của thí nghiệm với khả năng quy trình ban đầu, như đã hiển thị trong Bảng đánh giá năng lực quy trình trước cải thiện, kết quả cho thấy độ dày thiếc trung bình tăng lên, độ lệch chuẩn (STD) giảm rõ rệt, và khả năng quy trình (Cpk) được cải thiện nhiều. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các điều kiện quy trình cải tiến giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu sự biến thiên và cải thiện khả năng quy trình một cách rõ rệt

So sánh trước và sau khi cải thiện quy trình:

Độ dày thiếc	Độ dày thiếc trung bình	Độ lệch chuẩn	Cpk
Trước khi cải thiện	137.95μm	2.22μm	1.16
Sau khi cải thiện	144.98μm	1.31μm	3.16

Kết luận

Điện thoại di động là sản phẩm truyền thông điện tử rất phổ biến, trong đó màn hình là cầu nối quan trọng giữa con người và máy móc. Mỗi màn hình đều được sản xuất bằng quy trình SMT. Trong nghiên cứu này, các yếu tố quan trọng gồm: vật liệu dao gạt, áp suất dao gạt, tốc độ dao gạt và góc dao gạt. Các thí nghiệm DOE (thiết kế thí nghiệm) được tiến hành với nhiệt độ và độ ẩm kiểm soát ở mức 23±1℃ và 50±5% RH, xác nhận rằng bốn yếu tố này đều là các yếu tố chính ảnh hưởng đến quy trình in SMT.

Trong nghiên cứu này, các yếu tố có thể kiểm soát bao gồm: vật liệu dao gạt, áp suất dao gạt, tốc độ dao gạt và góc dao gạt. Các yếu tố không thể kiểm soát là đặc tính của thiếc, chẳng hạn như kích thước hạt, độ nhớt của thiếc và thiết kế lỗ mở trên bảng thép. Bằng cách áp dụng phương pháp DMAIC trong Six Sigma để cải thiện quy trình in thiếc, chúng tôi đã xác định các thông số tối ưu là: dao gạt bằng thép, góc dao gạt 75°, tốc độ dao gạt 5 rpm và áp suất dao gạt 0.11 Mpa.

Thông qua thí nghiệm DOE này, độ dày lớp thiếc đã tăng từ 137.95μm lên 144.98μm, độ lệch chuẩn giảm từ 2.22μm xuống 1.31μm, và chỉ số khả năng quy trình Cpk của quy trình in thiếc tăng từ 1.16 lên 3.16. Điều này chứng minh rằng thí nghiệm đã cải thiện hiệu quả quy trình in thiếc. Mặc dù độ dày thiếc chưa hoàn toàn đạt được giá trị mục tiêu đã định, các thí nghiệm DOE tiếp theo có thể được tiến hành với các yếu tố khác để đạt được giá trị quy cách 150μm.

Sau khi cải tiến, Cpk đạt 3.16, cho thấy giới hạn quy cách có thể quá rộng. Trong tương lai, có thể nên tiếp tục xem xét lại các giới hạn quy cách để quản lý chặt chẽ hơn biến động quy trình.