田口式品质工程(1)

ReneKao2019/8/91ReneKao2019/8/92前言當產品在製程出現疵病時，影響該項疵病的原因有多項，而每項疵病原因又有多種水準，該如何去規劃實驗設計才能使實驗次數減少而又不影響品質的判定，即決定各項可控制因子的水準，使產品品質特性為最好，田口品質工程的直交表與參數的設計法可解決上述問題。ReneKao2019/8/93QualityEngineering(品質工程)TaquchiMethods(田口方法)日本品管大師田口玄一博士(Dr.GenichiTaquchi)ReneKao2019/8/94工程重點在於設計出堅耐性高的製程與產品，降低可能的變異，提高品質以減少產品出廠後造成之社會損失。ReneKao2019/8/95田口式品質工程製程設計技術開發產品設計(創新、改良)系統設計(最小變異組合)參數設計(調整允差)允差設計(檢測、管制、調整)製造服務生產線外品質管制(Off-LineQualityControl)生產線上品質管制(On-LineQualityControl)ReneKao2019/8/96比較項目傳統品質設計田口式品質工程1.製造誤差之對策1.使用一切手法調整製程在目標中心值2.採用較嚴格之規格公差1.找出使變異最小之設計製造組合2.調整製程平均符合規格中心值2.製造即售後服務之成本支出需增加成本成本不增反降3.從設計到製造之時間耗費為達到減小變異，需自眾多因素中找出多項對策，頗耗時間決定對策之因素少，容易找出最佳之設計組合相對縮短開發時間，並可發展獨特製造技術ReneKao2019/8/97名詞定義品質損失函數堅耐性S/N比因子雜音水準處理自由度直交表系統設計參數設計允差設計品質特性ReneKao2019/8/98品質(Quality)‘品質是產品出廠後對社會造成的最小損失’，田口認為企業負有社會責任，故企業之經營成本不應轉嫁成為全體人民所負擔的‘社會成本’;亦即品質包括製造成本及出廠後之社會成本。ReneKao2019/8/99損失函數(LossFunction)當品質特性從其目標值因變異而偏移時，該產品之品質損失結果將趨近於拋物線二次方程式，意即損失不應只是合格/不合格(GO/NOGO)二分法來討論，而是具有連續性的特質。品質特性LSLmUSL大損失小m:目標值ReneKao2019/8/910堅耐性(Robustness)產品經特別設計後，品質特性不受雜音因素影響，或對雜音不敏感。S/N比(SignaltoNoiseRatio)係從實驗的結果換算db值，表示產品品質性能的尺度，包括製程或產品水準，及受變異影響之程度(特別指其穩定度)。ReneKao2019/8/911因子(Factor)•控制因子(ControlFactor):因子的參數值可以被設計工程師選定且可被控制者。•雜音因子(NoiseFactor):又稱誤差因子，其效應在於調節其它控制因子的水準，已尋找控制因子各水準的最適宜條件與適用範圍。•信號因子(SignalFactor):又稱調整因子，此因子在設計的或一定狀態下，具有控制品質特性的動態特性。ReneKao2019/8/912雜音(Noise)某些無法控制的因子，會造成產品品質特性的改變，使得產品功能偏離目標值，一般又可分成下列三種雜音:A.內部雜音:由內部因素所造成的雜音，如:劣化、磨耗……。B.外部雜音:由外部因素所引起的雜音，如:溫度、環境變異……。C.產品間雜音:零(組)件間變異的雜音。ReneKao2019/8/913屬產品設計屬製程設計控制因子尺寸、材質、型態加工程序、加工條件機具組合外部雜音因子使用者、操作方式溫度、衝擊、振動溫度、操作人員、進料電壓改變內部雜音因子零組件、材料老化機具老化、工具磨耗產品間雜音因子產品之間的品質差異製程變異各種品質工程因子ReneKao2019/8/914水準(Level)某因子在進行實驗時，所選用的數個特定值。處理(Treatment)各因子之水準數之組合。自由度(DegreeofFreedom)係實驗時獲取情報大小之衡量基準，一般自由度愈大，獲得情報則愈多，其計算式為“因子水準數-1=自由度”。ReneKao2019/8/915直交表(Orthogonal)直交表是有效的用最少的實驗次數，作為設計者檢討多數因素的實驗法。直交表對實驗有下列好處:1.實驗次數少。2.具有良好再現性。3.可以正確地分析資料。系別２系３系混合系直交表名稱因素各數水準數實驗次數多元配置的次數4L8L16L23272159L27L12L18L34313211372148169271218327215243133112732ReneKao2019/8/916Expt.No.Column12345671234567811111111112222122112212222112121212212212122111212212111成份ababcacbcabc直交表(A)(B)(C)(D)實驗1234567結果12345678111111112111222213122112221122221118212121222212212119221112120221211117(i)無交互作用的分析(A,B,C,D四種控制因子)782LReneKao2019/8/917ColumnColumn12345671(1)3254762(2)167453(3)76544(4)1235(5)326(6)17(7)B1C2(B×C)3D4(B×D)5A6711111111352111222248312211222141222211385212121250621221214372211221318221211222(ii)有交互作用的分析(已知有BXC,BXD之交互作用)交互作用配行表8LReneKao2019/8/918Expt.ColumnNo.1234111112122231333421235223162312731328321393321成份ababExpt.ColumnNo.1234567891011111111111111211111222222311222111222412122122112512212212121612221221211721221122121821212221112921122212211102221111221211221212111221222112121221直交表直交表493L11122L2abReneKao2019/8/919Expt.ColumnNO.12345678910111213141511111111111111112111111122222222311122221111222241112222222211115122112211221122612211222211221171222211112222118122221122111122921212121212121210212121221212121112122121121221211221221212121121213221122112211221142211221211221121522121121221211216221211221121221成份ababcacbcabcdadbdabdcdacdbcdabcd直交表15162LReneKao2019/8/920Expt.ColumnNo.12345678111111111211222222311333333412112233512223311612331122713121323813232131913313212102113322111212113321221322113132212313214222312131522312321162313231217232131231823321231直交表711832LReneKao2019/8/921〔實驗例〕設某一電氣回路的輸出Y，能夠對Y發生影響的因素有A=R1、B=R2、C=R3、D=C1、E=C2五個種類，各因素皆以2水準來實驗。I.舊法:實驗次數次12121212121212112212R1R2R3C2C13225ReneKao2019/8/922II.直交表的實驗:實驗次數8次No.ABCDE12345671234567811111111112222122112212222112121212212212122111212212111行782LReneKao2019/8/923品質特性(QualityCharacteristic)特性值望目特性動特性（信號因素M的水準已知))db(log102)db(log2)db(VSn1log10S)db(nVVSlog10emeem)db(VSr1log10S)db(rVVSlog10eee目標非負望小特性0目標非負望大特性一般的目標0)S()(SN與靈敏度比各記號的計算式2n12122112y1...y1y1n12n12122112y...yyn11nSVSSSnySySeemTe2ijm2ijT，，平均值S)db(Vlog10en11211y...yyn1平均值BTe2nn2222112nn2222112nn2211B2n1212211TSSSMr...MrMrrMr...MrMryM...yMyMSy...yySReneKao2019/8/924系統設計(SystemDesign)在設計新產品時，考量將工程上已知或成熟之技術運用於零(組、元)件選用及組裝成系統，以期產品或製程機能在既訂之目標內。亦稱為機能設計或一次設計。參數設計(ParameterDesign)在產品設計階段，針對品質特性去挑選適當參數組合，使產品在低成本之下，仍有理想的機能或最小的變異。亦稱為二次設計或堅耐設計。允差設計(ToleranceDesign)在產品設計階段，系統與系統內各元件間中心值確定後，考量對系統之變異及成本影響，調整零件允許誤差之設計稱之。亦可稱為三次設計。ReneKao2019/8/925參數設計之觀念A1A2y要因AB1B2y要因B先利用非線性關係把變異縮小利用線性關係把特性平均值調整到目標值上目標值mReneKao2019/8/926參數設計的步驟步驟1、明白確定設計的目的步驟2、檢討目的特性及因素步驟3、因素的配置步驟4、決定實驗程序，進度安排步驟5、實驗和取得數據步驟6、數據的解析和最適條件的決定步驟7、最適條件下效果的推定步驟8、確認實驗ReneKao2019/8/927參數設計之應用實例步驟一：設計的目的半導體用矽晶圓上的鎳鎘電鍍膜，必須開發沒有電解質電鍍的電鍍法，電鍍膜被要求的特性是晶圓面上的電鍍膜厚，晶圓面上的變異必須在2.0±0.35m，請求出開發新電鍍法的最適條件。ReneKao2019/8/928步驟二：目的特性因子的檢討Ni電鍍膜厚晶圓面內位置還原劑量2c.c./4c.c./6c.c.氨水(浴PH調整值)10/20/30電鍍時間5min/10min/15min電鍍槽溫度adbecDBCA晶圓面內位置/C20/C30C40ReneKao2019/8/929步驟三：因子的配置記號123A2c.c.4c.c.6c.cBC102030D5min10min15min行A1B2C3D4S(晶圓面內位置)號電鍍時間電鍍槽溫度氨水還原劑量abcdeNo1111121222313334212352231數據62312731328321393321步驟四：決定實驗順序，進度安排因子與水準因子配置表1A2A3A1B2B3B1C2D2C3C1D3DC20C30C40493LReneKao2019/8/930步驟五：實驗及收集數據行ABCDNi膜厚數據(單位: