試驗設計在優化銀行卡模塊焊線工藝的應用

陳葉

摘 要：試驗設計可以優化工業上的工藝參數，獲得已知范圍內的最優參數組合。針對銀行卡模塊的生產過程，優化關鍵工藝參數，從試驗安排與試驗實施、結果分析和試驗驗證這個三個方面論述有效提高焊線拉力值的方法，從而提高銀行卡模塊的可靠性。

關鍵詞：試驗設計；銀行卡模塊；焊線拉力值；工藝參數

中圖分類號：O212.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.014

鑒于銀行卡的安全要求，中國銀行卡正經歷著更“芯”換代，芯片銀行卡將逐步代替傳統的磁條銀行卡，芯片銀行卡升級的最大原因在于其安全性能更高。由于銀行系統的需求，芯片銀行卡的需求量近年猛增，所以，優化這類產品的生產過程也是銀行卡生產行業的重要課題。銀行卡的焊線拉力值代表了該卡上芯片區域模塊的可靠性，用科學的方法提高焊線拉力值就能提高銀行卡的可靠性。這正是改進工作的意義。

1 銀行卡模塊焊線工藝介紹

銀行卡模塊的焊線工藝流程主要是開機、調用焊線程序、安裝模塊、裝載金線和焊接頭、程序微調、機器焊接和收料。焊線機器在物料填充到位的情況下連續作業，將銀行卡的芯片和外圍電路通過焊線連接起來。整個過程是半自動化的，主要是由機器焊接，但是，必要時也需要操作人員的干預。

2 銀行卡模塊焊線拉力值影響因素

為了找到影響焊線拉力值的關鍵因素，下面詳細描述了銀行卡模塊的焊線過程。焊頭先將焊線尾部燒成球狀，然后利用劈刀夾持住焊球，再施加力和超聲波將焊球焊接到芯片上。經過一段運動軌跡形成線弧后，焊頭最終將焊線焊接在外部電路上完成電路連接，所以，在焊接過程中，焊線的拉力值取決于焊接接觸時超聲波的大小、力的大小和焊接時間。這些都可以從過去的工程經驗中判斷出來，它們要相互配合才能達到最佳的效果，從而發揮交互作用。

3 焊線拉力值的試驗設計和參數優化

在試驗設計之前，影響因素已經通過工程經驗預判，分別是超聲波大小、力的大小和焊接時間，所以，將通過這三個因素優化焊線拉力值。此次優化過程分別為試驗設計和實施、試驗結果分析、試驗結果驗證。

3.1 試驗設計和實施

試驗的具體實施過程是：①要明確試驗目的。通過超聲波大小、力的大小和焊接時間優化焊線拉力值。②確認響應變量。響應變量就是試驗指標，它是用來判斷產品質量的量化指標。在試驗中，用焊線拉力值來衡量響應變量，它是一個望大特性（越大越好）。③確定因子與水平，因子水平如表1所示。根據試驗成本，選擇合適的試驗計劃，因子數、水平數和仿行數分別是3，2，3，中心點重復為3次，如表2所示。由于機器自動化程度很高，所以，只選擇1名合格的焊線作業員和1臺矯正好的焊線機器，依照隨機順序進行27組試驗，得出試驗結果，結果合并在表2的最后一欄中。

3.2 試驗結果分析

試驗設計分析步驟是：①擬定模型；②殘差診斷；③判斷模型是否需要改進；④解釋模型；⑤響應優化。這五個步驟在結果分析中是環環相扣，缺一不可的。

在本例中，通過上一節的試驗數據可以得出以下結論：①模型有效，3個主效應都顯著。②確定交互效應。在交互作用下，雖然顯著水平P值小于0.05，但是，從交互作用圖上看并不明顯。因為此次安排的3個中心點試驗沒有得到系統的隨機誤差，導致交互作用顯著，后續將在做響應曲面設計試驗的同時再次對中心點進行重復試驗，以便準確得到試驗的隨機誤差，確定效應的顯著性。③由于彎曲項顯著，所以，為了得到更好的模型，將利用響應曲面設計獲得更加精確的模型。

通過進一步參數的響應曲面設計，新的模型也刪減成功，新的模型被確定下來。表3是最終確認的焊線拉力模型的詳細信息。

經過相關測試得：S（標準差估計量）=0.294 913，R-Sq（多元決定系數）=85.29%，Pred R-Sq（預測多元決定系數）=61.82%，Adj R-Sq（調整多元決定系數）=80.04%.

從R-Sq和R-Sq（調整）這兩個數據中可以看出，模型可靠，殘差也通過了診斷，并且不需要再次改進。

經過對模型的求解，最佳參數也在圖1中利用軟件求出，即力為63 gf，超聲波為116 DAC，時間為7.7 ms.

3.3 試驗結果驗證

試驗設計后的結果驗證往往被很多人忽略，其實，這一步是相當關鍵的。因為一旦結果通過不了驗證，試驗設計就需要重新進行。表4為通過模型獲得的最佳參數條件下的95%置信區間和預測區間。

用最優組合再次生產3個銀行卡模塊，焊線拉力值分別是4.6，4.8，4.6，3次試驗的均值是4.67，均值在95%的置信區間內，所以，最優組合通過驗證，模型被證明有效。至此可以得出結論，3個參數中的最優值是力為63 gf，超聲波為116 DAC，時間為7.7 ms時的效果最好。工作人員找到了一組參數能夠滿足焊線拉力值的需求，完成了試驗設計因子優化。

4 結束語

隨著芯片銀行卡的普及，銀行卡模塊的可靠性受到了生產廠商的高度重視。這類模塊可靠性指標焊線拉力值的優化也逐漸成為行業的重點項目。試驗設計是一種優化特性的有效方法，本文通過試驗設計這個方法成功優化了焊線拉力值，此項應用和改進方法將被廣泛應用于芯片銀行卡的持續改進中。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕