《DOE基础简介培训》PPT课件

KISS the DOE 实 验 设 计 基 础 简 介 编 制 ： 宋 教 授时 间 ： 2012.9.9 常规PCB工艺流程总图 C A D 数 据 或 原 图 光 绘 或 照 相 底 板 内 层 覆 铜 板 下 料 冲 、 钻 定 位 孔 清 洗 、 干 燥 制 内 层 导 电 图 形 蚀 刻 去 膜 清 洗 、 干 燥 电 路 检 验 （ A O I） 导 电 图 形 氧 化 处 理 定 位 、 叠 层 层 压 C N C 钻 孔 去 毛 刺 、 清 洗 去 钻 污 （ 凹 陷 ） 金 属 化 孔 制 外 层 导 电 图 形 图 形 电 镀 退 除 保 护 蚀 刻 插 头 镀 金 /镍 印 阻 焊 、 字 符 热 风 整 平 （ 喷 纯 锡 ） 防 氧 化 处 理 铣 切 外 形 检 验 、 检 测 包 装 成 品 外 层 覆 铜 箔 板 或 铜 箔 及 粘 结 片 下 料 加 工 定 位 孔 表 面 化 学 镀 镍 金 PCB流程中的参数从何而来n在PCB生产过程中，DG、RG、PRES、PTH、TL、ETCH、ENING、DF、WF等工序中都有各种工艺参数，这些参数是怎么来的？n生产流程中的参数是通过DOE得出的 目录n一、DOE的概念n二、DOE的作用和意义n三、DOE的术语n四、DOE的步骤n五、DOE的方法n六、低分子量聚丙烯酸钠的合成n七、讨论 一、DOE的概念资 源nDOE（ Design Of Experiment） 的 定 义 ： 通 过 主 动 控制 影 响 因 素 的 变 化 ， 观 察 响 应 变 量 的 变 化 ， 并 研 究其 中 的 影 响 。 生 产 过 程 F(X) 产 品 (响 应 变 量 Y)可 控 制 因 素 X不 可 控 制 因 素 U 二、DOE的作用和意义阶段一:筛选试验阶段二:优化试验确 定 出 关 键 x最 佳 取 值寻 找 到 所 有 可 能 影 响 y的 关 键 x利 用 SPC 控 制 这 些 关 键 的 X 二、DOE的作用和意义nDOE的 意 义 ：n应 用 数 理 统 计 学 的 基 本 知 识 ， 讨 论 如 何 合 理 地 安排 试 验 、 取 得 数 据 ， 然 后 进 行 综 合 科 学 分 析 ， 从而 尽 快 获 得 最 优 组 合 方 案 。nDOE的 作 用 ：n1、 提 高 产 量 ；n2、 减 少 变 异 性 ， 与 额 定 值 或 目 标 值 更 为 一 致 ；n3、 减 少 开 发 时 间 ；n4、 减 少 总 成 本 。 三、DOE中的术语n1、 响 应 （ Response） ：n实 验 结 果 中 ， y1、 y2、 y3、 是 我 们 关 心 的 输 出 变量 ， 通 常 称 之 为 响 应 。过 程u1 u2 y1y2y3x1x2x3x1x2x3 三、DOE中的术语n2、 可 控 因 子 （ Factor） ：n将 实 验 过 程 中 人 为 可 以 控 制 影 响 响 应 不 同 的 输 入变 量 x1、 x2、 x3称 为 可 控 因 子 。过 程u1 u2 y1y2y3x1x2x3x1x2x3 三、DOE中的术语n3、 不 可 控 因 子 （ Uncontrolled Factor） ：n在 影 响 过 程 和 结 果 的 因 子 中 ， 除 了 可 控 因 子 ， 还包 括 有 不 可 控 因 子 u1、 u2， 对 这 些 影 响 我 们 通 常很 难 把 它 控 制 在 某 个 精 度 上 。 不 可 控 因 子 通 常 也称 为 干 扰 （ Noise） 。 过 程u1 u2 y1y2y3x1x2x3x1x2x3 三、DOE中的术语n4、 水 平 （ Level） ：n实 验 中 对 可 控 因 子 不 同 的 设 定 值 。 如 温 度 可 以 选用 10 、 20 、 30 。n5、 主 要 影 响 （ Main Effect） ：n对 单 个 因 子 而 言 ， 从 一 个 水 平 到 另 一 个 水 平 的 变化 对 输 出 的 平 均 影 响 。n6、 交 互 作 用 （ Interaction） ：n两 个 因 子 合 起 来 对 总 输 出 的 影 响 将 高 于 两 个 单 独的 因 子 所 造 成 的 影 响 。 三、DOE中的术语n7、 计 量 特 性 ：n望 大 ： 目 标 值 为 无 限 大 （ 愈 大 愈 好 ）n望 目 ： 目 标 具 有 一 特 定 的 目 标 值 （ 愈 接 近 愈 好 ）n望 小 ： 目 标 是 极 端 值 （ 愈 小 愈 好 ）n8、 标 准 差 （ Standard Deviation） ：n各 个 数 据 偏 离 平 均 数 距 离 的 平 均 数 ， 能 反 应 一 个数 据 集 的 离 散 程 度 。 四、DOE的步骤为何进行试验确定起显著作用的因子X确认分析阶段所假想的X量化因子X对响应Y的影响改进程序的系统方法为何检验多个X多个改进机会试验设计的效率估计因子间交互作用考虑因素试验的分辨率样本数、功效和Power重复和复制划分区组试验实施的随机性叙 述试 验目 的 确 定响 应变 量 研 究影 响因 子 定 义X水 平 试 验设 计 收 集数 据图 形分 析 分 析模 型 简 化模 型 残 差分 析 反 应 优 化 验 证试 验分析种类效应： -正态检验图、Pareto图析因：-主要效果图、交互作用图、立方图-ANOVA、回归分析优化：-等值线图-反应优化器 五、DOE的方法n一 次 一 因 素 试 验 设 计n全 阶 乘 因 子 试 验 设 计 （ 全 因 子 实 验 设 计 ）n分 数 阶 因 子 试 验 设 计 （ 部 分 实 施 因 子 实 验 设 计 ）n响 应 曲 面 设 计n分 步 试 验 设 计n正 交 实 验 设 计 五、DOE的方法n 1、 一 次 一 因 素 试 验 设 计 （ OFAT）n OFAT： One Factor At a Timen 先 固 定 一 种 组 合 ， 而 其 它 因 子 保 持 固 定 ， 然 后 每 次 改 变 一个 条 件 ， 将 相 邻 的 两 次 实 验 结 果 进 行 比 较 ， 以 估 计 两 个 条件 效 果 的 差 异 。n OFAT实 验 虽 简 单 ， 但 对 实 验 的 效 率 造 成 了 影 响 ：n 可 能 进 行 了 不 必 要 的 实 验n 找 出 原 因 因 素 的 时 间 较 长n 不 知 道 改 变 一 个 因 素 而 其 它 因 素 也 改 变 带 来 的 影 响n 不 能 发 现 和 了 解 各 因 素 的 交 互 作 用 。 五、DOE的方法n 2、 全 阶 乘 因 子 实 验 （ 全 因 子 实 验 ） ：n 所 有 的 组 合 都 至 少 进 行 一 次 实 验n Factors n 3n 2n Level n 243n 81n 27n 9 n 32n 16n 8n 4 n 5n 4n 3n 2全阶乘试验的次数：Runs=X kX-水平； k-因子数增加一个水平要大幅度增加实验次数！一般因子数4时，才用全阶乘实验设计 五、DOE的方法n 当 因 子 水 平 超 过 2时 ， 实 验 次 数 呈 指 数 增 长 ， 故 通 常 只 做 2水 平 设 计n 一 般 来 讲 ： 因 子 的 高 、 低 水 平 部 分 和 中 心 点 的 水 平 设 置 ，相 当 大 程 度 上 可 以 代 替 3水 平 设 计 ， 但 试 验 次 数 大 幅 度 减少 ， 故 最 常 用 。 2表 示 因 子 均 为 2水 平 ；K表 示 因 子 数 量 ；试 验 所 需 的 运 行 次 数 =2 k 五、DOE的方法n全 因 子 实 验 的 优 势 ：n 包 含 所 有 主 要 结 果 的 信 息n 包 含 所 有 交 互 作 用 的 信 息n 量 化 Y=F(X)n全 因 子 实 验 的 局 限 性 ：n 资 源 分 配 过 多n 时 间 过 长 五、DOE的方法n3、 正 交 实 验n 通 过 应 用 正 交 表 ， 它 的 构 建 ， 允 许 每 一 个 因 素 的 效 果， 在 数 学 上 ， 独 立 予 以 的 评 估 。n 可 以 有 效 的 降 低 实 验 次 数 ， 进 而 节 省 时 间 、 金 钱 ， 又能 得 到 较 好 的 结 果 。 五、DOE的方法 五、DOE的方法8行 表示 不 同因 子 水平 的 组合 7列 表示 最 多7个 因子1、 2表 示 各 因子 的 两种 水 平 每 个 因 子 出 现 机 会 均 等任 意 2列 间 组 合 数 字 各 出 现 2次 ， 其 搭 配 是 均 等 的 五、DOE的方法 五、DOE的方法 五、DOE的方法 五、DOE的方法 五、DOE的方法 五、DOE的方法 六、低分子量聚丙烯酸的合成DOE实 验 步 骤 ：n1、 叙 述 实 验 目 的 ：n寻 找 到 合 成 低 分 子 量 聚 丙 烯 酸 钠 的 简 易 方 法 ；n分 子 量 低 于 1000（ 800左 右 为 最 佳 ） ；n研 究 单 体 浓 度 、 引 发 剂 浓 度 、 链 转 移 剂 浓 度 、 温度 对 产 物 分 子 量 的 影 响 。 六、低分子量聚丙烯酸的合成n2、 确 定 响 应 变 量 ：n产 物 的 分 子 量n3、 研 究 影 响 因 子 ：n在 合 成 中 对 产 物 分 子 量 有 影 响 的 因 素 包 括 ： 单 体浓 度 、 引 发 剂 浓 度 、 链 转 移 剂 浓 度 、 温 度 、 碳 酸钠 浓 度 、 氢 氧 化 钠 的 浓 度 等 。n本 实 验 中 ， 只 讨 论 单 体 浓 度 、 引 发 剂 浓 度 、 链 转移 剂 浓 度 、 温 度 对 产 物 分 子 量 的 影 响 。 六、低分子量聚丙烯酸的合成n 4、 定 义 X的 水 平 ：n 通 过 查 阅 相 关 资 料 ， 确 定 因 子 和 水 平 如 下 ：Factor leve1 leve2 leve3单 体 浓 度 % 2 0 2 5 3 0引 发 剂 浓 度 % 5 6 7链 转 移 剂 浓 度% 5 6 7温 度 5 0 5 5 6 0 六、低分子量聚丙烯酸的合成n参 照 L9（ 34） 直 交 表 。 选 择 4因 素 、 3水 平 进 行 实验 。 六、低分子量聚丙烯酸的合成n5、 实 验 设 计 部 分 ：n（ 1） 运 用 MINITAB软 件 进 行 实 验 部 分 的 设 计 六、低分子量聚丙烯酸的合成n（ 2） 设 置 各 项 参 数 六、低分子量聚丙烯酸的合成n（ 3） 生 成 正 交 实 验 六、低分子量聚丙烯酸的合成n6、 收 集 实 验 数 据 ： 六、低分子量聚丙烯酸的合成n7、 分 析 实 验 结 果 ： 六、低分子量聚丙烯酸的合成 六、低分子量聚丙烯酸的合成n8、 计 算 最 佳 解 的 预 期 值 ：n什 么 是 最 佳 解 ？n在 本 实 验 中 ， 通 过 图 形 和 数 据 分 析 ， 取 值 要 求 信噪 比 大 、 分 子 量 和 预 期 值 接 近 、 标 准 差 小 的 因 子水 平 作 为 最 佳 解 ：n单 体 浓 度 ： 25%n引 发 剂 浓 度 ： 5%n链 转 移 剂 浓 度 ： 6%n温 度 ： 55 六、低分子量聚丙烯酸的合成 六、低分子量聚丙烯酸的合成n得 到 最 佳 解 预 测 值 六、低分子量聚丙烯酸的合成n9、 计 算 验 证 实 验 的 结 果 ：n将 验 证 实 验 的 结 果 替 换 掉 实 验 中 的 一 组 数 据 n得 到 验 证 实 验 的 信 噪 比 、 标 准 差 和 平 均 数六、低分子量聚丙烯酸的合成 六、低分子量聚丙烯酸的合成n10、 实 验 结 论n制 备 低 分 子 量 聚 丙 烯 酸 钠 最 优 的 条 件 是 ： 单 体 浓度 为 25%、 引 发 剂 浓 度 5%、 链 转 移 剂 浓 度 6%、 温 度为 55 。n影 响 产 物 分 子 量 因 素 中 最 大 的 是 单 体 浓 度 、 其 次是 引 发 剂 浓 度 、 然 后 是 链 转 移 剂 浓 度 、 最 后 是 反应 温 度n产 物 分 子 量 随 单 体 浓 度 和 温 度 的 增 加 而 增 大 ， 随引 发 剂 、 链 转 移 剂 浓 度 的 增 加 而 减 小 。 七、讨论n 不 同 的 实 验 目 的 ， 采 用 不 同 的 实 验 设 计 方 法n1、 一 次 一 因 素 实 验 设 计n 探 讨 单 因 素 对 产 物 分 子 量 的 影 响n 如 固 定 引 发 剂 浓 度 、 链 转 移 剂 浓 度 、 温 度 ， 改 变 单 体浓 度 来 研 究 单 体 浓 度 对 产 物 分 子 量 的 影 响 。 一 般 做 5次 实 验 ， 线 性 拟 合 直 线 ， 研 究 单 体 浓 度 对 产 物 分 子 量的 影 响 程 度 。 七、讨论n 例 如 ： 探 究 电 镀 铜 过 程 中 电 流 密 度 对 铜 厚 的 影 响 。 （实 验 目 的 ）n 影 响 电 铜 厚 度 的 因 素 有 ： 电 流 密 度 、 时 间 、 温 度 、 药水 浓 度 等 等 。 （ 确 定 因 子 ）n 现 在 固 定 其 它 因 素 对 铜 厚 的 影 响 （ 通 过 选 择 一 固 定 程式 来 实 现 ） 。 探 究 电 流 密 度 与 铜 厚 的 关 系 。 （ 实 验 设计 ） 七、讨论n 通 过 查 阅 电 流 纸 ， 在 电 镀 时 间 为 55min情 况 下 选 定 如下 一 组 数 据 ：n 其 中 A为 铜 厚 （ um） ， B为 电 流 密 度 （ A/dm2） 七、讨论n 通 过 线 性 拟 合 ， 得 到 A和 B的 关 系 直 线 ， 并 得 出 直 线的 方 程 为 ： Y=0.1X+0.4。 （ 数 据 分 析 ） 七、讨论n 通 过 电 流 密 度 与 铜 厚 的 方 程 Y=0.1X+0.4,可 以 通 过 要求 的 铜 厚 来 计 算 电 流 密 度 的 大 小 。 （ 预 期 结 论 ）n 例 如 ， 要 求 计 算 铜 厚 为 13um下 的 电 流 密 度 ,把 X=13带 入 方 程 得 到 Y=1.7。 这 与 前 面 在 电 流 纸 上 看 到 的 数据 一 致 。n 其 它 的 数 据 带 入 方 程 ， 也 与 电 流 纸 上 的 数 据 比 较 接 近或 者 一 致 。 （ 验 证 结 论 ）n 电 流 密 度 与 电 铜 厚 度 的 关 系 为 ： Y=0.1X+0.4。 （ 得到 结 论 ） 七、讨论n2、 全 阶 乘 因 子 实 验 设 计n 实 验 信 息 全 面 ， 但 是 实 验 次 数 较 多 。 一 般 只 有 4因 子、 2水 平 以 下 采 用 全 因 子 实 验 。n 例 如 ： 曝 光 尺 度 和 曝 光 时 间 对 干 膜 的 影 响 ：n 选 用 2因 子 、 2水 平 实 验 ：n 因 子 ： 曝 光 尺 度 （ A） 、 曝 光 时 间 （ B） 。n 水 平 ： A1： 6-7级 ， A2： 7-9级 。n 时 间 ： B1： 25s， B2： 45s。 七、讨论实 验 编 号 曝 光 尺 度 （ 级） 曝 光 时 间 （ s） 产 品 性 能1 6 -7 2 5 曝 光 不 足 ， 显影 过 度 ， 渗 镀2 7 -9 4 5 曝 光 不 良 ， 显影 不 净 ， 掉 金3 6 -7 4 5 曝 光 不 足 ， 显影 过 度 ， 渗 镀4 7 -9 2 5 性 能 良 好 七、讨论n 数 据 分 析 ：n 6-7级 曝 光 时 ， UV光 能 量 不 能 使 引 发 引 发 剂 分 解 ， 故 不 能引 发 抗 蚀 剂 聚 合 ， 导 致 显 影 过 度 。 此 曝 光 尺 度 下 的 曝 光 时间 没 有 影 响 。n 7-9级 曝 光 时 ， UV光 能 量 能 使 引 发 剂 分 解 ， 使 得 抗 蚀 剂 发生 聚 合 ， 当 曝 光 时 间 太 长 时 ， 会 导 致 抗 蚀 剂 聚 合 过 度 ， 导致 显 影 不 良 。 可 以 推 导 出 ， 当 曝 光 尺 度 大 于 9级 时 ， 也 会导 致 类 似 情 况 。 也 可 以 推 出 ， 当 曝 光 时 间 小 于 25s时 ， 抗蚀 剂 聚 合 不 足 ， 会 出 现 显 影 过 度 。n 实 验 结 论 ：n 曝 光 参 数 ： 曝 光 尺 度 ： 7-9级 ， 曝 光 时 间 ： 25s 七、讨论n3、 正 交 实 验 设 计n可 以 有 效 的 降 低 实 验 次 数 ， 进 而 节 省 时 间 、 金 钱 ，又 能 得 到 较 好 的 结 果 。n选 择 最 佳 的 参 数 组 合 使 产 品 对 杂 音 最 不 敏 感n应 用 直 交 表 进 行 原 因 检 测 和 平 均 值 的 处 理n应 用 直 交 表 使 变 异 最 小n最 低 成 本 KISS the DOEnKISS:Keep It Simple,StupidnDOE:Design Of ExperimentnKISS the DOEn 让 实 验 设 计 变 得 简 单 结 束 谢 谢