科学家的新发现，为核反应堆，核材料涂层提供了新方法

科学家发现了一种包覆核材料的新方法，能够尽量减少使用高浓缩铀的努力。在运行中的核反应堆内部，环境是极端的，因为反应堆组件暴露在强烈辐射、超高热量以及化学反应冷却剂的组合中。这就是为什么，为了安全地运行反应堆，科学家需要用能够承受这些条件的材料来设计核反应堆组件。阿贡国家实验室的科学家取得了一项关键发现，采用了一种最初为半导体行业开发的技术，并将其用作包覆核材料的一种方式。

这种被称为原子层沉积(ALD)的技术，形成了保护核燃料和材料免受反应堆恶劣环境直接暴露的新方法的基础。原子层沉积，能让研究人员在表面上原子沉积特定材料的薄膜。通过建立这些层，阿贡国家实验室的科学家可以形成具有一组特定性能的化学精确涂层。燃料开发和鉴定小组经理阿贡国家实验室核工程师Abdellatif Yacout说：我们正在开创将原子层沉积用于核应用的先锋。阿贡国家实验室在技术方面的专家，由Argonne杰出的研究员Michael Pellin领导，在这些进步中发挥了重要作用。

在一组实验中，阿贡国家实验室的科学家使用原子层沉积直接在低浓缩铀-钼(U-Mo)粉末上沉积氮化锆(ZrN)作为涂层。涂层足够薄，能让中子穿透，同时保护燃料不被降解，通常与研究反应堆燃料系统的主要成分铝(Al)相互作用。为了研究新开发的ZrN涂层稳定性及其与铝的相互作用，科学家在阿贡国家实验室的Tandem Linac Accelerator System(ATLAS)设施上，使用重离子(以模拟裂变碎片的损伤)进行了多次原位辐照研究。

重新设计核燃料涂层的这项具体工作支持世界各地使用高浓缩铀(HEU)高功率研究反应堆转换为使用低浓缩铀(LEU)燃料的努力，以支持最小化高浓缩铀的国家政策。另外两组涉及ALD的实验围绕包层进行，包层是将燃料成分封装在核反应堆内部的结构材料。来自纳米层压涂层的高抗微动性能，该项目使用ALD来设计能够抵抗微动磨损的覆层材料，微动磨损是反应堆组件中导致机械磨损的一种行为。抵抗微动的一种方法是在涂层表面涂覆以增加其硬度。

用ALD涂层(例如，氧化铝[Al2O3])进行改性并随后进行其他处理的覆层表面，将表面硬度提高了近100倍。耐高温抗氧化性，该项目围绕开发包层涂层，以便它们能够在严重事故条件下更好地承受反应堆内部的高温。该研究团队开发了一种独特的陶瓷复合材料，这种材料可以在低温下制造，但其微观结构非常紧凑。开发这种陶瓷基复合涂层是一个两步的过程，它包括将电泳沉积(EPD)(一种快速低温沉积方法)与ALD相结合。通过这种方式，科学家能够快速创建一种厚的陶瓷复合涂层，该涂层既能附着又符合覆层表面。

阿贡国家实验室的研究员Sumit Bhattacharya说：EPD和ALD本身作为一个沉积过程都不会产生足以保护覆层的涂层，尽管ALD产生了无针孔、致密和附着力的涂层，但沉积速度相对较慢。为了沉积所需的厚度，需要几天甚至几周的时间。同时，如果只使用EPD，沉积层是高度多孔的，需要高温烧结才能致密并附着在基板上。这并不理想，因为包层材料是温度敏感的，将会失去所有的机械性能。使用双重沉积技术的一个主要优点在于能够大大降低生产粘合涂层所需温度。

通常，为了开发致密的陶瓷复合材料，高温烧结步骤是必要的。然而，由于覆层是由金属制成，典型的烧结会导致基材熔化或失去强度。不仅不能实现烧结，而且试图保护的主要基板也会被破坏。EPD/ALD技术的组合可在仅300摄氏度左右温度下获得粘结涂层，远低于此类复合材料所需的常规烧结温度。与其他沉积技术(如化学气相沉积(CVD)相比，使用ALD提供了另一个重要的好处。尽管CVD沉积速度比ALD快，但这样做会阻塞部分需要填充的通道。

结果，它在复合材料内部留下了很大的孔隙率，只有ALD才能确保所有的角落和裂缝。为了测试涂层能否承受反应堆辐射环境，研究人员在阿贡国家实验室的中压电子显微镜设备(IVEM)中，用不同温度的重离子轰击涂层。之后，样品保持完好，科学家发现纳米粉末和覆盖的ALD涂层没有明显变化。阿贡国家实验室在用于核应用ALD方面的研究得到了几个组织的资助，包括DOE核能办公室、DOE国家核安全管理局、Westinghouse和Argonne的实验室指导研究和开发基金。

精益六西格玛管理在半导体制造业中的应用

一、精益六西格玛管理的DMAIC流程

对产品缺陷的改进项目，对DMAIC过程改进模式的每一步都进行了具体深入的研究和说明。通过实例充分地验证了DMAIC在实践应用中的可行性和有效性，从而树立起精益六西格玛管理在制程控制和改进中的威信，同时也为今后的制程改进项目提供了宝贵经验，使精益六西格玛管理方法能够被更广泛地推广到其他制造领域中去。

二、DMAIC对超微间距产品第一焊点不良率改进的应用

1、界定阶段

随着芯片电路的集成度越来越高，对于半导体封装而言，以前一颗芯片内部只需要焊接十几条线，而现在需要焊接几百条线在同一体积的芯片内，这就意味着单颗焊线面积和焊点间距越来越小，从传统间距80微米的产品到微间距69微米的产品再到如今超微间距47微米的产品。然而任何一颗金线的焊接不良，都将导致整颗芯片的报废。在这种情况下，对于超微间距的产品，第一点焊接质量的要求也就更加有挑战性在解决问题之前，按照DM AIC的流程，首先需要组建一支专业的团队来实施改进项目。

2、测量阶段

首先对测量系统的稳定性进行了分析接下来继续对测量系统的线性和偏倚进行测量，方法与稳定性测量类似。分析结果：偏倚的P值为0.301，即无法拒绝偏倚为0的原假设，测量系统无需修正。

最后对测量系统的重复性和再现性进行了测量分析，分析结果：系统Gage R&R值为1.13% ，远小于10% ，分组数NDC为124，远大于5，总体来判断此测量系统是完全符合要求的。

3、分析阶段

①第一焊点不良数据及潜在原因分析经过对测量系统的稳定性、线性和偏倚以及重复性和再现性的分析，可知测量系统可用，数据真实可靠。

②焊接强度不足的原因分析。利用因果图对第一焊点强度不足的原因进行分析，结合改进方向的可行性，最终决定将“焊针尺寸不合理”和“焊线参数不优化”两项作为将来改进的主要方向。

4、改进阶段

①焊针尺寸的改进。在分析阶段确定了此次缺陷改进的重点之后，首先进行了对焊针的尺寸的改进，并通过方差分析进行对比，合理选择了焊针尺寸。

②焊针参数的改进。为了能够更加全面地评估所有关键参数因子，小组设计了一个部分因子实验设计，用于筛选对第一焊点有重要影响的参数，共列出了4个对于第一焊点质量较为相关的因子：USG（超声波），Force（力），C/V（下降速度）,Time（焊线时间），将每组试验取32个BallShear（焊线强度）的均值作为响应变量。每个因子取二水平，并且安排3组中心点用来评估试验误差。

5、控制阶段

焊针尺寸和参数方面的改进之后，经过收集数据阶段，控制线也进行了更新。

使用DMAIC的分析方法对半导体制造业中的超微间距产品系列第一焊点不良问题进行深入的研究，逐一地找出问题的根源之所在，并针对问题的根源进行改进和控制。这进一步证实了精益六西格玛管理的有效性和权威性，对于那些刚刚起步或将要精益六西格玛管理的企业来说，精益六西格玛管理无疑将会成为企业变革的助推器。当然，精益六西格玛的发展需要企业领导的大力支持，需要各部门的相互合作，需要团队的力量，需要专业的人才，需要企业每一个人的努力。当精益六西格玛融入企业文化中的时候，企业将迎来质的提高。

项目背景

信利半导体有限公司是香港信利国际有限公司的全资子公司，于1991年成立。公司总部设在香港，生产基地位于广东省汕尾市。自成立以来，信利半导体一直专注于平板显示领域产品的研发与生产，经过20余年发展，已成为国内规模最大的中小尺寸平板显示制造商之一，公司不仅拥有世界一流的生产工艺，还配备了多条业界领先的液晶显示屏生产线、OLED生产线和自动组件装配线，产品类型涵盖TN、STN、TFT、OLED，电子纸（EPD）及3D显示产品等，产品已被广泛应用手机、车载、医疗和工业等领域。凭借强大的技术研发实力、卓越稳定的产品质量和专业周到的服务，信利半导体有限公司赢得了国内国际大厂的青睐，并与其中的三星、LG、华为和中兴等知名企业建立了战略合作伙伴关系。2007年11月，信利半导体经过多家比较，选定张驰咨询作为其精益六西格玛总体咨询解决方案提供商，与张驰咨询展开长期战略合作。

项目成果

已完项目数157个，其中DFSS项目17个，项目总收益超过3亿元港币。

帮助其与招商银行一起问鼎2009年"中国管理模式杰出奖"（全国仅16家企业获奖）

精益六西格玛的持续成功实施帮助信利半导体成功渡过2008年金融危机并获得三星电子青睐，成功获取三星高端产品订单。

指导信利半导体建立精益六西格玛自我成长机制。

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