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        基于六西格瑪?shù)氖謾C(jī)攝像頭模組質(zhì)量改善研究

        2021-03-26 06:43:16王澤文余建波
        精密制造與自動化 2021年1期
        關(guān)鍵詞:膠量良率烤爐

        王澤文 余建波

        (同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804)

        C公司主要從事筆記本電腦、手機(jī)主板等電子信息產(chǎn)品的研發(fā)與制造。近兩年,公司拓展了制造領(lǐng)域,不僅僅滿足于簡單的手機(jī)組裝制造代工,引進(jìn)了大量的自動化設(shè)備,自主研發(fā)手機(jī)攝像頭模組的組裝研發(fā),如圖1所示,對生產(chǎn)制造提出了更高的要求。但在其生產(chǎn)過程中,不斷暴露出一系列質(zhì)量問題,手機(jī)攝像頭模組良率一直不高,嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量,引起公司高度重視,隨即組建六西格瑪小組做精益改善,提高良率。

        圖1 手機(jī)攝像頭模組

        1 手機(jī)攝像頭模組生產(chǎn)流程及其現(xiàn)狀

        1.1 手機(jī)攝像頭模組生產(chǎn)流程

        A手機(jī)攝像頭一直以購入其他公司成品模組的方式完成組裝,C公司現(xiàn)階段承接攝像頭模組ODM和OEM業(yè)務(wù),對生產(chǎn)技術(shù)帶來了很高要求。一個合格的手機(jī)攝像頭模組需要具備防水、架構(gòu)穩(wěn)定、無黑點、無損傷、測試性能良好等特點,其生產(chǎn)流程簡化如圖2所示。

        圖2 手機(jī)攝像頭模組生產(chǎn)流程

        1.2 手機(jī)攝像頭模組不良現(xiàn)狀

        攝像頭模組生產(chǎn)線大部分是自動化機(jī)器,發(fā)展初期技術(shù)資金門檻較高,生產(chǎn)現(xiàn)場的改善重點也是提升設(shè)備效率,降低故障率,減少不良品。由于攝像頭模組的關(guān)鍵零部件基本都是用黑膠和UV膠粘接,無法返工,所以不良的產(chǎn)品基本直接報廢。產(chǎn)品的不良率一方面決定了質(zhì)量成本,另一方面也直接決定了投入量產(chǎn)的時間。

        對近兩周的C公司的手機(jī)攝像頭模組廢品數(shù)與加工數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計,結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1中廢品數(shù)量與加工數(shù)量的比值,得出良率并作圖,結(jié)果如圖3所示。

        表1 兩周內(nèi)攝像頭模組廢品統(tǒng)計表

        圖3 兩周內(nèi)攝像頭模組良率統(tǒng)計圖

        從圖3中可以看出,手機(jī)攝像頭模組良率低至81%,最高時也只有85%,這與目標(biāo)值94%相差甚遠(yuǎn),已經(jīng)嚴(yán)重影響到生產(chǎn)交貨和產(chǎn)品質(zhì)量,客戶的聲音就是希望盡可能快的提升良品率,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低報廢,增加產(chǎn)出。因此,要想獲得高品質(zhì)的攝像頭模組,提高良率迫在眉睫。

        六西格瑪小組運用六西格瑪工具按照 DMAIC流程來解決該問題,爭取零缺陷生產(chǎn),降低成本,提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品良率。

        2 DMAIC改善

        2.1 定義階段

        對造成攝像頭廢品的因素進(jìn)行分析,對40件廢品進(jìn)行調(diào)查,調(diào)查結(jié)果利用帕累托圖進(jìn)行分析,根據(jù)二八原則,找出造成這些問題的原因,如圖4所示。

        圖4 影響良率的Pareto圖

        從圖4中可以看出,造成良率不高的主要原因是模組溢膠嚴(yán)重,手機(jī)攝像頭模組溢膠會出現(xiàn)黑點,影響外觀,影響使用體驗,從生產(chǎn)流程(圖 2)中可以看出點膠過程與良率是直接相關(guān)的,所以目前項目的重點就是解決點膠過程中的溢膠問題,從而提高良率。

        2.2 測量階段

        利用DMAIC模型的測量來分析溢膠問題產(chǎn)生的原因。這一過程包括測量與流程分析,測量階段是數(shù)據(jù)收集的第一環(huán)節(jié),它的準(zhǔn)確性,直接影響整個精益六西格瑪過程,因此是實施過程的關(guān)鍵。首先先來看一下手機(jī)攝像頭模組點膠過程的微觀流程,如圖5所示。

        圖5 點膠微觀流程圖

        從圖5可以看出,整個攝像頭模組點膠過程的具體工藝參數(shù),設(shè)備要求,以及輸出產(chǎn)品要求都一一列出,為后序分析做了一定的基礎(chǔ)工作。在分析解決復(fù)雜問題時,通常采用因果矩陣來分析,篩選出問題的主要原因,從而有目的的去收集數(shù)據(jù)。因此繪制了攝像頭模組點膠出現(xiàn)黑點溢膠的因果矩陣,如表2所示。

        表2 點膠溢膠的因果矩陣

        將輸出結(jié)果大于 100 的作為進(jìn)一步分析的主要原因,包括以下 6 項:膠量;氣壓;預(yù)熱溫度;預(yù)熱時間;烤爐溫度;烤爐時間。

        通過 FMEA 可以確認(rèn)變異發(fā)生或可能發(fā)生的原因,并判斷是否可以控制或提前預(yù)防變異的發(fā)生,分析潛在風(fēng)險,排除可以避免的問題發(fā)生。根據(jù)因果矩陣找出的六個主要原因進(jìn)一步作失效模式分析,如表3 所示。

        表3 點膠溢膠的FAMA分析表

        針頭氣壓合理的氣壓使黑膠填充空隙過強(qiáng)易產(chǎn)生堆積溢膠,較低使流動性不充分模組報廢,良率降低10沒有設(shè)定合理的氣壓參數(shù)8 氣壓參數(shù)是否合理 2 160預(yù)熱溫度合適的溫度,使黑膠能順利流動過高會使黑膠速干,過低會降低流動性模組報廢,良率降低9沒有設(shè)定合理的溫度參數(shù)6 溫度參數(shù)是否合理 2 108預(yù)熱時間合理的時間,使鐵板保持恒溫過長影響效率過短不能達(dá)到預(yù)設(shè)溫度模組報廢,良率降低9沒有設(shè)定合理的時間參數(shù)3 時間參數(shù)是否合理 2 54烤爐溫度合理的溫度固化黑膠過高影響性能,過低不能固化完全模組報廢,良率降低9沒有設(shè)定合理的溫度參數(shù)6 溫度參數(shù)是否合理 2 108烤爐時間合理的時間固化黑膠過長影響產(chǎn)能,過短不能固化完全模組報廢,良率降低9沒有設(shè)定合理的時間參數(shù)3 時間參數(shù)是否合理 2 54

        風(fēng)險優(yōu)先級數(shù) RPN=嚴(yán)重度(Severity)×頻度(Occurrence) ×檢出度(Detection),RPN值大于100時,就要采取改善對策,從失效模式及影響分析表可以看到,發(fā)現(xiàn)有4個潛在問題 RPN>100,即膠量、針頭氣壓、預(yù)熱溫度、烤爐溫度,為后續(xù)的改善提供了方向。

        生產(chǎn)手機(jī)攝像頭模組點膠過程的質(zhì)量問題與膠高和粘合力密切相關(guān),因此我們對測量膠高的儀器VHX和測量粘合力的設(shè)備Dage進(jìn)行測量系統(tǒng)分析。選用三臺VHX測膠高設(shè)備對1Tray盤10個攝像頭模組進(jìn)行三次測量,得出90組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,如圖6所示。選用三臺測粘合力設(shè)備Dage對1Tray盤10個攝像頭模組進(jìn)行三次測量,得出90組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,如圖7所示。

        圖6 VHX量具分析報告

        圖7 Dage量具分析報告

        VHX量具評估結(jié)果顯示,研究變異(%SV)為7.58%,公差(SV/Toler)為3.39%,由圖6可以看到,本項目測量系統(tǒng)能力符合(R&R%=7.58%)≤10%,根據(jù)測量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則,表明測量系統(tǒng)可用。Dage量具分析報告如圖7,研究變異(%SV)為2.46%≤10%,公差(SV/Toler)為3.12%,表明測量系統(tǒng)可用,隨后要對項目的過程能力進(jìn)行分析,確保項目過程在一定條件下的穩(wěn)定性,并且及時了解生產(chǎn)中各過程的質(zhì)保能力,衡量過程波動,從而對項目進(jìn)行優(yōu)化。數(shù)據(jù)收集為10個Tray盤100組模組膠高數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)樣本,并對樣本進(jìn)行分析。首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗,運用MINITAB 進(jìn)行計算,運行結(jié)果如圖8所示。

        圖8 膠高的正態(tài)性檢驗

        根據(jù)樣本的正態(tài)概率圖,可以看出,樣本P=0.079>0.05,可認(rèn)為樣本是正態(tài)分布的。然后對數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行過程能力分析,六合一圖如圖9所示。

        圖9 膠高的過程能力分析

        圖中可以看出,樣本中膠高均值已達(dá)到了1.54 mm,接近目標(biāo)上限1.55 mm,且遠(yuǎn)高于目標(biāo)值1.5 mm; Cpk=0.01,數(shù)值極低,存在能力不足的問題,需要進(jìn)行六西格瑪改進(jìn),點膠水平亟需提高。

        2.3 分析階段

        根據(jù)測量階段結(jié)果,分析階段將對膠量、氣壓、預(yù)熱溫度、烤爐溫度等影響因素進(jìn)行進(jìn)一步分析,以達(dá)到避免溢膠提高良率的目的??緺t溫度 76℃~82℃,膠量 62.72 mg~70.8 mg,預(yù)熱溫度 60℃~70℃,氣壓(103kPa~193kPa),其中,原工藝參數(shù)烤爐溫度 79℃、膠量 66.76 mg,預(yù)熱溫度 65℃,氣壓(172kpa)。通過對不同參數(shù)下的良率進(jìn)行分析,得到Pareto圖和良率殘差圖,分別如圖10和圖11所示。

        圖10 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的Pareto

        圖11 良率殘差圖

        通過良率殘差圖及良率的殘差分析結(jié)果的 P值可以看出:烤爐溫度(X1)P =0.003<0.05,拒絕原假設(shè),認(rèn)為 X1 與 Y 顯著相關(guān);膠量(X2)P=0.005<0.05,拒絕原假設(shè),認(rèn)為 X2 與 Y 顯著相關(guān);氣壓(X4)P=0.007<0.05,拒絕原假設(shè),認(rèn)為 X4與 Y 顯著相關(guān);預(yù)熱溫度(X3)P =0.24>0.05,不能拒絕原假設(shè),認(rèn)為 X3 與 Y 不明顯相關(guān)。原方程解釋力度 92.93%>80%,調(diào)整后方程解釋力度89.91%>80%,認(rèn)為方程可信。通過分析,確定了烤爐溫度(X1)、膠量(X2)、氣壓(X4)對良率的影響,為改進(jìn)階段提供了改進(jìn)方向及依據(jù),如表2所示。

        表2 烤爐溫度(X1)膠量(X2)氣壓(X4)對良率影響表

        2.4 改善階段

        改進(jìn)階段是以真正解決問題并驗證方案作用為導(dǎo)向,通常為了達(dá)到這一目的,需要進(jìn)行試驗設(shè)計(DOE),全因子試驗設(shè)計如下:

        因子A(烤爐溫度):低水平76℃,高水平82℃

        因子B(膠量):低水平62.72mg,高水平70.8mg

        因子 C(氣壓):低水平 103kPa,高水平 193kPa。

        按計劃矩陣做試驗,得到相應(yīng)數(shù)據(jù)記錄,運行MINITAB計算出A(烤爐溫度)P值=0.015,B(膠量)P值=0.016,C(氣壓)P值=0.028,B*C(膠量*氣壓)P值=0.044,均小于0.05,隨機(jī)效應(yīng)顯著,方程解釋力度 R-sq(調(diào)整)=97.82%,模型擬合極佳。圖12~圖14分別為因子正態(tài)圖、Pareto圖、良率主效應(yīng)圖,也可以看出因子A、B、C、BC效應(yīng)顯著,膠量氣壓交互作用圖及其等值線圖和曲面圖分別如圖15~圖17所示,可以看出膠量和氣壓的交互作用顯著。

        圖12 因子正態(tài)圖

        圖13 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)Pareto圖

        圖14 良率主效應(yīng)圖

        圖15 膠量氣壓交互作用圖

        圖16 等值線

        圖17 曲面圖

        根據(jù)本項目具體問題,優(yōu)化目標(biāo)是屬于“望大”型的。在 MINITAB 軟件中通過 DOE 響應(yīng)優(yōu)化器得出的結(jié)果如圖18所示。

        圖18 響應(yīng)優(yōu)化器結(jié)果

        手機(jī)攝像頭模組點膠時,膠量 70.8mg、氣壓193kPa、烤爐溫度82℃、預(yù)熱溫度70℃,良率可達(dá)95%。將該方案確定為點膠的最優(yōu)方案。

        2.5 控制階段

        為了對膠高及良率進(jìn)行控制和統(tǒng)計,抽取改善前一個月的攝像頭模組,每天抽一盤,一盤十個模組,與改善后1個月的10*30個手機(jī)攝像頭模組膠高值進(jìn)行對比,作出 Xbar-S 控制圖,如圖19所示;匯總改善前一個月每天的良率和改善后一個月每天的良率,作出I-MR控制圖,如圖20所示。

        圖19 改善前后的膠高Xbar-S控制圖

        圖20 改善前后的良率I-MR控制圖

        良率達(dá)到95%,生產(chǎn)過程處于受控狀態(tài),膠高均值保持在1.5mm,屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水平,從而因攝像頭模組點膠過程中出現(xiàn)溢膠的產(chǎn)品報廢問題基本消除。

        3 結(jié)語

        這次質(zhì)量改善是利用六西格瑪 DMAIC管理模型和工具開展的,通過流程圖和時間序列圖引出質(zhì)量改善的目的即提高產(chǎn)品良率,利用Pareto圖找到引起良率低的關(guān)鍵原因即點膠過程中的溢膠現(xiàn)象,對點膠的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析,通過點膠的微觀流程圖、因果矩陣、FAMA等分析出產(chǎn)生溢膠的主要原因,即膠量、氣壓、預(yù)熱溫度和烤爐溫度。運用Gage R&R(%SV≤10%)確定測量膠高和粘合力的量具具有穩(wěn)定性;通過正態(tài)性檢驗(P>0.05);過程能力分析,發(fā)現(xiàn)Cpk=0.01<1.67過程能力極低需要改善;通過殘差分析找出溢膠的關(guān)鍵因素,去掉P>0.05與Y不顯著相關(guān)的預(yù)熱溫度這一因素,然后對膠量、氣壓、烤爐溫度進(jìn)行DOE試驗設(shè)計,看出因子A,B,C,BC效應(yīng)顯著,基于優(yōu)化目標(biāo)是屬于“望大”型的,確定出最佳參數(shù),即膠量 70.8mg、氣壓(193kPa)、烤爐溫度82℃、預(yù)熱溫度70℃時,良率可達(dá)95%。通過膠高Xbar-S控制圖和良率I-MR控制圖確保了產(chǎn)品處于受控狀態(tài),使攝像頭模組點膠過程中出現(xiàn)溢膠的產(chǎn)品報廢問題基本消除,良率從83%提高到95%,改善目標(biāo)達(dá)成。

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