劉 沫 陸志強(qiáng)

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

隨著汽車市場的持續(xù)深化發(fā)展，汽車零部件相關(guān)企業(yè)之間的競爭日趨激烈。保質(zhì)保量交付是競爭的重要因素，如何運(yùn)用先進(jìn)的生產(chǎn)管理方式來管控產(chǎn)品生產(chǎn)過程，精益生產(chǎn)，降低企業(yè)運(yùn)營成本，提升生產(chǎn)競爭力，是生產(chǎn)型企業(yè)生存擴(kuò)張的必經(jīng)之路[1-3]。

1 FMEA工具

FMEA是一種通過對潛在的失效模式進(jìn)行分析，識(shí)別失效風(fēng)險(xiǎn)并提出降低風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)用系統(tǒng)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估工具，該方法被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)型企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程開發(fā)[4-5]。FMEA一般可分為三類：S-FMEA（體系 FMEA），D-FMEA（設(shè)計(jì) FMEA ）及本文中應(yīng)用的P-FMEA，即過程FMEA。

2 顯示器制造過程的現(xiàn)狀分析

車載液晶型顯示器，是目前主流顯示器的一個(gè)特殊應(yīng)用分支，由于應(yīng)用場景的特殊性，市場上常見的顯示器尺寸在6.1寸至12寸之間，具體的選型主要受所搭配車型的車體空間、車型及車體價(jià)格所限。車載液晶型顯示器，雖然是新興產(chǎn)業(yè)，但是生產(chǎn)鏈已經(jīng)比較成熟，其工作原理及生產(chǎn)加工流程，與液晶電視等顯示器基本一致。功能及結(jié)構(gòu)的主要差別，在于車載顯示器通常聯(lián)通一片觸摸板，實(shí)現(xiàn)觸控功能。另外，相對于消費(fèi)電子領(lǐng)域的液晶顯示屏，車載顯示器由于需要使用于汽車車體內(nèi)，車體空間相對狹小，車體運(yùn)行過程中有較為劇烈的震動(dòng)，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境相對于消費(fèi)電子領(lǐng)域用顯示屏就復(fù)雜的多，如沙漠、海邊、戶外、高溫低溫等嚴(yán)苛的環(huán)境。

由于車載顯示屏產(chǎn)品使用環(huán)境復(fù)雜和選型受到車體空間等限制，導(dǎo)致車載顯示器結(jié)構(gòu)要求高，并且對使用壽命、震動(dòng)沖擊耐受性、高低溫耐候性等可靠性性能也要求更高。簡單來講，相對于消費(fèi)電子領(lǐng)域的液晶顯示屏，車載顯示器需要更高的質(zhì)量可靠性。

本文應(yīng)用 FMEA工具方法對車載顯示器貼合氣泡進(jìn)行研究，找出其影響因子，針對關(guān)鍵因子采取改善措施并進(jìn)行過程控制，以達(dá)到提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的[6-7]。

2.1 車載顯示器結(jié)構(gòu)組成

車載液晶型顯示器，依據(jù)結(jié)構(gòu)，主要有四個(gè)關(guān)鍵元部件組成，如圖1所示。按照加工工藝難度高低進(jìn)行介紹如下：

圖1 車載顯示器結(jié)構(gòu)

首先，是有著精密 TFT 電路結(jié)構(gòu)的顯示面板（Panel）。Panel是由分別鍍有TFT電路和CF彩色濾光片的上下兩層玻璃，中間利用 ODF技術(shù)進(jìn)行液晶注入后成盒的產(chǎn)品，其本身不具備發(fā)光性能，但是可以控制具體像素的偏轉(zhuǎn)行為及其色彩顯示。Panel屬于產(chǎn)業(yè)鏈中的核心部件，此部件為自主開發(fā)及生產(chǎn)，擁有穩(wěn)定的生產(chǎn)加工產(chǎn)線。

其次，是在整個(gè)產(chǎn)品背部為整個(gè)產(chǎn)品提供顯示用發(fā)光源的背光源（BLU）。BLU是由多層膜結(jié)構(gòu)按一定的順序搭配堆疊而成，該產(chǎn)業(yè)鏈目前已經(jīng)非常成熟，此部件采用外包的形式，由相關(guān)供應(yīng)商進(jìn)行設(shè)計(jì)及生產(chǎn)后直接交付整體組件。

第三，是為整個(gè)組件提供信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路控制版（PCB）。PCB會(huì)與汽車上的控制主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制具體的輸入輸出指令。

第四，是按偏振性垂直的關(guān)系分別貼附在Panel上下兩側(cè)的兩張偏光片。這兩張偏光片的結(jié)構(gòu)通常是對側(cè)設(shè)計(jì)，必須搭配使用，才能配合其他三個(gè)部件一同形成完整的數(shù)據(jù)及色彩輸出功能。

其生產(chǎn)加工流程主要通過軟貼硬、硬貼硬等組裝工藝，將不同的關(guān)鍵元器件進(jìn)行連結(jié)，經(jīng)由功能測試、加溫加壓脫泡等工藝，得到結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。

2.2 改善前的績效水平

改善專案小組對相關(guān)不良信息進(jìn)行追蹤統(tǒng)計(jì)，（見表1）并對2019年4月到2019年9月兩個(gè)季度的數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析，在這個(gè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，產(chǎn)品整體不良率較高，整體不良率在0.3%～0.7% 之間波動(dòng)，平均不良率為0.42%，單項(xiàng)不良項(xiàng)目波動(dòng)差異較小。貼合氣泡不良穩(wěn)居TOP1（見圖2），占總不良率34%，單項(xiàng)不良率為0.18%。

表1 內(nèi)部不良率統(tǒng)計(jì)表

圖2 產(chǎn)品表面外觀氣泡

為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效益，保持領(lǐng)先優(yōu)勢。依據(jù)調(diào)研結(jié)果及管理層要求，設(shè)定如下的改善目標(biāo)：將貼合氣泡的缺陷率從目前的0.18%降低至0.05%。

3 貼合氣泡影響因子的分析

對于顯示器可靠性測試后貼合氣泡的問題，P-FMEA文件中識(shí)別了過程風(fēng)險(xiǎn)因素，主要包括：

（1） 人員（Man）；

（2） 材料特性（Material）；

（3） 設(shè)備制程參數(shù)（Process）；

（4） 作業(yè)環(huán)境（EQ）。

按上述四個(gè)方面進(jìn)行了頭腦風(fēng)暴，并運(yùn)用魚骨圖進(jìn)行了分類整理，如圖3所示。

圖3 可靠性貼合氣泡要因圖

對識(shí)別的因子進(jìn)一步進(jìn)行了分析，建立了如表2所示的因子矩陣。

表2 因子矩陣表

3.1 潛在因子的驗(yàn)證

1）H-1

經(jīng)過間隔2個(gè)班次的觀察（共計(jì)280個(gè)周轉(zhuǎn)單元產(chǎn)品）確認(rèn)檢測人員嚴(yán)格地遵守了作業(yè)指導(dǎo)書的要求，不會(huì)對產(chǎn)品氣泡產(chǎn)生影響。

2）H-2

依據(jù)產(chǎn)品測試需求，對實(shí)驗(yàn)室測試爐的實(shí)際溫濕度曲線與作業(yè)指導(dǎo)書中要求的曲線進(jìn)行了調(diào)取和確認(rèn)，排查了65/90 、85/85及TC 各3臺(tái)測試爐。對比確認(rèn)結(jié)果顯示，可靠性測試箱體的實(shí)際溫濕度曲線基本保持一致，差異均在規(guī)格番位內(nèi)，且滿足于作業(yè)指導(dǎo)書要求，故對此因子予以排除，認(rèn)為可靠性爐溫設(shè)置正確。

3）H-3

PSA的關(guān)鍵參數(shù)主要包含物理特性和耐候性兩大類別，其中黏著力和內(nèi)聚力分別表征了PSA對內(nèi)外部材料的粘著聚合能力，是原物料在入料時(shí)需要進(jìn)行抽檢監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)；高低溫、冷熱沖擊及高溫高濕等參數(shù)，是以模擬測試到的表征材料耐環(huán)境氣候變化的能力，在來料時(shí)無法通過測試數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，一般通過檢測供應(yīng)商的ORT測試數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤確認(rèn)。本課題在研究時(shí)，調(diào)取了20個(gè)批次物料入料抽檢時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)：粘著力和內(nèi)聚力，進(jìn)行這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)分布的對比和評估，數(shù)據(jù)顯示，這 20批次物料的兩項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)分布均衡穩(wěn)定，無異常批次，評估認(rèn)為此因子均滿足規(guī)格，在正常波動(dòng)范圍內(nèi)，不是對車載顯示器產(chǎn)生貼合氣泡的關(guān)鍵因子，故排除此因子對可靠性后貼合氣泡產(chǎn)生的影響，保持目前品質(zhì)監(jiān)控方式，暫不進(jìn)行深入研究。

4）H-4

經(jīng)過沖切裁剪之后PSA的厚度均勻性，對于貼合氣泡也有顯著影響，如果PSA的厚度均勻性比較差，會(huì)導(dǎo)致在貼合的過程中，出現(xiàn)壓貼不均勻，再經(jīng)脫泡爐加壓加溫脫泡后，可以短暫的保持粘結(jié)力。這個(gè)階段，不會(huì)出現(xiàn)氣泡等問題，但是由于厚度均勻性的差異，導(dǎo)致PSA與Panel之間有應(yīng)力留存持續(xù)累積，經(jīng)過長時(shí)間使用后，會(huì)出現(xiàn)反彈，表現(xiàn)在產(chǎn)品上就成為貼合氣泡。

5）H-5

如果Panel表面清潔問題發(fā)生在與OCR貼合的層面清潔度差的位置，在貼合及加壓工藝后，內(nèi)部的氣泡會(huì)被排出，但是經(jīng)過高溫高濕等可靠性測試后，會(huì)出現(xiàn)反彈，形成可靠性測試的氣泡，這種不良由于滯后發(fā)生，在工廠內(nèi)部難以攔截，容易流入客戶端，影響客戶體驗(yàn)。車載顯示器的生產(chǎn)組裝都是在無塵車間內(nèi)完成，環(huán)境清潔等級已經(jīng)非常高，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)改善環(huán)境內(nèi)的灰塵等異物的難度較高，也是業(yè)內(nèi)持續(xù)改善的部分，短期內(nèi)難以得到顯著提升。為了降低不良率，達(dá)成客戶質(zhì)量目標(biāo)，需要從設(shè)備清潔等其他方面著手研究和改進(jìn)。

3.2 關(guān)鍵影響因子的確定

通過對H-1至H-5的潛在原因的分析和驗(yàn)證得出，其中H-4（PSA厚度均一性）及H-5（顯示板表面清潔度）兩項(xiàng)為影響顯示器貼合氣泡的關(guān)鍵因素。

4 關(guān)鍵影響因子改善

4.1 PSA厚度均勻性改善

PSA的厚度均勻性，是影響貼合氣泡的因素之一。但由于物料為外購物料，不受廠內(nèi)工藝制程影響，對策為增加 IQC監(jiān)控，建議將此參數(shù)增加到PSA入料時(shí)的抽檢指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，并按AQL0.4的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管控。

4.2 顯示板表面清潔度改善

基于對不良品的分析，貼合氣泡的產(chǎn)生主要發(fā)生OCR（光學(xué)透明膠）與Panel（顯示面板）貼合面，及Panel與偏光片的貼合面之間，故將這兩個(gè)貼合制程作為關(guān)鍵制程進(jìn)行深入調(diào)研和改善。

在現(xiàn)行工藝流程中（如圖 4所示），OCR（光學(xué)透明膠）與Panel貼合面，及Panel與偏光片的貼合時(shí)，是在表面保護(hù)膜撕膜之后直接進(jìn)行作業(yè)，沒有特別的清潔及防護(hù)。主要考量是有保護(hù)膜的覆蓋，Panel表面清潔度仍可保持來料時(shí)的狀態(tài)，理論上可以滿足潔凈度需求。但是，經(jīng)深入該工藝流程段產(chǎn)線進(jìn)行particle數(shù)量采集及對比后，發(fā)現(xiàn)這一段工藝流程中，Panel表面清潔度與項(xiàng)目評估的預(yù)期有差異，清潔程度下降。對異物進(jìn)行采樣分析，發(fā)現(xiàn)主要成分為設(shè)備及環(huán)境中的落塵異物，是在撕膜之后經(jīng)靜電吸附原理，吸附在產(chǎn)品表面，貼合過程中直接被粘合在關(guān)鍵界面之間。

圖4 車載顯示器關(guān)鍵貼合工藝流程（改善前）

針對這一問題，改善小組首先要求現(xiàn)場對貼合設(shè)備進(jìn)行每班開班前的定期清潔，并加入到開班點(diǎn)檢表中進(jìn)行管控，確保實(shí)施到位。同時(shí)，對表面清潔的改善對策，進(jìn)行了深入研討，認(rèn)為必須要在制程中增加額外的清潔動(dòng)作，來保證各關(guān)鍵貼合面的高度清潔。因設(shè)備空間的限制，如果增加水洗等清潔制程，會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)線及設(shè)備的布局，且改善工期長所需費(fèi)用較高，在現(xiàn)行生產(chǎn)線上不適用，需要評估其他清潔方式。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，目前需要清潔的界面材質(zhì)及形態(tài)上有所不同，分別是硬質(zhì)的玻璃材質(zhì) Panel表面及較軟的偏光片表面的有機(jī)膜層。這兩種材質(zhì)表面都有保護(hù)膜貼附，在撕膜的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定程度的靜電，吸附環(huán)境中的小微粒在材料表面。故需要尋找和評估同時(shí)適用于這兩種材質(zhì)的清潔方式和設(shè)備，配合對撕膜過程中的靜電管控，來達(dá)到清潔的目的[8]。

經(jīng)與設(shè)備廠商的反復(fù)檢討，認(rèn)為等離子處理可以同時(shí)滿足兩種材料的清潔，通過參數(shù)調(diào)整降低不良影響（如圖5所示）。

圖5 等離子處理示意圖

依據(jù)工作原理及適用的場景，直接接觸式的Corona放電Plasma等離子處理，可以實(shí)現(xiàn)3mm內(nèi)均勻的、全面的絕緣體，且不需額外提供Gas也能工作，且處理效果較好，適用于本案例。改善課題小組將對比方案提交給項(xiàng)目部，建議在關(guān)鍵貼合工藝制程段引入Corona 放電Plasma，此方案得到了公司領(lǐng)導(dǎo)的支持和審批通過，通過設(shè)備改造，增加到關(guān)鍵制程工藝中。

為進(jìn)一步加強(qiáng)清潔效果，避免離子聚集影響產(chǎn)品品質(zhì)，增加靜電消除器與等離子發(fā)生器配合使用。在選擇靜電消除器時(shí)，需要同時(shí)兼顧設(shè)備空間，設(shè)備能耗及消除靜電的效果。綜合調(diào)研市場上的各靜電消除器的性能，比較發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)靜電消除器如需發(fā)揮靜電消除性能必須要有大量的空氣流量。 SJ-E系列的靜電消除針由于采用了超微縮結(jié)構(gòu)，可以以超小流量實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)靜電消除。

根據(jù)綜合評估后，公司決定引入基恩士的SJ-E系列靜電消除器，其示意圖及工作原理如圖6所示。

圖6 靜電消除器

專案改善課題小組與設(shè)備供應(yīng)商、現(xiàn)場生產(chǎn)工程師一起進(jìn)行改善方案檢討，最終對生產(chǎn)流程進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，分別在偏光片貼附工序、OCR貼附工序及BLU貼附工序之前，增加貼合面的清潔動(dòng)作：離子風(fēng)機(jī)配合Plasma。改善后的生產(chǎn)工藝流程如圖7所示，灰色部分即為優(yōu)化的工藝。

圖7 車載顯示器關(guān)鍵貼合工藝流程（改善后）

5 改善控制及結(jié)果

在2019年11月完成等離子處理設(shè)備的投入使用，對貼合工藝進(jìn)行優(yōu)化之后，貼合氣泡等問題得到解決，不良率控制在目標(biāo)水平以內(nèi)。貼合氣泡的不良率的趨勢圖如圖8所示。

圖8 趨勢圖-貼合氣泡不良

本課題對過程控制文件進(jìn)行了更新，包括FMEA、過程流程圖、工程A表、控制計(jì)劃、作業(yè)指導(dǎo)書，以及設(shè)備作業(yè)程序設(shè)置，比較了先進(jìn)企業(yè)在控制階段的做法，對過程控制進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。

對PSA的厚度均勻性建立了SPC的控制，由于PSA的厚度均勻性測試為破壞性試驗(yàn)，本課題設(shè)定每2小時(shí)進(jìn)行一件產(chǎn)品的測量，并運(yùn)I-MR控制圖進(jìn)行控制，如圖9所示。

圖9 控制圖-PSA的厚度均勻性

通過這系列的改善措施，對于貼合氣泡不良比率由改進(jìn)之前的0.183%降低到0ppm，大大提高了客戶滿意度及公司在業(yè)界內(nèi)的競爭地位；通過財(cái)務(wù)核算，本項(xiàng)改善累計(jì)產(chǎn)生了600多萬元的年度財(cái)務(wù)收益。

6 結(jié)語

本次改善雖然基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，滿足了客戶的要求，但是仍然還有很多不足的地方需要改善。今后，如何運(yùn)用FEMA來設(shè)計(jì)一條穩(wěn)健的制造流程，并進(jìn)行推廣與持續(xù)改進(jìn)是需要繼續(xù)研究和前進(jìn)的方向[9]。通過此改善，對工業(yè)工程的工具和方法應(yīng)用到實(shí)踐中有了更深刻的理解。相信利用這些掌握的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，有助于推進(jìn)企業(yè)持續(xù)改善質(zhì)量，幫助企業(yè)減少成本，提升競爭力。