SPC在元器件企业管理中的应用初探

魏建新

摘 要：讨论如何运用一套新的评价方法（Cpk评价、SPC技术及PPM考核）在质量和可靠性方面对元器件进行评价，重点介绍SPC体系在元器件企业中建立和实施的情况。

关键词：元器件；质量；可靠性；Cpk；SPC

中图分类号：F270 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2014）36-0021-02

绪论

随着电子产品质量水平的迅速提高，电子产品失效率降至FIT（非特）数量级，国际上在评价高可靠电子产品内在质量和可靠性方面形成了一套新的评价方法，即工序能力指数（Cpk）评价、工艺过程统计受控（SPC）状态分析及产品出厂平均质量水平PPM考核。

20世纪80年代后期，国际上元器件生产厂家已广泛采用Cpk、SPC、PPM等技术保证元器件具有较高的内在质量。

随着国内电子管行业的持续发展，产品的制造性与可靠性都达到了较高的水平。为了进一步提高过程控制水平，降低制造成本，管理的重点逐步向工艺过程控制偏移。1998年中国颁布了《GJB3014-97电子元器件统计过程控制体系》的标准，在国内推广这几项技术。

SPC技术在电子管行业的推广应用，使企业的控制人员能够实时掌握工艺过程信息，在产品质量问题发生前就采取有效的纠正措施，避免批量生产过程中产品缺陷的产生，从而减少制造成本。

一、元器件传统评价方法存在的问题及解决方法

（一）评价元器件质量和可靠性的传统方法

整机厂在批量采购元器件产品时，常采用以下几类方法评价产品的质量和可靠性：（1）抽样检验；（2）寿命试验；（3）现场收集并积累寿命数据；（4）对元器件进行再筛选。

（二）传统评价方法存在的问题

20世纪80年代后期，国际上元器件的质量和可靠性水平提高到了一个新的阶段，出现了以下问题，传统方法已不能对元器件产品的质量水平进行准确的评价：（1）抽样检验已不能区分出高水平产品之间的质量差别；（2）可靠性水平提高到6级以上，其失效率低于1 000FIT的情况下，通过寿命试验方法评价其可靠性时需要几万个样品，可靠性寿命试验方法进入死胡同；（3）现场数据采集与积累方法具有滞后性；（4）元器件的再筛选并不能真正提高产品的内在质量和可靠性。

（三）评价元器件质量和可靠性的新方法

1.工序能力指数（Cpk）评价。工序能力指数是评价工艺线是否具备生产质量好、可靠性高的元器件所要求的工艺水平的指标。

2.工艺过程统计受控状态（SPC）分析。其目的是通过SPC分析，证明在生产过程中未出现异常情况，从而保证产品是在受控的环境下生产的。

3.产品出厂平均质量水平PPM考核。对一段时间内出厂产品的平均质量水平PPM值进行考核，证明产品的不合格率已控制在较低的数值上。

二、我公司实施SPC过程

统计过程控制即SPC是质量控制的基本方法，是执行全面质量管理的基本手段，在企业管理中发挥着重要作用。但由于我公司产品具有多品种、小批量、手工化的特点，SPC未能得以实际的应用。

2008年我公司承接了某型充气微波开关管的批生产工艺技术攻关项目，其中包含了SPC体系的实施。

为此公司确定了实施SPC的目标：利用此次批生产技术攻关有利因素，抓住机遇，以该项目为突破口，应用SPC技术，不断改进过程能力，使关键工序的工序能力指数在原有水平上提高10%，使某型充气微波开关管持续稳定地维持在相应军用标准的水平。同时建立和实施SPC，逐步将SPC管理体系引入开关管生产线的过程控制中，为企业今后的发展与市场竞争力打下坚实的基础。

（一）建立SPC领导小组

建立SPC领导小组的目的是推动和监督总体的SPC计划的实施。用以下方法策划和组织SPC体系：（1）领导小组由各职能部门的负责人组成的；（2）规定管理小组初始的SPC培训，以确保他们理解SPC的概念和原理；（3）对中层管理人员和生产线的管理人员进行全面意识培训，介绍有关概念、组织计划和目标；（4）设定实施目标，以便在整个过程中建立和实施SPC体系；（5）根据工艺流程组合有关过程及其相关操作，建立相应的质量改进小组；（6）拟制定期的活动计划；（7）确定所需的资源；（8）拟制在总体工艺流程中确定关键操作的原则并编成文件；（9）根据历史数据，利用帕雷多分析等方法，将问题和原因按轻重程度排列，根据分析结果来选定过程组合，以便开始采用SPC方法；（10）拟制定量的业绩考核方法；（11）在采用SPC之前和期间，对操作人员进行培训；（12）在选定的过程组合中实施SPC技术；（13）修改现有程序并按需要开发新程序，以便在质量体系和各操作过程中包含SPC体系。

（二）培训

1.参加鉴定机构组织的培训。（1）SPC体系文件的编制及认证要求培训；（2）统计过程控制技术和实施要求方面的培训；（3）邀请SPC专家来厂指导SPC工作。

2.内部培训。人力资源部门制订人员培训规划和年度培训计划，培训范围包括与实施SPC体系有关的质量、技术、生产、检验、计量、管理等所有人员。其主要内容如下：（1）GJB3014《电子元器件统计过程控制体系》；（2）SPC体系文件，即SPC体系实施计划和程序文件；（3）SPC的定义、术语和原理，解决问题的基本方法，控制基础知识，能力分析以及实验设计等。

（三）编制SPC体系文件

根据GJB3014的要求，编制SPC体系文件。包括SPC体系实施计划，具有可操作性的每个关键工序/关键工艺参数的《SPC实施细则》等。

（四）SPC体系的运行

建立SPC体系后，通过运行验证SPC体系文件的有效性和可操作性，并不断对其进行修改与完善。endprint

（五）自审核

通过自审核，找出控制过程中存在的缺陷以及与军用标准要求的差距，及时采取相应的纠正和预防措施，必要时对SPC体系文件做相应的修改。SPC体系的自审核每年进行一次。

三、代表性品种实施SPC情况

（一）确定关键工序及关键工艺参数

做出某型充气微波开关管的工艺流程图，确定关键参数，将主要工序的关键参数按重要程度进行排序，以此确定主要工序的因果关系。通过对主要工序因果关系、关键参数等的分析，选择五个关键工序，并确定相应的控制图。

（二）制订SPC体系文件

1.编制某型充气微波开关管的《SPC体系实施计划》。根据GJB3014的要求，编制《某型充气微波开关管SPC体系实施计划》，目的是在某型充气微波开关管生产线建立和实施一个文件化的SPC体系，以便有效地应用SPC技术，确保该产品满足产品规范要求，以及不断改进过程能力，提高产品质量和可靠性水平。

2.制订各关键工序的《SPC实施细则》。对每个关键工序制订《SPC实施细则》，以有效指导生产线的数据采集及处理，实施细则的主要内容有：确定控制规则，说明控制图的类型，分组规模和抽样方案，控制图的计算、维持方法，以及仪器分析与评价。

（三）确定过程是否处于统计控制状态

按照各工序的实施细则，进行连续批次的数据采集。用SPC软件进行数据处理，获得各工序的SPC控制图。若控制图不存在违反规则的问题，表明工艺处于统计受控状态，反之则表明工艺未处于统计受控状态。

通过对失控原因进行分析，制定改进方案，改进后再进行连续批的数据采集，用SPC软件进行数据处理，获得新的SPC控制图，若控制图一切正常，表明工艺处于统计受控状态。

例：为了在电镀工序对镀金层的厚度进行数据的采集，专门购置了一台测厚仪，经调试验收合格后，共采集了20批数据，20批数据得到的嵌套控制图中有多点违反了规则。

通过分析认为电镀工序存在以下一些问题导致数据的离散性大：（1）镀金槽中金含量不足；（2）槽内挂件位置不够合理。

为了保证镀金工序的工艺处于统计受控状态，我们制定了改进方案：（1）适当增加槽内金含量，同时减少每批电镀件数量，以保证足够的厚度；（2）改进槽内挂件位置，以保证一槽内电镀件镀层厚度的一致性；（3）管种工艺员要求加长电镀时间的电镀件，其数据不作为统计数据。

改进后，又采集了20批数据，得到的嵌套控制图显示，一切正常，表明工艺处于统计受控状态。

（四）进行能力分析

用SPC软件计算各工序控制点的工序能力指数Cpk，通过改进，各工序的工序能力指数均提高10%以上，达到了预期的目标。

同样以电镀工序为例：

1.最初采集的20批数据的Cpk。数据均值：0.424，标准偏差：0.199，实际工序能力指数（Cpk）：0.404。

2.改进后采集的20批数据的CPK值。数据均值：0.412，标准偏差：0.155，实际工序能力指数（Cpk）：0.653。

数据表明，从0.404提高到了0.653。

（五）过程能力的处理

将工艺优化、技术攻关等实施SPC的成果固化到工艺文件中，按照确定的工艺条件维持批量生产。各工序控制点按要求继续进行数据的采集。每三个月进行一次Cpk的计算，确定过程的长期稳定性。如果过程不能长期稳定，确定并消除异常原因，重新进行能力分析。在实施纠正措施计划的过程中，对纠正措施过程进行跟踪，并做好过程记录。

四、实施过程中存在的问题

建立SPC体系，应用SPC技术，是不断提高元器件质量和可靠性水平的一种重要手段，在元器件企业实施SPC体系是顺应发展的需要。但还实施过程中发现存在以下一些问题，这些问题都有待在今后的工作中加以解决。

（1）由于产品具有多品种、小批量的特点，产品生产周期短，连续性差，因此所采集的数据时间跨度较大，数据量也很小，不完全符合SPC对数据的要求；（2）相关人员对SPC了解不够，导致实施过程中常出现各种各样的错误；（3）由于是首次实施SPC，因此在体系的建立和实施上还存在不少问题。

参考文献：

[1] 贾新章，李京苑.统计过程控制与评价——CPK、SPC 和PPM技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2] 马滕.面向SMT的统计过程控制（SPC）的应用[D].西安：西安电子科技大学硕士论文，2007.

[3] 王昊.多规范工序Cpk评价模型的研究[D].西安：西安电子科技大学硕士论文，2008.

[4] 黄云.加强工艺保障实现元器件质量与可靠性增长[J].电子质量，2003，（10）.

[责任编辑 刘娇娇]endprint