SPC技术在航天压力传感器质量管理中的应用

文/范迎新

在航天领域中，火箭、卫星、空间站等系统都需要进行压力参数的测量。压力传感器是航天装备测试最重要、数量最多的感测部件之一，因此，对压力传感器提出了较高的可靠性要求。此外，压力传感器制备工艺复杂，必须对生产过程进行严格控制和质量管理。为了满足对航天压力传感器质量和可靠性越来越高的要求，必须对复杂的生产工艺进行有效监控，确保生产工艺的稳定性。

统计过程控制（Statistical Process Control简称 SPC）技术作为一种有效的监控手段已在国外获得了广泛的应用。通过SPC技术，监控生产过程中的关键工序参数和设备日常状态，当生产过程发生变异或有发生变异趋势时，实现及时预警功能。

航天压力传感器具有小批量、多品种以及质量要求高等特点，由于SPC技术具有“事前预防”的作用，在传感器生产质量控制方面采用SPC技术，成为保证产品质量和可靠性的一项有效手段。

1 SPC技术在航天压力传感器质量管理中应用流程

1.1 传感器关键工序和工艺参数确定

薄膜压力传感器核心芯体制备工艺中的部分工艺对传感器性能及可靠性有重要影响，也是SPC控制的关键工序。关键工序具备二个条件：

（1）工序能够“连续运转”，为SPC分析提供数据基础；

（2）工艺参数可被定量测试或表征，从而反映工序水平和状态。

图1：标准控制图曲线图

1.2 控制图及判断标准

在用SPC做薄膜压力传感器品质控制的过程中，需要用到的关键工具是控制图,如图1所示。控制图是通过对工艺参数进行测定、记录、评估，从而监控过程是否处于控制状态的一种用统计方法设计的图。控制图的作用是从图上数据点的起伏变化情况，以及数据点和上下控制限的相互关系分析，判断工艺过程是否处于统计受控状态。控制图通常包括三条标志线：分别是控制上限（UCL）、中心线(CL)及控制下限（LCL）。

表1：薄膜压力传感器不同批次桥臂电阻值 单位（Ω）

在控制图中，控制限是判断工艺过程是否处于统计受控状态的判断基准，也是构造控制图的核心之一。目前国内外广泛采用的失控判断规则如下：

规则1：控制图有一部分数据点超出控制限以外；

规则2：连续7点或多于7个数据点位于中心线同一侧；

规则3：连续7点或多于7个数据点单调上升或下降；

规则4：控制图中有较多的点位于中心线同一侧；

规则5：呈有规律变化。

1.3 SPC评价结果分析

在生产过程中，如果控制图上出现异常数据点，表明工艺存在异常原因，应及时查找原因，采取措施，使生产过程恢复统计受控状态。在查找失控原因时注意判断是否存在“虚假数据”，存在这种现象，只要将相应数据点除掉即可，若不是虚假数据，通过质量分析，查找出原因后，采取措施将其保持，使工艺过程进入新的统计受控状态。

2 SPC技术在航天压力传感器生产中的运行效果

航天压力传感器性能主要取决于薄膜压敏芯体性能，压敏芯体通过将外界压力信号转换成电阻信号，从而实现压力的测量。压敏电阻是采用离子束溅射及光刻工艺制备的NiCr合金薄膜，其稳定性是反映压敏芯体性能的重要参数。通过测量惠斯通电桥阻值来表征压敏芯体性能。通过采用单值-移动极差控制图评价压敏芯体生产过程是否处于统计受控状态。

具体分析步骤如下：

（1）搜集、汇总数据。生产过程中共统计了25批次生产产品的数据。详见表1。

（2）分别计算每批数据的均值和标准偏差。

（3）用相邻两批数据之差的绝对值计算移动极差。25批数据只有24个移动极差。

（4）计算25批数据的平均值和24个移动极差的平均值。并根据单值-移动极差控制图规则计算控制限。

其中：

（5）绘制控制图。在控制图上画出控制限，同时将每批数据和移动极差值分别标示在x控制图和Rs控制图上，即完成控制图的绘制。

（6）工艺过程统计受控状态的判断，按照判断规则，对照绘制的x控制图和Rs控制图，查看是否存在判断规则所列举的失控情况，对表1所示数据，判断结果是没有违反规则的情况。需要注意的是，如果工艺参数明细偏离正态分布，采用单值-移动极差计算的控制限将不正确，可能导致统计受控状态的误判。

3 结束语

本文对航天压力传感器实施了SPC分析，起到了较好的应用效果，但还是存在控制图的选择比较单一，SPC 技术和工序能力分析结合应用不够的问题，后续将继续针对航天传感器的特点，采用合适的SPC技术,使工艺过程受控，保证产品的质量和可靠性。