SMT工艺改进的好帮手 – DPMO指数

SMT工艺改进的好帮手– DPMO指数
概 述
实际效果证明采用DPMO方法分析产品及工艺，是一种究其问题根源的有效工具。SMT组装工艺所暴露的缺陷，主要可分为四种类型的问题；材料，工艺，设计及操作误差。DPMO予测工具与可制造性设计(DFM)，可测试性设计(DFT)结合已成为SMT组装工艺改进的得力帮手。
一次通过率（FPY）与DPMO
长期来，一次通过率(FPY)是许多SMT组装厂表征产品制造过程质量水平的量值。其运作程序起始于SMT生产线焊膏印刷至终端在线测试（ICT），包括粘接剂点印，器件贴装，再流焊，通孔器件插装，波峰焊，清洗与二次组装（连接器及其他器件，导线等）印制板组装全过程。
一次通过率的定义是；全部被检印制板数除以无缺陷印制板数，数学表达式为；
FPY% =[合格印制板数/组装印制板总数] x 100%.
通常，中/高复杂程度印制板混装，按生产设备类型及折旧年份，采用的工艺控制及技术检测方法，一次通过率（FPY）范围可从50% - 90%。
（FPY）表征的不足
使用一次通过率(FPY)表征产品制造过程质量水平量值的问题，仅好与坏差别，合格板与不合格板之分，不涉及坏板，不合格板的缺陷数量。SMT组装厂特别关心各种高复杂程度印制板将需要配置许多资源，才能达到同一水平产能。
另有一种可能是，经第一次在线测试（ICT）测试分析是可接受的，FPT值也许>95%，但是少量印制板上存在多个缺陷，印制板仍然需要要进行返修，工时成本超出额定比例，例如；如贴片机送料器变换不正确，或印刷模板上的焊膏量短时间突然缺少等此类问题发生，虽然仅影响少量印制板，但在短时间产生的缺陷数量可以超过每小时的平均缺陷数。
DPMO指数
最近几年来，SMT组装业界采用更可靠的方法 —— DPMO指数取代一次通过率（FPY），作为表征产品制造过程质量水平的量值。
DPMO定义，采样数 = 器件数/焊点数（仅指SMD或THP器件引脚端焊点数，印制板导通孔或测试点除外）。
在我们实施DPMO计划中，不以器件封装为计，仅选用对器件引脚端焊点计数，例如，208QFP为208焊点采样数。有些公司执行DPMO，按器件个体计数，每一器件计一个采样数。我们支持IPC-7912标准所规定的原则。
DPMO计算方法提供印制板复杂性程度与缺陷的规范化。换句话讲，，一块印制板含少量采样数，将含少量缺陷，反之在相同的DPMO指数条件下，高复杂性的印制板，含较多采样数，将存在较多的缺陷。有关IPC-7912标准的深入讨论见参考文章。
DPMO与FPY之间呈线性关系，对一项确定工艺能力言，当采样数增加，则FPY成比例随之减少。
自1999年起，有些组装厂开始采用DPMO量度方法，为测试这种方法与生产实际对比，至少6个月时间在生产过程选定大于500块测试样板。

图1 实际产能/予测产能
如图1所示实验结果，产品实际产能与理论计算的予测产能达到极好的一致性，此例举，在这段期间组装厂20项产品，占整个生产量的65%，计算得平均DPMO指数近似为55。
生产实际与理论计算达到极好一致性，采用DPMO指数表征SMT生产线质量水平的量度。从图2可见，为达到高产能，必须改进工艺（减少DPMO），今天印制板的焊点平均采样数约4500，印制板复杂性程度增加，组装厂仍能保持强劲的竞争力。两年前，印制板的焊点采样数为3000，而FPY一直停留在80%左右。
图2 一次通过率/焊点采样数
DPMO工艺改进的好帮手
SMT组装工艺改进有效使用DPMO工具，测量工艺过程的结果量，分析存在问题的原因，提供正确的纠正计划。在SMT线布置三个数据采集点；再流焊工艺后，二次组装及ICT后。测试结果如图3，图4所示；
SMT生产线每天的缺陷数据由工艺监测采集，如图3所示。10块有问题产品同样类型的数据如图4所示。

图3 缺陷类型
图4 缺陷类型
产品与工艺综合测试分析，分为四种类型的缺陷，如图5所示；
图5 缺陷分类
测试结果将缺陷分为4种类型，这样对造成缺陷原因分析及实施工艺改进就相对容易多了。
l         可制造性设计（DFM）缺陷，印制板设计违背可制造性原则，在新产品引试制（NPI）阶段，设计误差尚未被暴露。有些产品涉及有关设计的新规则未制定等。

l         工艺性缺陷 ，工艺无能力或设备故障所致。例如在进行无铅焊接时，焊炉内的炉温均匀性问题，造成印制板的温度梯度；红胶引起针管堵胶塞，造成器件缺少胶体，在波峰焊过程跌落。当断定因受到现有设备技术性能的限制，只能更新升级或购买先进的设备。
l         操作误差，确定工艺具有能力，也不是现有工艺文件所造成的如贴片机送料器装载出差，及设备维护保养及程序误差。
l         材料，主要是器件制造商或供应商，例如器件的可焊性差，不能焊接，但入库验收已经
接受。器件供应链相对稳定，有时制造商的制造环境变化或工艺更改未公告，如卷带器件标识错误，等等。这些问题在部品入库正常检验时往往被疏忽，最后造成大批量返工，对产品质量及交货造成损害。
工艺与产品质量趋势分析
如图5所示，DPMO工具用于跟踪追朔印制板在组装过程中，上述四类缺陷是否减少或增加，测试结果显示可制造性设计（DFM）得到改善，操作误差仍然是造成缺陷重要原因。
SMT组装厂高级技术人员评估整体的趋势（可按时间或产品定义），每一阶段性的趋势与前一阶段性的趋势比较，作为过程目标管理的组成部份（MBO），比较图6，图7所示结果得，DFM及工艺保持稳定，材料得到改进，操作造成缺陷的比例最大。
图6 Q2缺陷分类比例
图7 Q1缺陷分类比例

DPMO予测工具
从产品与组装工艺收集缺陷数据，建立DPMO予测工具。根据SMT生产线采集的实际缺陷数据，按器件或封装类型分类建集。DPMO予测工具可供设计，工艺及管理工程师使用，在产品开发与试制生产时，对可能造成负面影响的因素予先评估。
表1 DPMO记录
DPMO计算可由INTRANET WEB SITEDE得到，如图8所示，按工具扭，我门已经整理大多数组装工艺，且增加很多经确定或开发的DPMO信息。
结 论
如上所述在生产及开发过程中，DPMO指数是SMT组装厂进行工艺改进与产品开发的有力工具。，通过DPMO运作，资源用于最能收益，合理配置急