六西格玛案例降低焊接空洞缺陷率

降低BGA焊接空洞缺陷率客户：xxxx黑带：xx倡导者：xxxBGA(BallGridArray)指在元件底部以矩阵方式布置的焊锡球为引出端的面阵式封装集成电路。背景：BGA及其使用BGA器件大量用于手机板如：A100（3个BGA）、A300（3个BGA）、628（2个BGA）手机板在2003年1月18日举行的6SIGMA成果发布会上荣获二等奖项目荣誉目录Define(定义)：1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义过程流程Measure(测量)：1、确定项目的关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统Analyze(分析)：1、了解过程能力2、定义项目改进目标3、确定波动来源Improve(改进)：1、筛选潜在的根源2、发现变量关系3、建立营运规范Control(控制)：1、验证输入变量的测量系统2、确定改进后的过程能力3、实施过程控制项目实施流程1.定义2.测量3.分析4.改进5.控制DMAIC公司生产线手机板客户投诉：手机事业部投诉，公司加工的手机板中BGA焊接质量不好，返工量比较大，而在其它公司加工的BGA则返工量极少。顾客的呼声B’24MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程BGA焊接返工原因分析目前公司加工的手机板中BGA的返修率超过了1％。具体分布如下图：空洞所占比例最高为55.45%由于不是100％检查，还有大量的焊接空洞问题未得到修复MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程BGA焊接空洞的危害MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程可靠性低；生产效率低；合格率低；返修成本高。焊接空洞过大的影响：如图所示，空洞是焊接中出现的普遍的难以完全避免的现象，它归结于焊接过程中的焊料收缩、排气和残存的助焊剂。很小的焊接空洞不会对焊接性能产生明显的影响。可靠性低由于无法对BGA的焊接进行100％检查，从而进行返工，还有大量的BGA焊接空洞缺陷的手机发给用户，严重影响手机的使用可靠性。BGA焊接问题描述经检验，在BGA的回流焊中，焊点的空洞比例高达60％，焊点空洞面积比有的超过20％。MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程与竞争对手的比较情况AA100Motorola8088Nokia8210随机抽Motorola、Nokia和我公司5只手机进行检测，结果如下：MotorolaBGA有空洞的焊球数占总焊球数的6%，Nokia为9%,而且空洞的面积与焊球的面积比均在10％以内。我公司在60%以上,空洞的面积与焊球的面积比有的超过20％。MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程差距很大！公司关于手机的战略MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程产品质量是手机实现跨越式发展的重要支撑“……2003年的上台阶(50亿发货任务)及2004年手机经营进入一个新的境界才是我们的阶段目标。”——总经理必须提高产品质量！项目关键根据前面的分析，为提高手机单板的焊接质量，确定本项目的关键（即CTQ-关键质量特性）为：BGA焊接空洞缺陷率MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程过程高端流程图Supplier供应商Input输入Process过程Output输出Customer客户仓储部焊接材料设备人员文件程序焊接好的BGA生产部返修线MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程项目审批立项MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程详见附件1项目立项和成果评估报告网上立项、批准业务聚焦（Businesscase）•提高手机产品质量，降低生产返修率，使顾客更加满意；•直接收益100万/年以上（减少维修费）；•间接收益巨大：产品的可靠性提高，提升品牌形象，增加市场竞争力，扩大市场份额增加营业收入。项目进度（ProjectPlan）团队组成（Team）目标确定（GoalStatement）•通过分析找出造成BGA焊接空洞的根本原因；•将BGA焊接空洞缺陷率由目前的63％降到20％以下（见分析阶段目标确定）。项目范围（ProjectScope）•针对手机产品；•涉及生产、工艺、质量等环节。问题陈述（ProblemStatement）•手机板BGA的焊点的空洞比例高达60％；•手机板BGA焊点空洞的面积比严重的超过20％；•随着手机产品作为公司重点产品，销量越来越大，投诉越来越多。项目规划xx质量部项目策划、组织实施xx工艺部项目实施xx工艺部工艺分析改进xx工艺部工艺分析改进xx工艺部工艺分析改进xx质量部项目实施xx生产部回流温度曲线调校项目里程碑7/5-7/318/1-9/159/15-10/1510/15-11/3112/1-12/30定义测量分析改进控制MAICD1、确定项目关键2、制订项目规划3、定义项目流程项目实施流程1.定义2.测量3.分析4.改进5.控制DMAIC选择项目的关键质量特性YBGA焊接空洞的缺陷率BGA焊接空洞的缺陷数BGA焊接空洞与焊球的面积比平均值BGA焊接空洞与焊球的面积比最大值在几个可能选择的关键质量特性Y中，这是比较好的一个！优点可以作为连续数据进行处理，进行分析比离散数据用的数据少不足无法与焊接缺陷率对应直接和BGA焊接空洞缺陷率，同时又可以作为连续数据处理。优点BGA焊接空洞与焊球的面积比平均值BGA焊接空洞与焊球的面积比最大值MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统确定项目的关键质量特性Y根据前面的分析，确定本项目的关键质量特性（即Y）为：BGA焊接空洞与焊球的面积比最大值MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统对Y的定义MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统红色圈内为空洞面积黑色圈内为焊球面积（包括红圈内面积）空洞面积比＝空洞面积焊球面积BGA焊接空洞与焊球的面积比最大（即Y）值是一个BGA所有焊点中空洞面积比的最大值Y的绩效标准空洞位置一级标准二级标准三级标准直径比60%直径比45%直径比30%面积比36%面积比20.25%面积比9%直径比50%直径比35%直径比20%面积比25%面积比12.25%面积比4%在球中间球与PCB界面公司标准：结合IPC标准制定空洞接受标准：IPC标准：MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统见公司标准，编号ZX.G.3275空洞/焊球面积比超过10%即为空洞缺陷每个BGA只要有一个焊球空洞缺陷，即为不合格。测量系统分析•测量系统的型号：AXI-RAY测试仪•测量系统已校准•测量值：焊点的空洞面积比•单位：％测量系统的重复性和再现性如何呢？MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统测量系统分析让3个操作员对编号的12个BGA焊点面积分别作测量。操作员采用随机抽取焊点的方式测量焊点面积，3个作业员测量一次后，再重新对这些焊点进行编号测量，再由操作员随机在样品中取样测量，3个操作员第二次测量后，再进行第三次测量。共获得108个数据。MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统数据是交叉型的模型为：BGA焊接空洞面积比＝操作者＋焊点＋焊点*操作者＋误差树图测量系统分析空洞面积012345678110111223456789110111223456789110111223456789123焊点within操作员Variability图直观可以看出：操作者和测量次数之间的变差很小。MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统操作员样品测量值（％）操作员样品测量值（％）操作员样品测量值（％）112.8112.7112.7121.4121.4121.4134.2134.1134.1143.3143.3143.4154.2154.3154.2160.6160.6160.7170.8170.8170.8184183.9184193.3193.2193.31103.21103.21103.11117.81117.81117.71122.31122.21122.3212.9212.8212.7221.5221.4221.4部分测量数据测量的数据结果测量系统分析方差分析结果：PARETO图：从方差分析结果和PARETO图可以看出：焊点的变差占99.87%，测量次数之间的变差只占0.13%。MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统测量系统分析10%10%~30%30%GR&R10％，测量系统有效MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统详见附件3AXI-RAY测试仪的测量系统分析测量阶段小结MAICD1、确定关键质量特性Y2、定义Y的绩效标准3、验证Y的测量系统分析阶段•确定了项目的关键质量特性Y；•定义了关键质量特性Y的绩效指标；•测量系统满足要求。项目实施流程1.定义2.测量3.分析4.改进5.控制DMAICMAICD1、了解过程能力2、定义改进目标3、确定波动来源BGA焊接空洞缺陷的现状随机抽取正在生产的手机板100块，使用AXI-RAY测试仪检查每个BGA的焊点的空洞缺陷面积比，发现有63％的BGA按照公司规定的标准为不合格。目前生产的手机板有8种，由于A100板生产量最大，选定项目的改进从A100手机板开始每班随机抽取六块A100手机板，每块手机板上随机抽取一个BGA，共6个BGA进行测量，采用每个BGA中空洞面积最大的焊点作为样本，抽取6班共36个数据。当前Y的过程能力分析MAICD1、了解过程能力2、定义改进目标3、确定波动来源部分测量数据详见附件4--改进前的过程能力分析W检验结果不能拒绝是正态分布的假设IR控制图中的检验无异常点，表明过程稳定当前过程能力分析MAICD1、了解过程能力2、定义改进目标3、确定波动来源数据分析当前短期过程能力Cpk=-0.067，非常低，迫切需要改进。过程能力指数当前过程能力分析MAICD1、了解过程能力2、定义改进目标3、确定波动来源改进目标63%题目：降低BGA焊接空洞不合格率2002/1220%2002/7目标描述：从2002年7月到2002年12月，手机板BGA焊接空洞不合格率降低到20%以下。MAICD1、了解过程能力2、定义改进目标3、确定波动来源过程流程图焊膏印刷检查回流焊Y’S印刷不良Y’S焊接空洞缺陷X’S1)操作者技能2)检验工艺规范3）规范培训4）X-Ray检测仪器Y’S焊接缺陷X’S1)峰值温度2)升温速率3)预热段时间4)回流段时间5)冷却速率从过程流程图可知：影响BGA焊接空洞缺陷的潜在因素有31项X’S1)钢网厚度2）钢网开口尺寸3）钢网开口形状4）钢网脏污5）焊膏粒子直径6)焊膏解冻时间7）焊膏搅拌时间8)焊膏自动搅拌9）焊膏手工搅拌10）焊膏粘度11)刮刀压力12)刮刀速度13）刮刀质量14）刮刀印刷行程15）印刷环境16）焊膏暴露时间X‘S1）器件焊球不光滑凹坑2）焊球本身有空洞3）焊膏不同4）PCB焊盘中的通路孔设计5)PCB印制板焊盘脏污6）PCB焊盘电镀不良Y’S来料不良物料和设计MAICD1、了解过程能力2、定义改进目标3、确定波动来源原因结果矩阵应用原因结果矩阵，找出影响BGA焊接空洞的关键潜在因素12项MAICD1、了解过程能力2、定义改进目标3、确定波动来源对客户的重要性评分33911234输出物料和印刷准备待焊接的电路板焊接后的电路板经检验后的电路板总计输入1器件焊球不光滑凹坑81911092器件焊球本身有空洞6181943焊膏不同89711154PCB焊盘中的通路孔设计5131465PCB印制板焊盘脏污6571976PCB焊盘电镀不良76711037钢网厚度7361858钢网开口形状5321439焊膏粒子直径35517010焊膏搅拌时间29618811焊膏手工搅拌15415512焊膏粘度44315213刮刀压力26416114刮刀速度2641