การปรับปรุงอัตราผลผลิตผ่านครั้งแรก (FPY) ในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCBA)เป็นหนึ่งในตัวชี้วัดคุณภาพไม่กี่ตัวที่สามารถแปลงตรงไปเป็นผลทางเศรษฐศาสตร์ของโครงการได้อย่างชัดเจน: แผงวงจรทุกแผงที่ไม่ผ่านการตรวจสอบหรือการทดสอบรอบแรกจะต้องใช้แรงงานในการแก้ไข การตรวจสอบซ้ำ และ—ในโครงการเครื่องมือวินิจฉัยที่ความสามารถในการติดตามย้อนกลับและการยืนยันการทำงานเป็นข้อกำหนดที่ไม่อาจต่อรองได้—ภาระงานด้านเอกสารเพิ่มเติม สำหรับทีมวิศวกรรมที่ดูแลงานอิเล็กทรอนิกส์ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพและเครื่องมือวินิจฉัย การมองการปรับปรุง FPY เป็นเพียงกิจกรรมแบบเฉพาะหน้าในลักษณะ “แก้ปัญหาข้อบกพร่องที่เสียงดังที่สุดก่อน” มักจะให้ผลลัพธ์ที่ยั่งยืนเพียงระยะสั้น แนวทางแบบมีโครงสร้างกรอบงาน FPY สำหรับอิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์สร้างการปรับปรุงที่คงอยู่ได้ตลอดการปรับปรุงรุ่นสินค้าและการเปลี่ยนแปลงปริมาณผลิต
บทความนี้สรุปภาพรวมของกรอบงานสาเหตุรากเหง้าของข้อบกพร่องสำหรับจัดหมวดหมู่ปัจจัยที่มีผลต่อ FPY จัดลำดับความสำคัญของโอกาสในการปรับปรุง และใช้ข้อมูลการตรวจสอบเพื่อตำแหน่งที่แน่ชัดว่าข้อบกพร่องเกิดขึ้นที่ใดในกระบวนการจริง ๆ — เป็นระเบียบวิธีที่โปรแกรม PCBA ของเครื่องมือวินิจฉัยใด ๆ ก็สามารถนำไปใช้ได้โดยไม่ขึ้นกับผู้ให้บริการ EMS
ทำไมอัตราผลผลิตผ่านครั้งแรกจึงสมควรได้รับการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบ
ในโปรแกรม PCBA แบบผสมหลากหลายแต่ปริมาณการผลิตต่ำ (HMLV) ปัญหา FPY แทบไม่เคยมีสาเหตุรากเพียงประการเดียว แผงวงจรเครื่องมือวินิจฉัยอาจผสมผสานแพ็กเกจ QFN ระยะห่างขาเล็ก โครงสร้างแบบผสม SMT/THT และขั้นตอนการเคลือบสารป้องกัน แต่ละส่วนล้วนก่อให้เกิดกลุ่มความบกพร่องของตนเอง หากไม่มีกรอบการจัดหมวดหมู่ ทีมวิศวกรรมมักจะไล่แก้ปัญหาจากประเภทความบกพร่องที่มองเห็นได้ชัดเจนที่สุด แทนที่จะเป็นประเภทที่มีผลกระทบด้านต้นทุนสูงที่สุด และมาตรการปรับปรุงก็ถูกนำไปใช้ไม่สม่ำเสมอระหว่างตระกูลผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ
กรอบโครงสร้างที่เป็นระบบทำสามสิ่งคือ แยกอาการ (การเชื่อมประสานลัดวงจร การเปียกไม่เพียงพอ การตั้งชันของชิ้นส่วน) ออกจากสาเหตุพื้นฐาน (การออกแบบ กระบวนการ วัสดุ ช่องว่างในการตรวจสอบ); สร้างตรรกะการจัดลำดับความสำคัญที่ทำซ้ำได้แทนการพึ่งพาเพียงสัญชาตญาณทางวิศวกรรม; และสร้างบันทึกการตรวจสอบย้อนกลับที่สนับสนุนวงจรป้อนกลับด้านการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) ร่วมกับทีมออกแบบของ OEM
กรอบงานสี่หมวดหมู่สำหรับปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อ FPY
ผู้ที่วิจารณ์ค่า FPY ส่วนใหญ่ใน PCBA ของเครื่องมือวินิจฉัยสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท การแยกวิเคราะห์แต่ละประเภทช่วยป้องกันไม่ให้การวิเคราะห์สาเหตุรากเหง้าถูกรวมลงในกลุ่มทั่วไปเพียงกลุ่มเดียวว่าเป็น “ปัญหากระบวนการ”
ปัจจัยการออกแบบ (DFM)
การตัดสินใจในขั้นตอนการออกแบบมักเป็นตัวกำหนดว่าข้อบกพร่องสามารถแก้ไขได้ด้วยการปรับกระบวนการหรือไม่ ปัจจัยที่ออกแบบเป็นตัวขับเคลื่อนซึ่งมักทำให้ผลผลิตรอบแรก (FPY) ลดลง ได้แก่:
การบรรเทาความร้อนหรือการปรับสมดุลทองแดงไม่เพียงพอทำให้แผ่นบิดงอระหว่างการรีโฟลว์
ความคลาดเคลื่อนของรูปร่างแผ่นรองส่วนประกอบจากข้อแนะนำรูปแบบแผ่นรองของผู้ผลิต
ระยะห่างไม่เพียงพอสำหรับคอมโพเนนต์ระยะพิชช์ละเอียดเมื่อเทียบกับค่าความเผื่อของช่องเปิดสเตนซิล
การวางตำแหน่งจุดทดสอบที่จำกัดขอบเขตการตรวจสอบด้วย ICT หรือฟลายอิงโพรบ
เนื่องจากปัญหาเหล่านี้เกิดขึ้นก่อนที่บอร์ดจะเข้าสู่ขั้นตอนการประกอบ จึงเหมาะที่สุดที่จะได้รับการแก้ไขผ่านการรอบการตรวจทาน DFM อย่างเป็นทางการแทนที่จะใช้วิธีแก้ปัญหาเฉพาะหน้าบนพื้นการผลิต
ปัจจัยด้านกระบวนการ
ข้อบกพร่องที่เกิดจากกระบวนการเป็นประเภทที่ผู้ให้บริการ EMS สามารถควบคุมได้โดยตรงมากที่สุด ตัวแปรที่เกี่ยวข้องได้แก่:
พารามิเตอร์โปรไฟล์การรีโฟลว์ (อัตราการไต่ระดับอุณหภูมิ เวลาแช่อุณหภูมิ อุณหภูมิสูงสุด) เมื่อเปรียบเทียบกับสเปกของผู้ผลิตฟลักซ์/พาสตาบัดกรี — ความคลาดเคลื่อนเป็นปัจจัยทั่วไปที่ทำให้การเปียกไม่เพียงพอและเกิดโพรงอากาศ
การออกแบบสเตนซิล (อัตราส่วนช่องเปิด ความหนา) ที่สัมพันธ์กับความแม่นยำของการพิมพ์บัดกรี โดยเฉพาะกับอุปกรณ์พาสซีฟระยะพิชช์ละเอียดและแผ่นระบายความร้อนของ QFN
พารามิเตอร์การบัดกรีแบบคลื่นเชิงเลือกสำหรับแผงวงจรเทคโนโลยีผสม รวมถึงการควบคุมบรรยากาศไนโตรเจนเพื่อลดการเชื่อมติดกันของบัดกรีและการเกิดตะกรัน
การโก่งงอที่เกี่ยวข้องกับฟิกซ์เจอร์ระหว่างการรีโฟลว์บนแผงวงจรขนาดใหญ่หรือที่มีรูปทรงไม่สมมาตร
ปัจจัยของวัสดุขาเข้า
คุณภาพของชิ้นส่วนและแผ่นฐานที่เข้าสู่สายการผลิตส่งผลต่อ FPY ในลักษณะที่มักถูกประเมินความสำคัญต่ำเกินไประหว่างการวิเคราะห์สาเหตุรากฐาน:
การเบี่ยงเบนในการจัดการอุปกรณ์ที่ไวต่อความชื้น (MSD) ทำให้เกิดการป๊อปคอร์นระหว่างการรีโฟลว์
อายุการเก็บรักษาหรือความเบี่ยงเบนของสภาวะการเก็บรักษาของครีมบัดกรีที่ส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการพิมพ์
ความแปรปรวนของผิวเคลือบ PCB ที่ส่งผลต่อความสามารถในการบัดกรี
ปัญหาความไม่ร่วมระนาบของคอมโพเนนต์บนแพ็กเกจ BGA/QFN ซึ่งมักจะมองไม่เห็นจนกว่าการตรวจสอบด้วยเอกซเรย์
ปัจจัยความครอบคลุมของการตรวจสอบ
หมวดหมู่สุดท้ายไม่ใช่แหล่งที่มาของข้อบกพร่องเอง แต่เป็นช่องว่างในการตรวจจับ: ค่า FPY จะมีความหมายได้มากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับกลยุทธ์การตรวจสอบที่อยู่เบื้องหลัง แผงวงจรที่มีข้อบกพร่องจริงแต่มีขอบเขตการตรวจสอบจำกัดจะให้ค่า FPY ที่ดูดีเกินจริง ในขณะที่ข้อบกพร่องจะไปปรากฏให้เห็นภายหลังในขั้นทดสอบการทำงานหรือระหว่างการใช้งานจริงในภาคสนาม
โปรแกรมที่พบปัญหา FPY ซ้ำ ๆ ในหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งในสี่หมวดหมู่นี้ มักจะได้รับประโยชน์จากการทบทวนอย่างเป็นระบบก่อนที่จะตัดสินใจออกแบบใหม่หรือเปลี่ยนแปลงกระบวนการ — โปรดติดต่อทีมวิศวกรรมของ PCBCart เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับลักษณะข้อบกพร่องเฉพาะของคุณ
การจัดลำดับความสำคัญของโอกาสในการปรับปรุง: ความถี่ × ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม
เมื่อมีการจัดหมวดหมู่ข้อบกพร่องแล้ว ขั้นตอนถัดไปคือการจัดลำดับความสำคัญ ข้อบกพร่องในแต่ละหมวดหมู่ไม่ได้จำเป็นต้องได้รับความสนใจจากวิศวกรในระดับเท่ากันเสมอไป — ข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นไม่บ่อยแต่มีต้นทุนการซ่อมแซมสูงอาจสมควรได้รับการดำเนินการอย่างรวดเร็วกว่าข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นบ่อยแต่มีต้นทุนต่ำซึ่งถูกควบคุมไว้แล้วด้วยขั้นตอนการทำงานซ้ำที่มีอยู่
เมทริกซ์การจัดลำดับความสำคัญเชิงปฏิบัติจะจัดอันดับโอกาสในการปรับปรุงตามสองแกน:
ความถี่ของข้อบกพร่อง— ความถี่ที่ข้อบกพร่องประเภทหนึ่งปรากฏขึ้นในตัวอย่างบิลด์ที่เป็นตัวแทนสำหรับสายผลิตภัณฑ์หนึ่ง ๆ
ค่าซ่อม— ต้นทุนรวมของค่าแรงในการทำงานแก้ไข การเปลี่ยนชิ้นส่วน การตรวจสอบซ้ำ และการทดสอบหรือการจัดทำเอกสารใหม่ที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์ที่อยู่ภายใต้การกำกับดูแล
การพล็อตหมวดหมู่ของข้อบกพร่องลงบนแกนทั้งสองนี้จะทำให้เกิดสี่โซนทั่วไปสำหรับการดำเนินการ:
ความถี่สูง ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมสูง— มีความสำคัญสูงสุด โดยปกติควรใช้การออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) หรือเปลี่ยนกระบวนการ แทนการทำงานแก้ไขซ้ำ ๆ อย่างต่อเนื่อง
ความถี่สูง ค่าใช้จ่ายในการซ่อมต่ำ— ควรแก้ไขเพื่อเพิ่มปริมาณงานที่ทำได้ แต่แทบไม่เคยเร่งด่วนในมุมมองด้านต้นทุน
ความถี่ต่ำ ค่าใช้จ่ายในการซ่อมสูง— คุ้มค่าที่จะหาสาเหตุเชิงลึกเป็นรายกรณี เพราะแค่เกิดขึ้นครั้งเดียวก็อาจมีค่าใช้จ่ายสูงได้ แม้จะเกิดไม่บ่อยก็ตาม (การซ่อมแซม BGA บนบอร์ดที่มีการจัดวางชิ้นส่วนหนาแน่นเป็นตัวอย่างที่เป็นตัวแทน
ความถี่ต่ำ ค่าใช้จ่ายในการซ่อมต่ำ— โดยทั่วไปมักถูกเฝ้าติดตามมากกว่าจะถูกออกแบบเชิงรุกเพื่อต่อต้าน
ควรสร้างเมทริกซ์นี้ขึ้นใหม่เป็นระยะ เนื่องจากกลุ่มของข้อบกพร่องมีการเปลี่ยนแปลงไปตามการพัฒนาความสมบูรณ์ของการออกแบบผลิตภัณฑ์และการเปลี่ยนแปลงของแหล่งจัดหาชิ้นส่วน
การใช้ข้อมูลการตรวจสอบเพื่อระบุตำแหน่งต้นกำเนิดของข้อบกพร่อง
การระบุว่าข้อบกพร่องเกิดขึ้นในขั้นตอนใดของกระบวนการเป็นคำถามที่แยกออกจากกันกับการระบุว่ามีข้อบกพร่องอยู่ ลำดับการตรวจสอบอย่างเป็นระบบ — การตรวจสอบความหนาของครีมประสานแบบสามมิติ (3D Solder Paste Inspection: SPI) ทันทีหลังการพิมพ์การตรวจสอบด้วยแสงแบบอัตโนมัติสามมิติ (AOI)หลังการไหลบัดกรี และการเอกซเรย์ออฟไลน์สำหรับช่องว่างในบัดกรีของ BGA/QFNและภาวะข้อที่ซ่อนเร้น— สร้างเส้นทางข้อมูลที่สามารถนำมาใช้เชิงระเบียบวิธีได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้สถิติเฉพาะกรรมสิทธิ์ เพื่อจำกัดขอบเขตขั้นตอนของกระบวนการให้แคบลง
ข้อเบี่ยงเบนที่ถูกตั้งค่าสถานะโดย SPI(ปริมาณของบัดกรี, ความสูง หรือค่าชดเชยนอกช่วงความคลาดเคลื่อน) ชี้ไปที่การออกแบบสเตนซิล, พารามิเตอร์การพิมพ์ หรือสภาพของบัดกรี มากกว่าปัญหาจากการรีโฟลว์หรือชิ้นส่วน
ผลการตรวจ AOI ที่ไม่ได้ถูกแจ้งเตือนในขั้นตอน SPIแสดงให้เห็นว่าข้อบกพร่องเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการรีโฟลว์หรือการวางชิ้นส่วน มากกว่าขณะพิมพ์
ผลการเอกซเรย์ของข้อต่อที่ผ่าน AOI— เช่นฟองอากาศภายในบัดกรีของ BGAหรือสภาวะหัวจมหมอน (head-in-pillow) บ่งชี้ถึงประเภทของข้อบกพร่องที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยการตรวจสอบด้วยแสงตามปกติ และจำเป็นต้องใช้เอกซเรย์มุมเอียงเพื่อระบุลักษณะให้แม่นยำ
การอ้างอิงไขว้ตำแหน่งข้อบกพร่องกับการตรวจสอบย้อนกลับในระดับ UIDใน MES ช่วยให้ฝ่ายวิศวกรรมสามารถระบุได้ว่ารูปแบบของข้อบกพร่องมีความสัมพันธ์กับม้วนวัสดุใดม้วนหนึ่ง ตำแหน่งของเครื่องป้อน หรือกะการผลิตใดกะหนึ่ง แทนที่จะกระจายแบบสุ่มตลอดทั้งกระบวนการผลิต
วิธีการแบบวงปิดนี้ — การทบทวนข้อมูลจาก SPI, AOI และเอกซเรย์ร่วมกันแทนที่จะพิจารณาแยกส่วน — คือสิ่งที่ทำให้สามารถระบุได้อย่างมั่นใจในระดับหนึ่งว่าข้อบกพร่องเกิดจากขั้นตอนใดของกระบวนการ โดยไม่ต้องอาศัยการคาดเดาเชิงสมมุติฐานเกี่ยวกับสาเหตุรากเหง้า
เนื่องจากข้อกำหนดด้านการทดสอบการทำงานขั้นปลายทางและเอกสารตามกฎระเบียบ โปรแกรม PCBA สำหรับเครื่องมือวินิจฉัยจึงต้องมีความเคร่งครัดด้านค่าความคลาดเคลื่อนของข้อบกพร่องที่ตรวจไม่พบมากกกว่าอิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรมทั่วไป หากข้อบกพร่องที่เกิดซ้ำกำลังกัดกินกำไรของโปรแกรมคุณผ่านการทำงานแก้ไขและการทดสอบซ้ำ การทบทวน FPY อย่างเป็นระบบมักเป็นวิธีที่รวดเร็วที่สุดในการระบุว่าจุดใดคือจุดที่ควรแก้ไขซึ่งให้คุณค่าสูงสุด
พร้อมที่จะนำกรอบการทำงานนี้ไปใช้กับโปรแกรมของคุณแล้วหรือยัง? ขอการประเมินการปรับปรุง FPY กับทีมวิศวกรรมของ PCBCart.
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
●การนำหลักการ ISO 13485 มาประยุกต์ใช้ร่วมกับพาร์ทเนอร์ PCBA ที่ได้รับการรับรอง IATF 16949
●การเปรียบเทียบ AOI, ICT และ AXI และเวลาที่ควรใช้ระหว่างการประกอบ PCB SMT
●การลดความเสี่ยงระดับความไวต่อความชื้น (MSL) ในการประกอบ SMT ความหนาแน่นสูง
