SPC技術在航天壓力傳感器質量管理中的應用

文/范迎新

在航天領域中，火箭、衛星、空間站等系統都需要進行壓力參數的測量。壓力傳感器是航天裝備測試最重要、數量最多的感測部件之一，因此，對壓力傳感器提出了較高的可靠性要求。此外，壓力傳感器制備工藝復雜，必須對生產過程進行嚴格控制和質量管理。為了滿足對航天壓力傳感器質量和可靠性越來越高的要求，必須對復雜的生產工藝進行有效監控，確保生產工藝的穩定性。

統計過程控制（Statistical Process Control簡稱 SPC）技術作為一種有效的監控手段已在國外獲得了廣泛的應用。通過SPC技術，監控生產過程中的關鍵工序參數和設備日常狀態，當生產過程發生變異或有發生變異趨勢時，實現及時預警功能。

航天壓力傳感器具有小批量、多品種以及質量要求高等特點，由于SPC技術具有“事前預防”的作用，在傳感器生產質量控制方面采用SPC技術，成為保證產品質量和可靠性的一項有效手段。

1 SPC技術在航天壓力傳感器質量管理中應用流程

1.1 傳感器關鍵工序和工藝參數確定

薄膜壓力傳感器核心芯體制備工藝中的部分工藝對傳感器性能及可靠性有重要影響，也是SPC控制的關鍵工序。關鍵工序具備二個條件：

（1）工序能夠“連續運轉”，為SPC分析提供數據基礎；

（2）工藝參數可被定量測試或表征，從而反映工序水平和狀態。

圖1：標準控制圖曲線圖

1.2 控制圖及判斷標準

在用SPC做薄膜壓力傳感器品質控制的過程中，需要用到的關鍵工具是控制圖,如圖1所示。控制圖是通過對工藝參數進行測定、記錄、評估，從而監控過程是否處于控制狀態的一種用統計方法設計的圖。控制圖的作用是從圖上數據點的起伏變化情況，以及數據點和上下控制限的相互關系分析，判斷工藝過程是否處于統計受控狀態。控制圖通常包括三條標志線：分別是控制上限（UCL）、中心線(CL)及控制下限（LCL）。

表1：薄膜壓力傳感器不同批次橋臂電阻值 單位（Ω）

在控制圖中，控制限是判斷工藝過程是否處于統計受控狀態的判斷基準，也是構造控制圖的核心之一。目前國內外廣泛采用的失控判斷規則如下：

規則1：控制圖有一部分數據點超出控制限以外；

規則2：連續7點或多于7個數據點位于中心線同一側；

規則3：連續7點或多于7個數據點單調上升或下降；

規則4：控制圖中有較多的點位于中心線同一側；

規則5：呈有規律變化。

1.3 SPC評價結果分析

在生產過程中，如果控制圖上出現異常數據點，表明工藝存在異常原因，應及時查找原因，采取措施，使生產過程恢復統計受控狀態。在查找失控原因時注意判斷是否存在“虛假數據”，存在這種現象，只要將相應數據點除掉即可，若不是虛假數據，通過質量分析，查找出原因后，采取措施將其保持，使工藝過程進入新的統計受控狀態。

2 SPC技術在航天壓力傳感器生產中的運行效果

航天壓力傳感器性能主要取決于薄膜壓敏芯體性能，壓敏芯體通過將外界壓力信號轉換成電阻信號，從而實現壓力的測量。壓敏電阻是采用離子束濺射及光刻工藝制備的NiCr合金薄膜，其穩定性是反映壓敏芯體性能的重要參數。通過測量惠斯通電橋阻值來表征壓敏芯體性能。通過采用單值-移動極差控制圖評價壓敏芯體生產過程是否處于統計受控狀態。

具體分析步驟如下：

（1）搜集、匯總數據。生產過程中共統計了25批次生產產品的數據。詳見表1。

（2）分別計算每批數據的均值和標準偏差。

（3）用相鄰兩批數據之差的絕對值計算移動極差。25批數據只有24個移動極差。

（4）計算25批數據的平均值和24個移動極差的平均值。并根據單值-移動極差控制圖規則計算控制限。

其中：

（5）繪制控制圖。在控制圖上畫出控制限，同時將每批數據和移動極差值分別標示在x控制圖和Rs控制圖上，即完成控制圖的繪制。

（6）工藝過程統計受控狀態的判斷，按照判斷規則，對照繪制的x控制圖和Rs控制圖，查看是否存在判斷規則所列舉的失控情況，對表1所示數據，判斷結果是沒有違反規則的情況。需要注意的是，如果工藝參數明細偏離正態分布，采用單值-移動極差計算的控制限將不正確，可能導致統計受控狀態的誤判。

3 結束語

本文對航天壓力傳感器實施了SPC分析，起到了較好的應用效果，但還是存在控制圖的選擇比較單一，SPC 技術和工序能力分析結合應用不夠的問題，后續將繼續針對航天傳感器的特點，采用合適的SPC技術,使工藝過程受控，保證產品的質量和可靠性。