基于六西格瑪的手機攝像頭模組質量改善研究

王澤文 余建波

(同濟大學 機械與能源工程學院 上海 201804)

C公司主要從事筆記本電腦、手機主板等電子信息產品的研發與制造。近兩年，公司拓展了制造領域，不僅僅滿足于簡單的手機組裝制造代工，引進了大量的自動化設備，自主研發手機攝像頭模組的組裝研發，如圖1所示，對生產制造提出了更高的要求。但在其生產過程中，不斷暴露出一系列質量問題，手機攝像頭模組良率一直不高，嚴重影響生產進度和產品質量，引起公司高度重視，隨即組建六西格瑪小組做精益改善，提高良率。

圖1 手機攝像頭模組

1 手機攝像頭模組生產流程及其現狀

1.1 手機攝像頭模組生產流程

A手機攝像頭一直以購入其他公司成品模組的方式完成組裝，C公司現階段承接攝像頭模組ODM和OEM業務，對生產技術帶來了很高要求。一個合格的手機攝像頭模組需要具備防水、架構穩定、無黑點、無損傷、測試性能良好等特點，其生產流程簡化如圖2所示。

圖2 手機攝像頭模組生產流程

1.2 手機攝像頭模組不良現狀

攝像頭模組生產線大部分是自動化機器，發展初期技術資金門檻較高，生產現場的改善重點也是提升設備效率，降低故障率，減少不良品。由于攝像頭模組的關鍵零部件基本都是用黑膠和UV膠粘接，無法返工，所以不良的產品基本直接報廢。產品的不良率一方面決定了質量成本，另一方面也直接決定了投入量產的時間。

對近兩周的C公司的手機攝像頭模組廢品數與加工數量進行了統計，結果如表1所示。根據表1中廢品數量與加工數量的比值，得出良率并作圖，結果如圖3所示。

表1 兩周內攝像頭模組廢品統計表

圖3 兩周內攝像頭模組良率統計圖

從圖3中可以看出，手機攝像頭模組良率低至81%，最高時也只有85%，這與目標值94%相差甚遠，已經嚴重影響到生產交貨和產品質量，客戶的聲音就是希望盡可能快的提升良品率，提高產品質量，降低報廢，增加產出。因此，要想獲得高品質的攝像頭模組，提高良率迫在眉睫。

六西格瑪小組運用六西格瑪工具按照 DMAIC流程來解決該問題，爭取零缺陷生產，降低成本，提高生產率和產品良率。

2 DMAIC改善

2.1 定義階段

對造成攝像頭廢品的因素進行分析，對40件廢品進行調查，調查結果利用帕累托圖進行分析，根據二八原則，找出造成這些問題的原因，如圖4所示。

圖4 影響良率的Pareto圖

從圖4中可以看出，造成良率不高的主要原因是模組溢膠嚴重，手機攝像頭模組溢膠會出現黑點，影響外觀，影響使用體驗，從生產流程（圖 2）中可以看出點膠過程與良率是直接相關的，所以目前項目的重點就是解決點膠過程中的溢膠問題，從而提高良率。

2.2 測量階段

利用DMAIC模型的測量來分析溢膠問題產生的原因。這一過程包括測量與流程分析，測量階段是數據收集的第一環節，它的準確性，直接影響整個精益六西格瑪過程，因此是實施過程的關鍵。首先先來看一下手機攝像頭模組點膠過程的微觀流程，如圖5所示。

圖5 點膠微觀流程圖

從圖5可以看出，整個攝像頭模組點膠過程的具體工藝參數，設備要求，以及輸出產品要求都一一列出，為后序分析做了一定的基礎工作。在分析解決復雜問題時，通常采用因果矩陣來分析，篩選出問題的主要原因，從而有目的的去收集數據。因此繪制了攝像頭模組點膠出現黑點溢膠的因果矩陣，如表2所示。

表2 點膠溢膠的因果矩陣

將輸出結果大于 100 的作為進一步分析的主要原因，包括以下 6 項：膠量；氣壓；預熱溫度；預熱時間；烤爐溫度；烤爐時間。

通過 FMEA 可以確認變異發生或可能發生的原因，并判斷是否可以控制或提前預防變異的發生，分析潛在風險，排除可以避免的問題發生。根據因果矩陣找出的六個主要原因進一步作失效模式分析，如表3 所示。

表3 點膠溢膠的FAMA分析表

針頭氣壓合理的氣壓使黑膠填充空隙過強易產生堆積溢膠，較低使流動性不充分模組報廢，良率降低10沒有設定合理的氣壓參數8 氣壓參數是否合理 2 160預熱溫度合適的溫度，使黑膠能順利流動過高會使黑膠速干，過低會降低流動性模組報廢，良率降低9沒有設定合理的溫度參數6 溫度參數是否合理 2 108預熱時間合理的時間，使鐵板保持恒溫過長影響效率過短不能達到預設溫度模組報廢，良率降低9沒有設定合理的時間參數3 時間參數是否合理 2 54烤爐溫度合理的溫度固化黑膠過高影響性能，過低不能固化完全模組報廢，良率降低9沒有設定合理的溫度參數6 溫度參數是否合理 2 108烤爐時間合理的時間固化黑膠過長影響產能，過短不能固化完全模組報廢，良率降低9沒有設定合理的時間參數3 時間參數是否合理 2 54

風險優先級數 RPN=嚴重度(Severity)×頻度(Occurrence) ×檢出度(Detection)，RPN值大于100時，就要采取改善對策，從失效模式及影響分析表可以看到，發現有4個潛在問題 RPN>100，即膠量、針頭氣壓、預熱溫度、烤爐溫度，為后續的改善提供了方向。

生產手機攝像頭模組點膠過程的質量問題與膠高和粘合力密切相關，因此我們對測量膠高的儀器VHX和測量粘合力的設備Dage進行測量系統分析。選用三臺VHX測膠高設備對1Tray盤10個攝像頭模組進行三次測量，得出90組數據進行分析，如圖6所示。選用三臺測粘合力設備Dage對1Tray盤10個攝像頭模組進行三次測量，得出90組數據進行分析，如圖7所示。

圖6 VHX量具分析報告

圖7 Dage量具分析報告

VHX量具評估結果顯示，研究變異(%SV)為7.58%，公差(SV/Toler)為3.39%，由圖6可以看到，本項目測量系統能力符合（R&R%=7.58%）≤10%，根據測量系統能力判別準則，表明測量系統可用。Dage量具分析報告如圖7，研究變異(%SV)為2.46%≤10%，公差(SV/Toler)為3.12%，表明測量系統可用，隨后要對項目的過程能力進行分析，確保項目過程在一定條件下的穩定性，并且及時了解生產中各過程的質保能力，衡量過程波動，從而對項目進行優化。數據收集為10個Tray盤100組模組膠高數據作為數據樣本，并對樣本進行分析。首先對數據進行正態性檢驗，運用MINITAB 進行計算，運行結果如圖8所示。

圖8 膠高的正態性檢驗

根據樣本的正態概率圖，可以看出，樣本P=0.079>0.05，可認為樣本是正態分布的。然后對數據樣本進行過程能力分析，六合一圖如圖9所示。

圖9 膠高的過程能力分析

圖中可以看出，樣本中膠高均值已達到了1.54 mm，接近目標上限1.55 mm，且遠高于目標值1.5 mm； Cpk=0.01，數值極低，存在能力不足的問題，需要進行六西格瑪改進，點膠水平亟需提高。

2.3 分析階段

根據測量階段結果，分析階段將對膠量、氣壓、預熱溫度、烤爐溫度等影響因素進行進一步分析，以達到避免溢膠提高良率的目的。烤爐溫度 76℃～82℃，膠量 62.72 mg～70.8 mg,預熱溫度 60℃～70℃，氣壓(103kPa～193kPa)，其中，原工藝參數烤爐溫度 79℃、膠量 66.76 mg，預熱溫度 65℃，氣壓(172kpa)。通過對不同參數下的良率進行分析，得到Pareto圖和良率殘差圖，分別如圖10和圖11所示。

圖10 標準化效應的Pareto

圖11 良率殘差圖

通過良率殘差圖及良率的殘差分析結果的 P值可以看出：烤爐溫度（X1）P =0.003<0.05，拒絕原假設，認為 X1 與 Y 顯著相關；膠量（X2）P=0.005<0.05，拒絕原假設，認為 X2 與 Y 顯著相關；氣壓（X4）P=0.007<0.05，拒絕原假設，認為 X4與 Y 顯著相關；預熱溫度（X3）P =0.24>0.05，不能拒絕原假設，認為 X3 與 Y 不明顯相關。原方程解釋力度 92.93%>80%，調整后方程解釋力度89.91%>80%，認為方程可信。通過分析，確定了烤爐溫度（X1）、膠量（X2）、氣壓（X4）對良率的影響，為改進階段提供了改進方向及依據，如表2所示。

表2 烤爐溫度（X1）膠量（X2）氣壓（X4）對良率影響表

2.4 改善階段

改進階段是以真正解決問題并驗證方案作用為導向，通常為了達到這一目的，需要進行試驗設計（DOE），全因子試驗設計如下：

因子A（烤爐溫度）：低水平76℃，高水平82℃

因子B（膠量）：低水平62.72mg，高水平70.8mg

因子 C（氣壓）：低水平 103kPa，高水平 193kPa。

按計劃矩陣做試驗，得到相應數據記錄，運行MINITAB計算出A（烤爐溫度）P值=0.015，B(膠量)P值=0.016，C(氣壓)P值=0.028，B*C(膠量*氣壓)P值=0.044，均小于0.05，隨機效應顯著，方程解釋力度 R-sq（調整）=97.82%，模型擬合極佳。圖12～圖14分別為因子正態圖、Pareto圖、良率主效應圖，也可以看出因子A、B、C、BC效應顯著，膠量氣壓交互作用圖及其等值線圖和曲面圖分別如圖15～圖17所示，可以看出膠量和氣壓的交互作用顯著。

圖12 因子正態圖

圖13 標準化效應Pareto圖

圖14 良率主效應圖

圖15 膠量氣壓交互作用圖

圖16 等值線

圖17 曲面圖

根據本項目具體問題，優化目標是屬于“望大”型的。在 MINITAB 軟件中通過 DOE 響應優化器得出的結果如圖18所示。

圖18 響應優化器結果

手機攝像頭模組點膠時，膠量 70.8mg、氣壓193kPa、烤爐溫度82℃、預熱溫度70℃，良率可達95%。將該方案確定為點膠的最優方案。

2.5 控制階段

為了對膠高及良率進行控制和統計，抽取改善前一個月的攝像頭模組，每天抽一盤，一盤十個模組，與改善后1個月的10*30個手機攝像頭模組膠高值進行對比，作出 Xbar-S 控制圖，如圖19所示；匯總改善前一個月每天的良率和改善后一個月每天的良率，作出I-MR控制圖，如圖20所示。

圖19 改善前后的膠高Xbar-S控制圖

圖20 改善前后的良率I-MR控制圖

良率達到95%，生產過程處于受控狀態，膠高均值保持在1.5mm，屬行業標準水平，從而因攝像頭模組點膠過程中出現溢膠的產品報廢問題基本消除。

3 結語

這次質量改善是利用六西格瑪 DMAIC管理模型和工具開展的，通過流程圖和時間序列圖引出質量改善的目的即提高產品良率，利用Pareto圖找到引起良率低的關鍵原因即點膠過程中的溢膠現象，對點膠的生產過程進行分析，通過點膠的微觀流程圖、因果矩陣、FAMA等分析出產生溢膠的主要原因，即膠量、氣壓、預熱溫度和烤爐溫度。運用Gage R&R（%SV≤10%）確定測量膠高和粘合力的量具具有穩定性；通過正態性檢驗（P>0.05）；過程能力分析，發現Cpk=0.01<1.67過程能力極低需要改善；通過殘差分析找出溢膠的關鍵因素，去掉P>0.05與Y不顯著相關的預熱溫度這一因素，然后對膠量、氣壓、烤爐溫度進行DOE試驗設計，看出因子A，B，C，BC效應顯著，基于優化目標是屬于“望大”型的，確定出最佳參數，即膠量 70.8mg、氣壓（193kPa）、烤爐溫度82℃、預熱溫度70℃時，良率可達95%。通過膠高Xbar-S控制圖和良率I-MR控制圖確保了產品處于受控狀態，使攝像頭模組點膠過程中出現溢膠的產品報廢問題基本消除，良率從83%提高到95%，改善目標達成。