基于PFMEA 的PCB 生產過程質量改進研究

黃文霞，陳基寧

（桂林航天工業學院，廣西 桂林 541000）

0 引言

產品的質量是企業生存和發展的根本，在市場競爭尤為激烈的今天，企業更要以提升產品質量為突破口來提高市場的競爭優勢。產品的生產過程的控制對產品質量起著關鍵性作用。通過對產品生產過程進行分析，找到影響產品質量的關鍵環節和影響因素并采取相應的改進措施，從而降低產品的不良率，提升產品的質量[1]。

PCB( Printed Circuit Board)，中文名稱為印制電路板，又稱印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。本研究通過對X 公司生產的PCB 不良品的有關數據進行分析，使用列圖、PFMEA 等質量管理工具分析PCB 生產過程的主要問題及起因，提出相應的改進措施，提高了產品品質、降低生產成本。

1 PCB 生產現狀及問題分析

1.1 生產現狀

PCB 生產流程包括層壓、鉆孔、沉銅、電鍍、光成像、全板鍍金等工藝。通過統計5 月份生產的不良品數據，發現光成像、阻焊、外層蝕刻、沉銅等工藝的報廢面積比較大，各工藝報廢面積排列如圖1 所示。從

圖1 各工藝報廢面積排列圖

光成像工藝又稱為圖形轉移工藝，是PCB 制造工藝中最為關鍵的工藝之一，它是將具有一定功能的設計電路在銅基板上制作出來，用以實現電子元器件間電氣導通。光成像工藝是PCB 生產過程的關鍵控制點，也是技術難點所在，其工藝流程見圖2。

圖2 光成像工藝流程圖

干膜前處理通過酸洗、水洗方式清洗板面，去除銅面異物，使得銅板面粗糙，增加干膜與板面的附著力。貼膜是指將干膜附著在板表面，通過真空壓膜機加熱使干膜軟化，并加壓將其壓貼附于銅面上，使其與銅面結合平整。曝光是利用照相原理，將曝光機的UV 光照射在膜上，使附于板面的干膜發生一連串的光聚合反應，形成不溶于顯影液的高分子聚合物。未經過照射的干膜通過顯影液去除，同時利用藥水蝕刻掉露出的銅，保留被干膜保護的銅。退膜是指在光成像制程加工完成后，利用藥水去掉殘留的已曝光干膜，露出線路圖形。

1.2 改進的界定

PCB 產品不良主要分為外觀不良和功能不良。產品外觀不良包括板面劃傷、板折、板損、板面翹曲等。功能不良即線路不良，包括缺口、凹陷、短路、殘銅、蝕刻不凈等。根據AOI 工序（檢測產品功能缺陷的檢驗工序）5 月份的品質數據，光成像工藝生產的產品的總面積為10 200 m2，報廢總面積為97.25 m2，不良率在0.9%以上，未達到公司的目標0.6%，其中缺口、凹陷、短路三大缺陷是影響光成像工藝產品不良的主要原因，缺口、凹陷和短路三大缺陷的判定標準見表1。

表1 缺陷定義表

基于以上分析可知，光成像工藝是影響PCB 產品不良的關鍵環節，而在光成像工藝中產品的缺陷類型主要有缺口、凹陷和短路，因此采用過程失效模式和后果分析方法進一步探究造成光成像工藝產品缺陷的主要原因。

2 過程失效模式和后果分析

過程失效模式和后果分析即PFMEA（Process Failure Mode and Effects Analysis），用于分析產品在生產過程中可能產生的問題，研究問題產生的原因以及對產品造成的影響，并制定相應的改進措施，以避免或者減少失效模式的出現[2]。在標準化的PFMEA分析表格中，需要評估嚴重度（S）、頻度（0）以及探測度（D）這三個指標。嚴重度指的是失效模式產生的影響程度，頻度指的是失效模式發生的概率，探測度指的是失效模式可以被發現的難易程度，三個指標的值都分布在1～10 分，一般由工藝員、操作者、質量管理員和檢驗員等人員綜合判定分值[3]。風險順序數（RPN）就是這3 個指標的乘積，當RPN 值大于等于150 時，必須采取相應的改進措施解決失效模式，當RPN 值處于[50，150）的區間時應該盡可能解決，不能解決的則要嚴格加以控制，當RPN 值小于50 時，可以不實施控制。此外，當RPN 值小于150，但是嚴重度S 比較大或者頻度O 比較大的時候，必須進行改進[4，5]。

光成像工藝對前處理、貼膜、曝光、顯影工序的潛在失效模式與后果分析見表2。

表2 潛在失效模式與后果分析

由失效模式與后果分析的數據分析可以看出，在顯影工序中蝕刻不良失效模式的風險順序數RPN 值高達160，屬于必須解決的問題。在前處理、貼膜和曝光工序中，失效模式主要有雜物不良、干膜反貼和板面殘膠，風險順序數RPN 值都是50 ～150，屬于應該盡可能解決的問題。

3 改善措施及效果

3.1 改善措施

在對光成像工藝各工序進行失效模式及后果分析后，針對潛在失效模式的起因提出相應的改善措施。首先對RPN 值最大的顯影工序中蝕刻不良的失效模式提出相應的改善措施。顯影階段通過對微蝕缸藥水濃度的監控來保證藥水對產品的蝕刻量，藥水添加量要以化驗單的指示為依據H2O2：29.97～32.03g/L、H2SO4：56 ～84g/L，溫度：40～600 ℃；生產過程通過SPC 系統來監控藥水濃度，生產過程中注意巡線，SPC 系統監控異常時及時處理。針對顯影段潛在失效起因的改善措施，見表3。其次針對前處理、貼膜、曝光工序潛在失效起因提出的改善措施見表4。

表3 顯影蝕刻不良改進關鍵控制點

表4 前處理、貼膜、曝光工序潛在失效模式的改善措施

3.2 改善效果

為驗證其改善措施的有效性，首先重新對失效模式進行風險評估見表5。

表5 改進后失效模式及效果分析

各工序失效模式的風險順序數都有了不同程度的降低，大多數失效模式的RPN 值小于50，雖然前處理工序中干膜反粘失效模式和顯影工序中蝕刻不良失效模的RPN 值仍然大于50，但已經遠遠小于未改善前的RPN 值，表明問題得以有效的解決。

其次，改進后6 月份各工藝的報廢數據如表6 所示，計算光成像工藝不良率。

表6 改進后6 月份各工藝報廢數（單位：m2）

改進后6 月光成像工藝生產總面積為10 036 m2，報廢面積為52.65 m2，不良率為0.53%，達到公司既定的目標0.6%，效果明顯，表明前期改進措施有效，應當保持。

4 結語

FMEA 通過對產品生產過程中的過程失效模式和后果進行分析，找出薄弱環節并制定相應的改善措施，以有效地避免或減少失效模式的出現，對于產品的過程質量控制而言是一種行之有效的方法。通過PFMEA 對X 公司的PCB 生產過程進行質量改進，降低了產品的不良率，提高了PCB 生產過程的質量水平，達到了提高產品品質、降低生產成本的目的。另外，可以運用FMEA 方法對PCB 生產過程進行循環改進分析，以不斷地完善工藝，進一步提高產品質量的穩定性。