בקרת תהליך באמצעות צב"ד פרמטרי

CSTM

חברת CSTM הנדסה קרדיט: יובל שרון





25 בנובמבר 2012

מאת: יובל שרון CTO - חברת CSTM הנדסה
Website: www.cstm.co.il, Email: yuval@cstm.co.il

תקציר
המאמר מצביע על כך שלבדיקה פרמטרית סיסטמאטית של תהליך ייצור יש יתרונות מהותיים הבאים לידי ביטוי בעיקר במצבים שהתהליך אינו סגור (נסגר תוך כדי תנועה)

על המחבר
יובל משמש כ CTO ב CSTM - חברת הנדסה המתמחה בביצוע פרוייקטים משולבי אופטיקה מכאניקה ואלקטרוניקה. יובל החל את דרכו המקצועית בשנת 1983, וביצע תפקידי מנהל מחקר ופיתוח ומנהל פרוייקט בתעשיה. יובל מחזיק תואר שני בפיסיקה שימושית מהאוניברסיטה העברית (1992) ותואר ראשון באלקטרואופטיקה ממכון לב (1984).

צב"ד פרמטרי ייעודי
בניגוד לצב"ד הבוחן מעבר סף (Go-NoGo), צב"ד פרמטרי נותן תוצאות כמותיות המתייחסות לרמת איכות התוצר הנבדק, ובכך מאפשר:
• לעקוב אחר התפלגות פרמטרים המאפיינים את התהליך לצורך ניתוח CPK ול SPC
• לעקוב אחר התניידות נקודת העבודה של התהליך עם הזמן
• למיין את תוצרת התהליך (Grouping)
• לייצר משוב לייצוב התהליך על פי איכות התוצר עצמו (ולא על פי פרמטרים חיצוניים)

ניתן להגדיר צב"ד פרמטרי כצב"ד בעל המאפיינים הבאים:
1. יכולת דגימת מספר פרמטרים בו זמנית - הסיבה לכך הינה שלרוב אין יודעים בברור מהם הפרמטרים האיכותיים לבקרת תהליך, וכאשר מתבצעת רכישה של פרמטרים בשלב הדגימה ניתן לרוב חלץ ממנה מספר פרמטרים אשר אחד מהם עשוי להתגלות כפרמטר יעיל יותר.
לדוגמא: אם מתעניינים באחידות תאורה בשדה ראיה של מצלמה, ניתן להגדיר פרמטרים כגון: סטיית תקן בין 4 הפינות, הפרש בין ממוצע ארבעת הפינות והמרכז, הפרש בין מכסימום למינימום התאורה בכל השדה.
דוגמא נוספת: אם מתעניינים בסטיית תיאום כוונות ומודדים סטיית דמות על מישור הגלאי, ניתן להתייחס לפרמטרים כגון: סטיה ליניארית של הגלאי שעל מישור המוקד (למרות שהאופטיקה מתואמת), סטיות זויתיות בשלושה צירים בין הציר האופטי לציר המכאני, רמת עקמומיות קו ישר.

2. נתינת משוב ישיר למיון התוצרים הנבדקים לקבוצות - משוב זה יכול לשמש להכנת דבוקות לשלב הבא בתהליך, או לצורך פסילת חלקים מלהכנס לשלב התהליך הבא, או לשיוך למכלול תואם (MATCHING). ככלל, קיבוץ תוצרים לקבוצות (Binning, Grouping) תמיד ישפר את התנובה (Yield) הסופית של התהליך.

3. ייצור LOG תוצאות - לעבודה OFFLINE של מהנדס התהליך, ולמעקב.

4. יכולת בדיקה עצמית - אפשרת ביצוע בדיקה עצמית (Built In Test) פשוטה על ידי בחינת דוגמיות הידועות כתקינות (Golden Samples)

בקרת תהליך ייצור באמצעות צב"ד פרמטרי
צב"ד פרמטרי מהווה כלי עבודה ממדרגה ראשונה עבור מהנדס התהליך ומהנדס ה QA האחראים על התנובה (Yield), ומאפשר להם לבצע את הפעילויות הבאות:
• חקר הנקודות בהן ניתן לשפר את התהליך - על ידי ביצוע שינוי ייזום בתהליך ובחינה סיסטמטית של התוצאה. המתקבלת.

• איתור נקודת עבודה רובסטית אופטימאלית ומעקב אחריה

• חקר כשל - האם ניתן היה לאתר התדרדרות הדרגתית באמצעות הפרמטרים שנבחרו.

• מעקב ייזום - מעקב ייזום אחר התניידות פרמטרי תהליך, מאפשר לגלות מוקדם חוסר יציבות בתהליך המתבטאת במספר תתי-תהליכים מקביליים.

דוגמא לבעיה תהליכית אופיינית שנפתרה על ידי צב"ד פרמטרי
לצורך מעקב תהליך הזרקה והרכבה של מצלמה זעירה, נבנה מתקן מדידה פרמטרי המבצע בדיקה סופית של תאום הציר אופטי לציר מכאני. זויות העילרוד Pitch, והגילגול Tilt של המצלמה, נמדדות בדיוק של 0.25 מילירדיאן. זויות אלו חשובות מבחינת איכות המוצר הסופי, ולכן נערך עליהם מעקב.

הצב"ד כלל מטרה אשר ביחס אליה מוגדרת הבדיקה:
• זוית ה Tilt הינה זוית הסיבוב של דמות המטרה סביב הציר האופטי יחסית למיקומה הרצוי.
• זוית ה Pitch הינה התזוזה הליניארית של דמות המטרה בכיוון אנכי, יחסית למיקומה הרצוי.
תוצאות גולמיות של מדידת זויות עילרוד וגילגול עבור מספר רב של מצלמות שנמדדו בעזרת הצב"ד, מוצגות להלן בתמונה 1:

CSTM
תמונה 1: תוצאות בדיקת Boresight לבחינת תאום ציר אופטי וציר מכאני במצלמות

התוצאות בכחול הן התוצאות הגולמיות, והתוצאות באדום ובירוק מציגות היסטוגרמות של זויות העלרוד והגילגול בהתאמה.

מהתוצאות רואים שהסטוגרמות אלו קרובות להיות של עקומת פעמון כצפוי, כן אנו רואים שהסטוגרמת העילרוד פחות פעמונית, ואינה ממורכזת כזו של הגילגול, ולכן הוחלט שהגילגול הוא פרמטר איכותי ויש לעקוב אחריו.

CSTM
תמונה 2: צב"ד פרמטרי מספק תוצאות כמותיות אשר ניתן להסיק מהן תוצאות על יציבות התהליך

חיפוש נקודת עבודה יציבה לתהליך גילה מצב בו נראה שהייצור נכנס לחוסר יציבות: התגלה פיצול תהליכי בפרמטר הגילגול (ראה תמונה 2) שהתבטא בשתי עקומות פעמון זו על גבי זו. תגלית זו הצביעה על כך שתהליך ההזרקה עלול להתנדנד בין שני מצבים. גילוי הסיבה שגרמה לפיצול התהליך והתגברות עליה – הגדילה את התנובה (Yield).