Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема обеспечения и повышения качества микроэлектронных устройств (МЭУ) на современном этапе научно-технического прогресса, в условиях реформ хозяйственного механизма в нашей стране, приводящих к развитию самостоятельности предприятий, рыночных отношений, конкуренции, международных экономических связей, повышению внимания к потребителю, имеет фундаментальное значение.
Особенности современных МЭУ обостряют проблему обеспечения качества. ЫЭУ,:реализуемые как микросборки, микроблоки, гибридные интегральные функциональные устройства, гибридные интегральные микросхемы, находят широкое применение в аппаратуре различного назначения - связи, наблюдения, управления, измерения, автоматизации, специальной и т.д. При этом доминирующим в последние годы, особенно в нашей стране, является использование МЭУ в аппаратуре бытового и общехозяйственного назначения, для которой обеспечение качества возведено в ранг государственной политики и регламентировано законами, защищающими права потребителей. Качество и надежность ЫЭУ в значительной степени определяют качество и надежность приборов и систем, использующих МЭУ. Постаоянной тенденцией является увеличение сложности !>;ЭУ, что обусловливает увеличение числа элементов и усложнение технологических процессов (ТП) и объективно противодействует повышении производственных показателей качества (в частности, процента выхода годных изделий).
Проблема обеспечения качества МЭУ охватывает вое этапы жизненного цикла МЭУ ("петля качества"). Однако, особая роль принадлежит этапу производства, так как только на этом этапе можно реализовать эффективные меры оперативного управления для поддержания точности и стабильности ТП, что и позволяет в конечном итоге получить планируемое качество и себестоимость изделий.
Мировой опыт управления качеством продукции показывает, что при серийном производстве ооновными в .арсенале методов управления являются статистические методы. Практическую полезность и эффективность статистическиех методов управления качеством лучше всего иллюстрируют общепризнанные достижения в области обеспечения высокого качества японской промышленной продукции. В японской экономике широкое распространение получили так называемые "семь простых мето-
дов контроля качества", представляющие прост-зйшие и наглядные статистические методы. В нашей отране освоение и внедрение "семи простых методов" в практику управления качеством также признано важнейшей, актуальнейшей задачей.
Основным среди "сема простых методов контроля качества" является метод контрольных карг, по отечественной терминологии - статистическое регулирование технологических процессов (СРТП), поц которым понимается корректирование значений параметров ТП по результатам выборочного контроля параметров производимой продукции, осуществляемое для технологического обеспечения требуемого уровня ее качества.
Разработке и анализу методов СРТП, способов повышения эффективности, оценке экономических затрат, связанных с СРТП, анализу условий наиболее выгодного использования СРТП, а также смежным вопросам прикладной статистики (статистический анализ и подготовка данных для построения СРТП, первичная обработка выборочных данных) посвящены фундаментальные работы У.А.Шьюхарта, Д.Коудена, Б.Л.Хэн-сена, А.Хальда, Д.Химмельблау, А.Д.Дункана, Д.лї.Дкурана и др., а также ученых и специалистов отечественной школы Б.В.Гнеденко, ID,Л. Беляева, Я.Б.Шора, С.А.Айвазяна, В.С.Мхитаряна, Ю.П.Адлера, В.В.Головинского, А.М.Бенцерского, Ю.Д.Филиппова, А.А.Богатырева и др.
.В последние годы появился ряд работ, предназначенных для инженеров-практиков и имеющих цель облегчение усвоения и упрощение использования статистических методов и, в частности, СРТП. В первую очередь здесь следует отметить работы Э.Шыидовски и О.Шюрца, Дж. Мэрдока, Л.Ноулера (ред.) и особенно Х.Куме (ред.), содержащую простое, ясное изложение "семи простых методов контроля качества".
Учитывая важную роль СРТП в управлении качеством, в семидеся-тые-восьмидесятые годы в СССР был разработан и введен в действие ряд Государственных стандартов по СРТП и смежным вопросам прикладной математической статистики, содержащих практичеокие инженерные методики и рекомендации.
При изготовлении МЭУ объективно существуют предпосылки для использования СРТП, связанные как с необходимостью, так и возможностью практической реализации. Необходимость СРТП обусловлена большими вариациями контролируемых в процессе производства показателей качества ї.'ЗУ и их элементов, еысокой стоимостью ущерба от брака, стремлением уменьшить затраты на подгонку параметров эле-
ментов и регулировку, повысить процент выхода годных изделий. Применению СРТП благоприятствуют хорошая прораОотка операционного контроля, изученность ьидов дефектов и способов коррекции ТП, неизменность ТП в течение длительного времени, наличие хорошо регулируемого технологического оборудования (ТО).
Несмотря на существование большого числа научных, научно-методических работ, ГОСТ, а также отмеченных выше объективных предпосылок, СРТП при изготовлении МЭУ фактически не применялось, соответствующие отраслевые нормативные документы отсутствуют. Можно указать две группы причин такого положения - общие, характерные для отечественной экономики в целом, и частные, связанные с особенностями производства МЭУ. Первая группа причин обусловлена отсутствием рыночных отношений в экономике и, как следствие, слабой заинтересованностью в повышении качества и экономической эффективности производства. Вторая группа причин связана с отсутствием научно-обоснованных методик СРТП, которые учитывали бы специфические обстоятельства при производстве МЭУ - групповую обработку, возможность контроля и регулирования технологического оборудования (ТО) при СРТП, априорную недостаточность при мелкосерийном производстве, процессы изменения контролируемых выборочных статистик во времени, возможные отклонения распределений контролируемых параметров от нормального - и дозволяли получать экономически эффективное (оптимальное или близкое к нему) СРТП.
В настоящее время в отечественной экономике созданы основные предпосылки для устранения причин первой группы. Поэтому своевременна и актуальна постановка и решение задач по устранению причин второй группы, что составляет суть специальной важной научно-технической проблемы. Ряд задач этой проблемы в настоящее время еще не поставлен, отдельные задачи лишь поставлены в работах В.М.Про-лейко, В.А.Абрамова, В.Н.Брюнина, З.Е.Власова, В.П.Захарова, А.И. Коробова, А.П.Сынчука, А.М.Талалая, Г.А.Кейджяна и др. Имеются немногочисленные сообщения о попытках статистического регулирования отдельных ТП изготовления МЭУ (статьи Богданова И.М., Волкова Н.В., Власова В.Е., Лыскова Н.С., Никифорова Н.П., Морозова Ю.П., Чунае-ва СВ., Шинкаренко Л.М. и др.). Однако в целом, комплексно проблема не рассматривалась. Таким образом, актуальна научная проблема, решению которой и посвящена настоящая диссертационная работа: построение экономически эффективных систем статистического регулиро-
ванил технологических процессов при управлении качеством МЭУ. Решение этой проблемы позволит разработать процедуры статистического регулирования как составные части конкретных 'Ш изготовления йЭУ.
Цель работы: разработка на базе экономического критерия эффективности теории расчета и построения систем статистического регулирования Тії изготовления 1Ш.
Лля достижения поставленной пели в ходе выполнения теоретических и экспериментальных исследований было необходимо:
произвести анализ проблемы GF1T1 изготовления мЭУ и, в частности, особенностей ТЛ изготовления йЭУ, которые необходшо учесть при построении системы СИТі, а также обосновать комплекс задач, которые должны сыть решены в работе;
разработать базовый стоимостный критерії;: (СК) эффективности СРТЛ и в соответствии с его аналитической структурой сформулировать задачи теории расчета и построения систем СРТП изготовления І.ІЗУ}
разраоотать методологию статистического анализа Til как этапа построения систем СРТП, выаолнить статистический анализ основных базових ТІЇ изготовления мЗУ и выявить общие особенности вероятностно-временных моделей ТП изготовления ьіЗУ;
разработать методы расчета планов контроля и эффективности обнаружения разладки ТП с-учетом особенностей вероятностно-временных моделей Тії изготовления 1.!ЭУ;
получить на основе ЬСп* рабочий стоимостный критерии эффективности, разработать общую методику оптимизации СРТП групповой обработки и на ее основе исследовать оптимальные системы СРТП различных видов, в том числе, с учетом особенностей вероятностно-временных моделей ТП изготовления І.ІЗУ;
произвести с использованием рабочего стоимостного критерия эффективности экономическую оценку упрощенных неоптимальных и подоптимальных вариантов СРТП и сформулировать условия их возможного применения;
получить на основе БСК рабочий стоимостный критерий эффективности, разработать методику оптимизации, исследовать возможности и условия получения стоимостного Еыигрыиа оптимальных систем
СРТП с регулированием сосгоянія ТО до сравнению с одноконтурным оптимальним СРТП;
- разработать системы статистического регулирования конкрет
ных ТП изготовления І.ІЗУ с применением полученных теоретических
результатов л произвести их опытную апрооаыию.
Методы исследования, используемые в работе, базируются на положениях математического анализа, теорий вероятностей, статистических оценок,проверки статистических гипотез, надежности, статистических методов контроля качества, численных методов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:
-
Разработана теория расчета и построения систем СРТП на базе стоимостного критерия эффективности, позволяющая учитывать особенности производства 1ЛЭУ и решать весь комплекс задач разработки систем статистического регулирования конкретных ТП от статистического анализа ТП до оценки экономической эффективности, включая оптимизацию СРТП.
-
Впервые предложены принципы построения, разработаны теоретические основы расчета систем СРТП (в том числе оптимальных)
с регулированием состояния ТО.
На защиту выносятся следующие научные и практические положения:
1. Основы теории расчета и построения систем СРТП изготовле
ния МЭУ, содержащие:
базовый стоимостный критерий эффективности СРТП, обеспечивающий получение экономической опенки вариантов СРТП и рекомендаций по их использованию, а также получение оптимального СРТП;
вероятностно-временные модели групповых ТП, полученные по результатам выполненного статистического анализа основных ТП изготовления МЭУ, и основанные на их применении новые методы расчета планов контроля ТП.
2. Методика синтеза оптимальных по стоимостному критерию
систем СРТП групповой обработки, включающая:
обобщенную аналитическую форму критерия'оптимальности;
основы методики расчета оптимальных характеристик планов контроля ТП и эффективности СРТП;
- процедуры расчета характеристик оптимальных систем СРТП для
различных вероятностно-временных моделей ТП и видов СРТП, резуль
таты расчетов, позволяющие сделать сравнительные оценки вариантов
СРТП.
3. Теоретические основы расчета предложенных систем совместно
го отатастического регулирования ТП и ТО на основе стоимостного кри
терия эффективности, включающие:
- аналитические формы стоимостного критерия эффективности сов
местного регулирования для ТП групповой обработки;
' - процедуры и результаты расчетов оптимальных характеристик планов контроля.
-
Методики.статистического анализа и регулирования ТП формирования толстопленочных резисторов, напыления резистивных пленок, изготовления тонкопленочных резисторов, сборки МЭУ.
-
Результаты применения разработанных методик при управлении качеством серийных МЭУ, подтверждающие снижение себестоимости, возможность сукения допусков на сопротивления резисторов, повышения качества изделий.
Практическая ценность работы и реализация результатов. Полученные в работе теоретические и практические результаты являются теоретической и методологической основой построения систем статистического регулирования конкретных ТП изготовления МЭУ. Их практическая ценность состоит в том, что они позволяют:
выбрать структуру системы и вид СРТП (использование контура регулирования ТО, вид контролируемых статистик и контрольных карт, способ принятия решения о состоянии ТП);
рассчитать характеристики плана контроля и эффективности обнаружения разладки по заданным объему выборки и вероятности ошибки первого рода;
при наличии необходимых экономических данных рассчитать оптимальные по критерию минимума суммарных затрат, связанных о СРТП, характеристики плана контроля;
разработать инженерные методики (стандарты предприятий) статистического регулирования конкретных ТП, включающие расчет или выбор оптимальных характеристик планов контроля по заданным технико-экономическим данным ТП;
разработать инженерные методики (стандарты предприятий) статистического анализа конкретных ТП изготовления МЭУ как подготовительного этапа построения СРТП;
дополнить отраслевые стандарты по тахнолопг-'ескпм процессам изготовления (раздел "Требования л контролю") и методам операционного контроля МЭУ положениями о С?ГП;
определить условия экономически элективного совместного использования СРТП и регулирования состояния ТО;
разработать структуру автоматизированной на базе ПК системы СРТП при серийном производстве КЭУ;
построить просто реализуемые и элективные системы СРТП, позволяющие обеспечить допуска на сопротивления голстопленочных резисторов до (10+15) и на удельное поверхностное сопротивление тонких пленок до (3+5) при выходе годных резисторов не менее 70$, уменьшить объем работ по подгонке сопротивления резисторов с допуском 10 на 40+60 и себестоимость изделий не менее, чем на 10. повысить стабильность сопротивления толстопленочных резисторов до значений, гарантируемых ТУ на пасты, уменьшить число дефектных плат при сборке !,ЭУ по отдельным видач дефектов на 10+20.
Диссертационная работа обобщает результаты НИР "Исследование вопросов технологического обеспечения качества и надежности толстопленочных микросборок народно-хозяйственного назначения" и ОКР "Разработка ызтодики статистического контроля и регулирования технологического процесса формирования резисторов толстопленочных микросборок с улучшенными потребительскими качествами", проводимых по договорам с ЛК1ТИ "Авангард".
Результаты диссертационной работы внедрены в виде методик статистического анализа и регулирования ТП напыления резистивных пленок, формирования толстопленочных резисторов, сборки микросборок в производство ЛНИТИ "Авангард" и на заводе "Компонент". Одобрены и рекомендованы к внедрении в райках ОКР конструкция резис-тивной толстопленочной тест-латы, методика СРТП с использованием тест-плат, предложения по корректировке ОСТ 107.750878.002-87 "Технология изготовления толстопленочных плат. Общие требования". Результаты работы внедрены такке в учебный процесс в Санкт-Петербургской Государственной академии аэрокосмпческого приборостроения в виде учебной дисциплины (курс лекций и упражнения), а также лабораторных работ ряда конструкторско-технологических дисциплин.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывалась на УШ Ленинградской конференций по' надежности
(1981 г.), конференциях HTCFG им.А.С.Попова (Ленинград, 1982, 1984 г.г.), конференциях профессорского-преподавательского состава ЛИАП (1981, 1983 г.г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Технические и экономические вопросы обеспечения качества продукции приборостроения " (Ленинград, 1990 г.). По проблеме, разрабатываемой в диссертационной работе, сделано 52 публикации, в том числе 21 -в центральной" печати (из них 7 - в журнале "Нэдекность и контроль качества").
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, шести разделов, заключения и приложений, содержит 313 страниц основного текста, 54 страницы рисунков и списка использованной литературы, включающего 165 наименований.
