Qu'est-ce que Indice de capabilité du procédé (Cpk) ?

Indicateur de la marge dont disposent la dispersion et le décentrage d'un procédé par rapport aux limites de spécification. Une valeur de 1,33 ou plus sert de repère.

Nom japonais: 工程能力指数(Cpk)

« Indice de capabilité du procédé (Cpk) » apparaît dans 5 questions d'entraînement réparties sur 3 thèmes, dont Boîtiers et assemblage, Rendement et contrôle qualité, Packaging avancé (3D et chiplets).

Domaine: Rendement et contrôle qualité

Formules de Cp et Cpk

L'indice de capabilité Cp compare la largeur de la spécification à la dispersion naturelle du procédé : Cp = (USL − LSL)/6σ, où USL et LSL sont les limites de spécification supérieure et inférieure et σ l'écart-type du procédé. Cp suppose que la moyenne du procédé est au centre de la spécification. Cpk lève cette hypothèse en mesurant la distance entre la moyenne et la limite la plus proche en unités de 3σ : Cpk = min(USL − μ, μ − LSL)/3σ. Lorsque la moyenne est centrée, Cpk est égal à Cp ; tout décentrage rend Cpk plus petit.

Exemple chiffré et objectifs usuels

Supposons une spécification de ±6 autour de la cible et σ = 1. On a Cp = 12/6 = 2. Si la moyenne dérive de 3 unités par rapport au centre, la limite la plus proche n'est plus qu'à 3 unités, d'où Cpk = 3/3 = 1, alors que Cp n'a pas changé. Cpk = 1 signifie que la limite la plus proche est à 3σ de la moyenne, soit environ 0,135 % d'une loi normale au-delà. Un minimum courant est Cpk ≥ 1,33, qui place la limite la plus proche à 4σ et ne laisse que quelques dizaines de ppm au-delà. Les paramètres critiques peuvent exiger 1,67 ou plus.

Limites de contrôle et limites de spécification

Les limites de spécification proviennent des exigences du client ou de la conception et définissent un produit acceptable. Les limites de contrôle d'une carte de contrôle proviennent de la moyenne et de la variabilité propres au procédé, et signalent qu'un événement inhabituel s'est produit. Un procédé peut être sous maîtrise statistique tout en produisant des pièces hors spécification s'il est trop dispersé, ou respecter la spécification tout en étant hors maîtrise après un décalage brutal. Cp et Cpk relient ces deux mondes, et ils n'ont de sens que si le procédé est stable : un Cpk calculé sur des données instables ne prédit rien de la production future.

Précautions pratiques

Les interprétations en ppm supposent une distribution à peu près normale, ce qui n'est pas toujours le cas pour des grandeurs comme le nombre de particules ou le courant de fuite. Pour une spécification unilatérale, on n'utilise que la moitié pertinente, par exemple (USL − μ)/3σ lorsqu'il n'existe qu'une limite supérieure. De nombreux systèmes qualité distinguent le Cpk, calculé à partir de la variabilité à court terme intra-sous-groupe, du Ppk, calculé à partir de l'écart-type global à long terme ; le Ppk est généralement plus faible. En fab, ces indices sont suivis pour des paramètres tels que la dimension critique, l'épaisseur de film, l'overlay et les résultats de test électrique.

S'entraîner : questions sur Indice de capabilité du procédé (Cpk)

Quel symbole désigne la résistance thermique entre la jonction de la puce et l’air ambiant, qui exprime la capacité de dissipation thermique d’un boîtier ?

  1. AθJA (Rth(j-a))
  2. BCpk
  3. CFIT
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Réponse : A. θJA (Rth(j-a))

θJA est la résistance thermique entre la jonction de la puce et l’air ambiant ; son unité est le ℃/W. La température de jonction vaut Tj=Ta+P×θJA ; par exemple, une puce dissipant 2 W dans un boîtier de θJA=40 ℃/W est 80 ℃ au-dessus de l’ambiante. θJA variant selon le substrat et la ventilation, on indique aussi θJC jusqu’au boîtier. Cpk est l’indice de capabilité du procédé, et le FIT une unité de taux de défaillance.

Quel classement relatif à l’absorption d’humidité définit, pour les boîtiers montés en surface, la durée d’exposition admise entre l’ouverture de l’emballage étanche et la refusion ?

  1. AMSL (niveau de sensibilité à l’humidité)
  2. BFIT
  3. CCpk
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Réponse : A. MSL (niveau de sensibilité à l’humidité)

Le MSL indique, selon la propension du boîtier à absorber l’humidité, la durée pendant laquelle il peut rester dans l’environnement de l’usine (par exemple 30 ℃ et 60%RH au plus) après ouverture du sachet étanche, par niveaux de 1 (illimité) à 6. Par exemple, MSL3 correspond à 168 heures. Les composants ayant dépassé ce délai sont étuvés avant refusion pour chasser l’humidité et éviter l’effet pop-corn. Le FIT est un taux de défaillance, Cpk un indicateur de capabilité du procédé.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre Cp et Cpk ?

Cp compare la largeur de la spécification à la dispersion 6σ du procédé en supposant une moyenne centrée. Cpk utilise la distance entre la moyenne réelle et la limite de spécification la plus proche, et pénalise donc aussi un procédé décentré.

Quelle valeur de Cpk est considérée comme bonne ?

Un Cpk de 1,33 ou plus, c'est-à-dire une limite de spécification la plus proche située à au moins 4σ de la moyenne, est un minimum largement utilisé ; 1,67 ou plus est souvent exigé pour les caractéristiques critiques.

Le Cpk peut-il être supérieur au Cp ?

Non. Cpk est égal à Cp lorsque la moyenne est exactement centrée, et il est plus petit dès que la moyenne est décalée vers l'une ou l'autre limite.

« Indice de capabilité du procédé (Cpk) » dans les explications

Questions mentionnant « Indice de capabilité du procédé (Cpk) » (5)

  1. Quel symbole désigne la résistance thermique entre la jonction de la puce et l’air ambiant, qui exprime la capacité de dissipation thermique d’un boîtier ?
  2. Quel classement relatif à l’absorption d’humidité définit, pour les boîtiers montés en surface, la durée d’exposition admise entre l’ouverture de l’emballage étanche et la refusion ?
  3. Quel indice de capabilité utilise-t-on lorsque la moyenne du procédé est décalée par rapport au centre de la spécification ?
  4. Quelle est la différence entre les limites de contrôle d'une carte de contrôle et les limites de spécification d'un produit ?
  5. Comment appelle-t-on le débit de données obtenu par unité de longueur de bord de puce, indicateur important des performances des interconnexions entre chiplets ?

Termes associés

FIT Résistance thermique Absorption (perte de chiffres) MSL (niveau de sensibilité à l'humidité) Carte de contrôle Débit (throughput) AMDE (FMEA, analyse des modes de défaillance et de leurs effets) APC (contrôle avancé des procédés) Défaut systématique Défaut tueur (killer defect)

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