對元器件可靠性與失效性分析

一、對可靠性的基本認識

可靠性，是質量控制的一個分支。但是把可靠性提升到一個專門技術來看待，是產品不斷追求完美的一個必要階段。我國可靠性研究起步較晚，伴隨而來的可靠性分 析技術，可靠性設備相對落后。在質量管理體系的跟進方面，比如ISO9001，中國似乎很快就趕上先進國家了，但是ISO，形式主義嚴重，不管是大大小小 的公司，幾乎都通過了ISO認證，現在我國企業ISO運作的現實是，基本上對質量水平的提升沒有突破性的進展。未來企業之間產品實力的競爭，將會是可靠性 水平的競爭。所以，可靠性研究的地位，將會越來越重要。

二、關于可靠性研究的架構形式與運作模式

可靠性工程師，表面上是一種形式的設置，事實上體現了企業對可靠性的重視程度。

傳統的產品質量控制，也有一些可靠性控制方面的工作。比如開發部門的DQE（開發測試工程師）、品質部的QA、QE，都有一部分的可靠性工作。但是，這種 模式，以對產品的功能，性能，安全測試為主，失效分析也停留在比較表面的部分。所以，有時即使看起來在控制質量，也有一些措施，但是不良仍然不斷在發生， 原因就在于沒有分析到本質問題。

    可靠性研究的兩大內容就是失效分析和可靠性測試（包括破壞性實驗）。兩者之間是相互影響和相互制約的。

    不過為了使事前簡化，可以把這兩大內容分割開來看。把失效分析和可靠性測試當成是可靠性研究的兩個境界（嚴格講來，這種分法不是非常恰當，此處只是為了簡化）。企業可以根據自身的實際作出不同的策略。

    以失效分析為主要內容的模式，相對來說是比較被動的模式， 是等問題發生后才去分析問題的。當然，失效分析結果出來之后，可以反過來影響測試、開發、 工藝、流程、篩選標準等。這種模式又可以根據自身情況，把失效分析做到不同的境界。這種模式，即使是簡單的境界，也能實現低投入高回報。規模較小時，比如 我們公司開始時可以采取這種模式。

以可靠性測試（包括破壞性實驗）為主要內容的模式，是從源頭上保證可靠性的一種方法。這種模式是一個系統工程，要求的實驗設備非常豐富，投入的人力和時間 也多，還有對信息的收集和統計（“只有在統計受控的條件下生產的元器件才會具有高可靠性”）投資非常大。目前我們公司還不能完全滿足這個條件。

   下面談的是我對以失效分析為主要內容的模式時，可靠性研究架構的看法。

   這種模式，由于規模小，所以不足以成立一個專門部門。但是可 靠性工程師（或失效分析工程師）是一個必要崗位。當然可靠性工程師分在品質部還是開發部 直接影響到失效分析的效率。就像品質部必須脫離生產系統一樣，可靠性工程師必須安排在開發部，才能發揮更大的效力。常規的品質問題，還是由品質工程師處 理。而可靠性工程師，主要分析的是返修率高的元器件失效，或對生產影響比較嚴重的元器件失效。否則就不會有這么多的精力解決重點問題。當然，可靠性工程師 并不是單打獨干就能解決問題。所以，在處理某種重要失效時，可靠性工程師必須牽頭組織，成立失效分析專案小組，明確專案小組成員的責任，共同分析問題，查 出原因，定位責任，提出改善措施，跟蹤實施效果。這方法與品質PDCA循環類似，但必須把失效原因定位更加專業準確，提出的解決方案也必須更加有效果。失 效分析專案小組可以由固定的人員組成，也可以針對實際情況具體指定人員。專案小組成員，除了可靠性工程師，一般都會有開發、工程技術、品質、生產等人員組 成。

    所謂的“某種重要的失效”，提出方可以是市場客服人員，也可以是生產部，或品質部，甚至開發部自身。

三、可靠性工程師的素質要求之我見

可靠性問題，基本上都可以歸結到元器件失效，（少部分是系統兼容及環境干擾引起）。換句話說，產品出去客戶那里使用時不良，基本上都可以歸結到元器件（還 有軟件）失效引起。所以，失效分析的精華就是元器件失效分析。但是元器件失效，除了元器件件本身可靠性差，還有設計、工藝、人為、環境應力等引起，或者是 由綜合因素引起。至于元器件本身問題，按照供應鏈管理的思路，追溯到供應商那里，同樣可以歸結為其原材料可靠性差，設計、工藝、人為、環境應力等引起。所 以，可靠性工程師，必定要求對元器件的設計選用、測試、生產工藝熟悉。從我個人角度來看，我認為，可以多與供應商溝通，對于不了解的元器件甚至可以到現場考察交流。

    其次，必須對電子技術本身非常熟悉，否則，系統的工作原理不了解，就沒辦法深入地分析失效原因，特別是設計層面的問題。

    必須熟悉物理化學等知識，因為失效機理的最深層次原因基本上都是物理化學作用引起的。我本人為此還決定重新復習高中和大學的數理化知識。

必須懂得開發設計原理，否則就找不出設計原因引起的失效。而設計原因引起的失效，又占元器件失效很大的一部分。

    熟悉生產工藝。

    邏輯嚴密，具有推理能力。同樣的失效現象，有可能有不同的原因引起。在失效分析技術中，提出假說(有點像科學研究)是很常用的一種方法，然后拿良品按假說實驗，重現失效現象，印證假說。

    考慮問題全面，小心謹慎。失效分析其實 不僅僅只“挑刺”。處理問題還必須以企業的實際情況相適應，考慮全局利益。比如不可能拿軍用標準來要 求工業用和民用的元器件。不可能不考慮成本因素而無限要求質量。所以發現問題時，可靠性研究必須提出篩選方案，保證能把有隱患的不良品提前暴露出來，又不 會由于不恰當的測試應力增加隱患。而對于某些情況是否可以放行，必須提供數據或理論，以免誤放不良品，或者過于謹慎而造成浪費。

    實事求是，數據必須真實可靠。否則會給決策帶來失誤。

    其他。

四、關于流程和數據可靠性研究如果是以可靠性測試（包括破壞性實驗）為主要內容的模式，可能會有很多規范與流程。不過對于以失效分析為主要內容的模式，我認為程序會簡單一點。主要是要制定出失效分析專案小組的工作流程。至于更多的流程，可以在實際工作中根據實際需要，逐步建立。另外，還可以借鑒別人的經驗，甚至可以到有可靠性分析的供應商那里取經。另外表格方面，肯定要有比較專業的失效分析及改善報告。失效分析報告在不少國家甚至已經規范化了，可以結合企業的實際情況恰當修改。一份專業的失效分析報告，幾乎可以把該考慮的內容都考慮進去了，別人拿到這種報告，基本上可以對分析的來龍去脈知道得一清二楚。數據方面，我認為有以下一些數據必須收集：

關鍵性的可靠性測試項目和規范。即使可靠性實驗不能全部做，也要挑取對產品影響最重要的一些項目來測試。這個主要是針對我司成品或半成品而言的測試。在必要時，要求供應商對其元件測試一些可靠性項目。

收集公司產品的使用環境情況，為開發的可靠性設計提供依據。

統計分析返修率高的元器件失效，或對生產影響比較嚴重的元器件失效。并為改善措施是否有效提供對比數據。如果人力資源充足，甚至可以對所有元件的失效率進行統計。

收集各種類型的元器件的失效率允許范圍的數據。比如，某個元件，生產時失效率是萬分之二，這個失效率能不能接受呢？如果把挑選過后的良品放出去，會有多大隱患呢？后續怎么跟蹤呢？這些數據都必須收集。

五、失效分析的資源配備

硬件方面，一般公司的情況，不足以配備非常完美的失效分析工具和可靠性設備。要根據失效分析的深度和廣度來提出相應的配置。我個人的看法是，最基本的失效分析工具應該配備一個顯微鏡，以便從微觀的方面，查清楚失效部位的物理表現。當然，對于顯微鏡的價位，如果過于昂貴，可以考慮暫時不買。另外，由于冷熱循環最容易暴露質量問題，所以有必要時，可以考慮配置冷熱循環試驗設備。

“軟件”方面，需要的支援。包括上層領導對可靠性的重視，還要像全員品質控制一樣，使所有人員都有可靠性的意識。可靠性意識方面可以請外訓或一些培訓機構或失效分析機構來公司培訓或開講座。（開講座未必一定要錢，如果是一些儀器銷售公司，他們為了增加銷售機會可能愿意來講解可靠性方面的知識）。必要時公司和一些外界研究機構建立長期的合作關系。另外，失效分析很重要的一點是分析機器在客戶那里的失效。對客戶的使用情況和使用環境的信息越豐富，分析起來就越準確。這時，可能需要市場業務人員積極配合，并且有意識地收集相關信息反饋到開發部。必要時可靠性工程師還必須到現場收集信息。

六、可靠性工程師的定位，以及剛設立可靠性工程師時如何上手

技術方面，可靠性工程師主要是對失效得出專業的原因分析，把責任定位得非常準確，并提出有效的改善方案，同時，為篩選標準提供專業的理論或數據，為是否可以放行提供專業的理論或數據。有的工作可能與品質工程師重疊，但品質工程師做的可能會有廣度，但深度不足。我認為兩者主要還是在專業程度方面的區別，可以認為，可靠性工程師必須解決品質工程師解決不了的失效問題。開發工程師，而生產技術工程師，生產管理人員等，主要是為設計或工藝或人為引起的失效負責，并實施改善。如果設置可靠性工程師，我認為近期的工作重點，可以從解決影響生產的失效做起，這是最淺層面上的工作。如果們公司有不少反復發生的不良，問題沒有根治，嚴重影響生產。可靠性工程師有義務去解決這些老大難問題。而考核可靠性工程師的主要標準我認為就是對這些問題的解決效果。更為長遠的目標，可靠性工程師必須關注產品在外面的失效，解決其中比較嚴重的問題。魚骨圖是失效分析的最基本工具，不管表達方式是不是做成魚骨圖，但一定是按此思路來分析問題的。我認為并非一定要按人機料法環之類的歸類，不同的環節的失效，魚骨的主干是有所不同的。所以掛在魚骨的主干上的相關人員及其責任也會有所不同。我個人傾向于采用靈活的魚骨圖，并且對魚骨各支對本失效的影響程度作定性的分析。（對于“程度”這個詞，比較難以量化。不過或許可以摸索出定量的方法出來）。

七、可靠性工程師最好應設在開發部的理由

首先，從技術權威的角度來談，由于開發部是技術權威，而可靠性工程師必須有技術權威作后盾。其次，解決問題的力度方面。如果可靠性工程師在其他部門，提出改善方案時，特別是與設計有關的問題時，推動開發改進比較難，但是如果把可靠性和失效分析的主要責任放在開發部時，自然會更積極解決問題。其三，如果把可靠性工程師放在其他部門，那么失效控制是后端控制的方式，而把可靠性工程師放在開發部，是源頭控制的方式，當然成本更低。最后，說句不好聽的話，把可靠性工程師放在品質部，處理問題有可能形式主義比較嚴重（從我個人的經驗來看，品質部一般是形式主義比較嚴重的部門）。過于重視“政績”和影響力，而更少從合適的角度考慮問題。而放在開發部，可靠性更像是一種內需，更看重實事求是。

八、失效分析的一些其他想法

專業的可靠性實驗設備、失效分析儀器以及元器件分解的工具材料種類很多，并且大多儀器非常昂貴。所以，不可能什么都配備。一個可靠性工程師必須考慮企業實際情況，選擇成本允許而且是必須的工具。至于有的分析實驗，可以到供應商處做，充分利用能夠利用的資源。另外一些更復雜而且必要的分析，甚至可以和一些失效分析研究所合作。