對(duì)電子元器件可靠性與失效性剖析

一、對(duì)可靠性的基本認(rèn)識(shí)

可靠性，是質(zhì)量控制的一個(gè)分支。但是把可靠性提升到一個(gè)專門技術(shù)來看待，是產(chǎn)品不斷追求的一個(gè)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(shù)，可靠性設(shè)備相對(duì)落后。在質(zhì)量管理體系的跟進(jìn)方面，比如ISO9001，中國似乎很快就趕上先進(jìn)國家了，但是ISO，形式主義嚴(yán)重，不管是大大小小 的公司，幾乎都通過了ISO認(rèn)證，現(xiàn)在我國企業(yè)ISO運(yùn)作的現(xiàn)實(shí)是，基本上對(duì)質(zhì)量水平的提升沒有突破性的進(jìn)展。未來企業(yè)之間產(chǎn)品實(shí)力的競爭，將會(huì)是可靠性 水平的競爭。所以，可靠性研究的地位，將會(huì)越來越重要。

二、關(guān)于可靠性研究的架構(gòu)形式與運(yùn)作模式

可靠性工程師，表面上是一種形式的設(shè)置，事實(shí)上體現(xiàn)了企業(yè)對(duì)可靠性的重視程度。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量控制，也有一些可靠性控制方面的工作。比如開發(fā)部門的DQE（開發(fā)測試工程師）、品質(zhì)部的QA、QE，都有一部分的可靠性工作。但是，這種 模式，以對(duì)產(chǎn)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(shí)即使看起來在控制質(zhì)量，也有一些措施，但是不良仍然不斷在發(fā)生， 原因就在于沒有分析到本質(zhì)問題。

   可靠性研究的兩大內(nèi)容就是失效分析和可靠性測試（包括破壞性實(shí)驗(yàn)）。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(nèi)容分割開來看。把失效分析和可靠性測試當(dāng)成是可靠性研究的兩個(gè)境界（嚴(yán)格講來，這種分法不是非常恰當(dāng)，此處只是為了簡化）。企業(yè)可以根據(jù)自身的實(shí)際作出不同的策略。

   以失效分析為主要內(nèi)容的模式，相對(duì)來說是比較被動(dòng)的模式， 是等問題發(fā)生后才去分析問題的。當(dāng)然，失效分析結(jié)果出來之后，可以反過來影響測試、開發(fā)、 工藝、流程、篩選標(biāo)準(zhǔn)等。這種模式又可以根據(jù)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(shí)現(xiàn)低投入可觀回報(bào)。規(guī)模較小時(shí)，比如 我們公司開始時(shí)可以采取這種模式。

以可靠性測試（包括破壞性實(shí)驗(yàn)）為主要內(nèi)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(gè)系統(tǒng)工程，要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常豐富，投入的人力和時(shí)間 也多，還有對(duì)信息的收集和統(tǒng)計(jì)（“只有在統(tǒng)計(jì)受控的條件下生產(chǎn)的元器件才會(huì)具有高可靠性"）投資非常大。目前我們公司還不能*這個(gè)條件。

  下面談的是我對(duì)以失效分析為主要內(nèi)容的模式時(shí)，可靠性研究架構(gòu)的看法。

  這種模式，由于規(guī)模小，所以不足以成立一個(gè)專門部門。但是可 靠性工程師（或失效分析工程師）是一個(gè)必要崗位。當(dāng)然可靠性工程師分在品質(zhì)部還是開發(fā)部 直接影響到失效分析的效率。就像品質(zhì)部必須脫離生產(chǎn)系統(tǒng)一樣，可靠性工程師必須安排在開發(fā)部，才能發(fā)揮更大的效力。常規(guī)的品質(zhì)問題，還是由品質(zhì)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?qū)ιa(chǎn)影響比較嚴(yán)重的元器件失效。否則就不會(huì)有這么多的精力解決重點(diǎn)問題。當(dāng)然，可靠性工程師 并不是單打獨(dú)干就能解決問題。所以，在處理某種重要失效時(shí)，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(zé)任，共同分析問題，查 出原因，定位責(zé)任，提出改善措施，跟蹤實(shí)施效果。這方法與品質(zhì)PDCA循環(huán)類似，但必須把失效原因定位更加專業(yè)準(zhǔn)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(duì)實(shí)際情況具體人員。專案小組成員，除了可靠性工程師，一般都會(huì)有開發(fā)、工程技術(shù)、品質(zhì)、生產(chǎn)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(chǎn)部，或品質(zhì)部，甚至開發(fā)部自身。

三、可靠性工程師的素質(zhì)要求之我見

可靠性問題，基本上都可以歸結(jié)到元器件失效，（少部分是系統(tǒng)兼容及環(huán)境干擾引起）。換句話說，產(chǎn)品出去客戶那里使用時(shí)不良，基本上都可以歸結(jié)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(shè)計(jì)、工藝、人為、環(huán)境應(yīng)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(yīng)鏈管理的思路，追溯到供應(yīng)商那里，同樣可以歸結(jié)為其原材料可靠性差，設(shè)計(jì)、工藝、人為、環(huán)境應(yīng)力等引起。所 以，可靠性工程師，必定要求對(duì)元器件的設(shè)計(jì)選用、測試、生產(chǎn)工藝熟悉。從我個(gè)人角度來看，我認(rèn)為，可以多與供應(yīng)商溝通，對(duì)于不了解的元器件甚至可以到現(xiàn)場考察交流。

   其次，必須對(duì)電子技術(shù)本身非常熟悉，否則，系統(tǒng)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(shè)計(jì)層面的問題。

   必須熟悉物理化學(xué)等知識(shí)，因?yàn)槭C(jī)理的最深層次原因基本上都是物理化學(xué)作用引起的。我本人為此還決定重新復(fù)習(xí)高中和大學(xué)的數(shù)理化知識(shí)。

必須懂得開發(fā)設(shè)計(jì)原理，否則就找不出設(shè)計(jì)原因引起的失效。而設(shè)計(jì)原因引起的失效，又占元器件失效很大的一部分。

   熟悉生產(chǎn)工藝。

   邏輯嚴(yán)密，具有推理能力。同樣的失效現(xiàn)象，有可能有不同的原因引起。在失效分析技術(shù)中，提出假說(有點(diǎn)像科學(xué)研究)是很常用的一種方法，然后拿良品按假說實(shí)驗(yàn)，重現(xiàn)失效現(xiàn)象，印證假說。

   考慮問題全面，小心謹(jǐn)慎。失效分析其實(shí) 不僅僅只“挑刺"。處理問題還必須以企業(yè)的實(shí)際情況相適應(yīng)，考慮全局利益。比如不可能拿標(biāo)準(zhǔn)來要 求工業(yè)用和民用的元器件。不可能不考慮成本因素而無限要求質(zhì)量。所以發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，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(huì)由于不恰當(dāng)?shù)臏y試應(yīng)力增加隱患。而對(duì)于某些情況是否可以放行，必須提供數(shù)據(jù)或理論，以免誤放不良品，或者過于謹(jǐn)慎而造成浪費(fèi)。

   實(shí)事求是，數(shù)據(jù)必須真實(shí)可靠。否則會(huì)給決策帶來失誤。

   其他。

四、關(guān)于流程和數(shù)據(jù)可靠性研究如果是以可靠性測試（包括破壞性實(shí)驗(yàn)）為主要內(nèi)容的模式，可能會(huì)有很多規(guī)范與流程。不過對(duì)于以失效分析為主要內(nèi)容的模式，我認(rèn)為程序會(huì)簡單一點(diǎn)。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(shí)際工作中根據(jù)實(shí)際需要，逐步建立。另外，還可以借鑒別人的經(jīng)驗(yàn)，甚至可以到有可靠性分析的供應(yīng)商那里取經(jīng)。另外表格方面，肯定要有比較專業(yè)的失效分析及改善報(bào)告。失效分析報(bào)告在不少國家甚至已經(jīng)規(guī)范化了，可以結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況恰當(dāng)修改。一份專業(yè)的失效分析報(bào)告，幾乎可以把該考慮的內(nèi)容都考慮進(jìn)去了，別人拿到這種報(bào)告，基本上可以對(duì)分析的來龍去脈知道得一清二楚。數(shù)據(jù)方面，我認(rèn)為有以下一些數(shù)據(jù)必須收集：

關(guān)鍵性的可靠性測試項(xiàng)目和規(guī)范。即使可靠性實(shí)驗(yàn)不能全部做，也要挑取對(duì)產(chǎn)品影響最重要的一些項(xiàng)目來測試。這個(gè)主要是針對(duì)我司成品或半成品而言的測試。在必要時(shí)，要求供應(yīng)商對(duì)其元件測試一些可靠性項(xiàng)目。

收集公司產(chǎn)品的使用環(huán)境情況，為開發(fā)的可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

統(tǒng)計(jì)分析返修率高的元器件失效，或?qū)ιa(chǎn)影響比較嚴(yán)重的元器件失效。并為改善措施是否有效提供對(duì)比數(shù)據(jù)。如果人力資源充足，甚至可以對(duì)所有元件的失效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

收集各種類型的元器件的失效率允許范圍的數(shù)據(jù)。比如，某個(gè)元件，生產(chǎn)時(shí)失效率是萬分之二，這個(gè)失效率能不能接受呢？如果把挑選過后的良品放出去，會(huì)有多大隱患呢？后續(xù)怎么跟蹤呢？這些數(shù)據(jù)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，不足以配備非常的失效分析工具和可靠性設(shè)備。要根據(jù)失效分析的深度和廣度來提出相應(yīng)的配置。我個(gè)人的看法是，最基本的失效分析工具應(yīng)該配備一個(gè)顯微鏡，以便從微觀的方面，查清楚失效部位的物理表現(xiàn)。當(dāng)然，對(duì)于顯微鏡的價(jià)位，如果過于昂貴，可以考慮暫時(shí)不買。另外，由于冷熱循環(huán)最容易暴露質(zhì)量問題，所以有必要時(shí)，可以考慮配置冷熱循環(huán)試驗(yàn)設(shè)備。

“軟件"方面，需要的支援。包括上層領(lǐng)導(dǎo)對(duì)可靠性的重視，還要像全員品質(zhì)控制一樣，使所有人員都有可靠性的意識(shí)。可靠性意識(shí)方面可以請(qǐng)外訓(xùn)或一些培訓(xùn)機(jī)構(gòu)或失效分析機(jī)構(gòu)來公司培訓(xùn)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?yōu)榱嗽黾愉N售機(jī)會(huì)可能愿意來講解可靠性方面的知識(shí)）。必要時(shí)公司和一些外界研究機(jī)構(gòu)建立長期的合作關(guān)系。另外，失效分析很重要的一點(diǎn)是分析機(jī)器在客戶那里的失效。對(duì)客戶的使用情況和使用環(huán)境的信息越豐富，分析起來就越準(zhǔn)確。這時(shí)，可能需要市場業(yè)務(wù)人員積極配合，并且有意識(shí)地收集相關(guān)信息反饋到開發(fā)部。必要時(shí)可靠性工程師還必須到現(xiàn)場收集信息。

六、可靠性工程師的定位，以及剛設(shè)立可靠性工程師時(shí)如何上手

技術(shù)方面，可靠性工程師主要是對(duì)失效得出專業(yè)的原因分析，把責(zé)任定位得非常準(zhǔn)確，并提出有效的改善方案，同時(shí)，為篩選標(biāo)準(zhǔn)提供專業(yè)的理論或數(shù)據(jù)，為是否可以放行提供專業(yè)的理論或數(shù)據(jù)。有的工作可能與品質(zhì)工程師重疊，但品質(zhì)工程師做的可能會(huì)有廣度，但深度不足。我認(rèn)為兩者主要還是在專業(yè)程度方面的區(qū)別，可以認(rèn)為，可靠性工程師必須解決品質(zhì)工程師解決不了的失效問題。開發(fā)工程師，而生產(chǎn)技術(shù)工程師，生產(chǎn)管理人員等，主要是為設(shè)計(jì)或工藝或人為引起的失效負(fù)責(zé)，并實(shí)施改善。如果設(shè)置可靠性工程師，我認(rèn)為近期的工作重點(diǎn)，可以從解決影響生產(chǎn)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(fù)發(fā)生的不良，問題沒有治療，嚴(yán)重影響生產(chǎn)?？煽啃怨こ處熡辛x務(wù)去解決這些老大難問題。而考核可靠性工程師的主要標(biāo)準(zhǔn)我認(rèn)為就是對(duì)這些問題的解決效果。更為長遠(yuǎn)的目標(biāo)，可靠性工程師必須關(guān)注產(chǎn)品在外面的失效，解決其中比較嚴(yán)重的問題。魚骨圖是失效分析的最基本工具，不管表達(dá)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(rèn)為并非一定要按人機(jī)料法環(huán)之類的歸類，不同的環(huán)節(jié)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(guān)人員及其責(zé)任也會(huì)有所不同。我個(gè)人傾向于采用靈活的魚骨圖，并且對(duì)魚骨各支對(duì)本失效的影響程度作定性的分析。（對(duì)于“程度"這個(gè)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(yīng)設(shè)在開發(fā)部的理由

首先，從技術(shù)的角度來談，由于開發(fā)部是技術(shù)，而可靠性工程師必須有技術(shù)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(shí)，特別是與設(shè)計(jì)有關(guān)的問題時(shí)，推動(dòng)開發(fā)改進(jìn)比較難，但是如果把可靠性和失效分析的主要責(zé)任放在開發(fā)部時(shí)，自然會(huì)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(fā)部，是源頭控制的方式，當(dāng)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(zhì)部，處理問題有可能形式主義比較嚴(yán)重（從我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)來看，品質(zhì)部一般是形式主義比較嚴(yán)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(fā)部，可靠性更像是一種內(nèi)需，更看重實(shí)事求是。

八、失效分析的一些其他想法

專業(yè)的可靠性實(shí)驗(yàn)設(shè)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(gè)可靠性工程師必須考慮企業(yè)實(shí)際情況，選擇成本允許而且是必須的工具。至于有的分析實(shí)驗(yàn)，可以到供應(yīng)商處做，充分利用能夠利用的資源。另外一些更復(fù)雜而且必要的分析，甚至可以和一些失效分析研究所合作。