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嘉峪檢測網 2017-06-13 12:20
定位
一、重要事件回放
2017年三星Galaxy Note 7電池門事件引爆了全球媒體和消費者，其后果不僅是導致三星手機全球銷量嚴重下滑，其品牌損譽度也受到長期負面影響，直接經濟損失不少于50億美元，究其失效原因：電池的設計與制造存在缺陷，以致內部存在短路燃燒甚至爆炸風險。
召回
2014年10月15日豐田宣布將在全球范圍內大約167萬輛轎車，其中包括中國市場，原因是這些車輛采購的剎車系統(tǒng)某個零部件存在故障隱患，該次事件，豐田不僅蒙受高額直接經濟損失，還使得全球最大汽車制造商的質量和安全聲譽遭受嚴重沖擊。
上述兩起案例告訴我們兩個現(xiàn)實道理：
1.一個小部件質量缺陷，都可能導致整機或整車出現(xiàn)質量問題，甚至是嚴重危害用戶安全的、批次性的質量事故；
2.企業(yè)的知名度越高，產品市場占有率越大，其承擔的社會責任和風險也就越大，而面對產品質量可靠性的保證，企業(yè)要做到如履薄冰和全面掌控，否則，隨著產品的種類和產量不斷擴大，以及時間的推移，不及時提升產品的可靠性，注定會付出慘痛的代價。
換言之，如果換了中小規(guī)模的公司，受上述問題影響，因為無法承受損失之重，可能就面臨退市或破產的風險了。
二、電子可靠性工程的概述
如果單從工業(yè)生產和出口的總額看，中國已經成為名副其實的制造大國，但還不是制造強國，要成為制造強國，質量和品牌才是必須具備的要素，而穩(wěn)定可靠的產品質量又是支撐品牌建設的核心競爭力之一。
國內企業(yè)與德美日本領先企業(yè)相比，并不輸于產品功能和應用，而是質量和可靠性的差距，盡管華為和小米等一批企業(yè)在不停的追趕，但總體現(xiàn)狀依然堪憂。
質量和可靠性差的主要原因歸結有：設計水平偏低，不注重硬件應用經驗的積累和沉淀，缺乏電子可靠性系統(tǒng)工程方法。
通過如下問答，可以初步評估一個電子產品企業(yè)的可靠性現(xiàn)狀：
1.公司產品的生產一次直通率和市場返修率分別是多少？
2.公司物料的失效率是否有統(tǒng)計，并且是多少？
3.公司返修率TOP10以內的產品或元器件是哪些？比率分別是怎樣？
4.公司是否統(tǒng)計過單位產品的維修成本？含生產維修與保內維修。
5.公司是否統(tǒng)計過上述質量損失成本是多少，占銷售收入的比例是多少？
產品的可靠性是使用所有物料可靠性的累增，盡管每顆物料的失效率僅有幾十個PPM，但是單板的失效率卻可以達到百分之幾，甚至更高的危險數據。
三、物料選型與認證的意義
物料可靠性既是一項產品工程，也是產品質量可靠性保證的重要組成部分。硬件產品一旦選用了某物料，其質量、可靠性乃至成本基本上60％都已固化。如何確定物料的單體合規(guī)與適用性？如何識別不同供應廠家之間的可替代性與優(yōu)劣性？如何對物料供應廠家進行認證？如何監(jiān)控物料廠家的質量異常波動？
這些專業(yè)技術工作，在華為等部分優(yōu)秀企業(yè)里都有專家團隊來進行研究實踐，并有系統(tǒng)化的流程保障物料優(yōu)選優(yōu)用；而目前許多企業(yè)受限于規(guī)模和管理認知，對此普遍比較薄弱，因此從物料選用開始，產品質量就和業(yè)界領先公司拉開了差距，可以說是輸在了起跑線上。
通過物料可靠性提升的一系列活動，作用如下：
1.提升產品的可靠性，降低因物料問題導致的批次性質量事故；
2.通過物料優(yōu)選、物料歸一化管理來有效降低企業(yè)的經營成本；
3.降低企業(yè)對物料供應商的技術與管理依賴，提高企業(yè)在供應鏈端的影響力和話語權。
目標
電子可靠性工程體系與物料選型及認證管理的主要應用范圍有（包括但不僅限于）：
在企業(yè)內部推行基于物料選型與認證的電子可靠性工程體系，中遠期目標如下：
行動
一、企業(yè)案例信息研究（研究當年該企業(yè)已初具規(guī)模，年銷售額8~9個億，后來最高年售額至19個億左右）
1、物料認證流程
2、與業(yè)界標桿流程之差距
2.1 只有單一的研發(fā)上板匹配測試，沒有對物料單體性能和可靠度的滿足進行獨立而有效的評估；
2.2 小批量試用流轉過程中，沒有有效的方法對物料的一致性、可制造與易造性、應用可靠性等方面進行有效評估；
2.3 在新規(guī)或舊規(guī)替代物料的承認上，過多依賴送樣廠商，欠缺更多自主權，沒有形成統(tǒng)一有效的標準要求，或者新規(guī)物料開發(fā)要求預定；
2.4 在物料關鍵技術指標、關鍵材料、關鍵加工與測試工藝上沒有進行有效識別、管控，致使質量管控、失效分析、物料替代開發(fā)上略顯被動；
2.5 物料選用上的系統(tǒng)認知（質量/技術/采購/加工防范風險）有待加強。
3、基于如下數據，可以看到該公司無論在正常生產維修還是退機返修成本上，都有很大的節(jié)省空間，伴隨著銷售規(guī)模的再擴大化，如果不加控制，其成本占比和損失金額將日趨顯著：
二、電子可靠性工程體系自評
企業(yè)在物料選型與認證管理工作實施之前，應首先基于如下電子可靠性工程體系模型，來測評和認知企業(yè)自身。
1、定義
1.1 電子可靠性工程是保證物料在產品全生命周期中，實現(xiàn)可靠性工作的系統(tǒng)工程。
1.2 簡單的說電子可靠性工程就是通過保證使用可靠的物料，避免物料失效，來保證電子產品的質量和可靠性。
1.3 建立電子可靠性工程流程體系，系統(tǒng)開展物料質量可靠性認證、電子可靠性應用設計，以及對測試、驗證、生產、市場上的失效物料和器件進行根本原因分析。
2、產品生命周期下的電子可靠性工作
3、電子可靠性工程主要內容
三、物料選型與認證實施
物料的選用和認證一方面是為了支持研發(fā)新產品的設計定型，另一方面是為了采購貨源的擴充，從而確保物料和供應商在質量、成本、交付上獲得最佳平衡。
1、物料選型流程
1.1 選用基本原則
1.1.1 物料認證部門識別和維護物料庫中物料屬性等級，比如”優(yōu)選“、”合格“、”不推薦“、”禁用“等。
1.1.2 物料選用必須首先從標識“優(yōu)選“物料中選取。
1.1.3 優(yōu)選物料庫中的物料不能滿足產品應用要求時，方可選用其他屬性物料，或者新物料，新物料索樣應優(yōu)先從合格供應商中選擇，同時啟動新規(guī)物料認證流程。
1.2 選型基本要求
1.2.1 物料的技術性能、質量指標、使用條件、成本和供應商技術制程應滿足產品的要求，并符合公司生產加工工藝要求。
1.2.2 優(yōu)先選用經實踐證明（內部、行業(yè)、對手已大量使用）質量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途且供應渠道可靠、技術與商務支持強、交貨及時的標準物料，盡量不要選用處于工程樣片階段的物料。
1.2.3 應從整個產品設計角度考慮，最大限度的壓縮物料的品種、規(guī)格及其生產廠家。
1.2.4 通用物料必須有≥2家替代物料，如電阻、電容、電感，關鍵物料特別是量大或核心關鍵物料，必須有方案級替代，如主芯片、定制模塊、SDRAM等。
1.3 物料選用考慮因素
1.3.1 物料技術品質（可用性）考慮要素：
a. ESD、MSD
b. 現(xiàn)場不良率/FDPPM ：生產現(xiàn)場不良數/使用該器件總數×10（6） （單位：PPM）
年失效率/YRR：當月返還數/過去一年發(fā)貨總數×12（月） （單位：PPM/年）
c. EMC、安規(guī)
d. 壽命 （如電池、機械開關或接插件）
e. 選用標準件，減少定制件 （憂患始于定制）
f. 物料廠家在公司的歷史表現(xiàn)（無重大質量問題發(fā)生）
g. 滿足生產工藝技術要求
1.3.2 物料風險防范（可采購性）考慮要素
1.3.3 物料成本考慮要素：
在產品開發(fā)時，物料一旦選定，物料成本的60％就已經固化，在滿足應用、品質和商務要求前提下，要獲得好的成本，主要考慮如下：
a. 設計簡化
b. 替代，特殊情況下需要方案級替代
c. 供應商市場占有率低，供應商發(fā)展?jié)摿υu估
d. 和供應商的合作關系
1.4 關鍵物料選型辦法：
1.4.1 關鍵物料特點：
a. 價格高，占產品成本比率大
b. 技術復雜度高，質量/技術分險大
c. 替代性差，替代成本高
d. 一旦選定，獨家供貨 （如GPS/GPRS通訊模塊、主芯片、傳感模組等）
1.4.2 對策：采用業(yè)界通用方法，由采購和研發(fā)技術及其他相關利益體組成物料選型與認證團隊，發(fā)揮各自優(yōu)勢，相互配合，規(guī)避現(xiàn)有的弊端，共同做好選型。
1.4.3 選型方法：啟動物料選型認證團隊運作流程。
1.5 物料替代選型辦法：
替代目的：
a. 防范風險，避免獨家
b. 降低成本
c. 物料升級、停產
d.為新物料認證簡化版本，規(guī)格數已經確定，其余一致。
e. 發(fā)起者：研發(fā)、技術、采購均可以。
f. 臨時性替代：控制風險。
1.6 定制件質量控制流程
適用于公司對外委托開發(fā)的定制件物料，如電池、電源、液晶模組、連接器等
1.6.1 控制定制件的數量
1.6.2 盡可能詳細制定定制件的規(guī)格書
1.6.3 小批量試用
1.6.4 識別并掌握定制件供應商的物料采購、生產及測試過程
2、物料規(guī)格書認證規(guī)范
2.1 物料規(guī)格書是描述公司采購物料的受控性文件，其作用有：
2.1.1 供應廠商進行產品設計、生產和檢驗的依據
2.1.2 工廠品質部門來料檢驗允收與判退的依據
2.1.3 采購部進行采購的依據
2.1.4 對供應廠商產品質量或差異化進行技術認證的依據
2.1.5 研發(fā)部門選用物料的依據
2.2 供應商提交物料規(guī)格書主要構件（包括但不限于）
2.2.1 封面頁：物料名稱/規(guī)格描述/廠商料號/客戶料號/供應商名稱與地址/版本變更履歷
2.2.2 物料包裝規(guī)范與運輸及存儲要求
2.2.3 ESD與MSD以及安規(guī)件要求明示
2.2.4 產品外觀與封裝尺寸及引腳定義
2.2.5 物料的型號與命名規(guī)則
2.2.6 電氣特性要求
2.2.7 環(huán)境試驗要求
2.2.8 機械與熱應力要求
2.2.9 推薦典型電路與設計&加工&應用注意事項
3、新規(guī)物料認證流程
4、舊規(guī)替代物料認證流程
5、變更處理流程
與供應商簽訂PCN協(xié)議，對供應商的變更采取針對性的措施，識別并控制好變更可能引發(fā)的質量問題，規(guī)避風險。
5.1 變更類型（制造原廠或代理供應商應至少提前三個月以書面形式告知）：
5.1.1 制造地變更：包括晶片加工、芯片封裝及測試工廠等的搬遷或切換
5.1.2 設計變更，指任何由于設計問題、以功能增刪或成本目的而導致電路結構的改變；
5.1.3 重要工藝變更，指表面電鍍處理工藝（如PCB OSP改無鉛噴錫）、封裝測試方法變更等；
5.1.4 原材料選型變更，對部件性能有重大影響的芯片、焊腳支架、經過安規(guī)認證的、影響標準化性能指標的其它關鍵性能及型號改變的器件
5.1.5 外觀變更，包括包裝、顏色、物理尺寸、有大亞明文規(guī)定關鍵性標識（絲印、商標）、文字、認證標志等；
5.1.6 版本升級，指出由于任何目的進行的對物料原有固件程序升級或更換版本，根據供應商提交變更的申請與相關報告，評估是否需要重啟樣品認定流程，并做好風險預案。
6、維持認定流程
6.1 因物料質量問題被暫停采購的物料，在供應商提供了整改報告，且不涉及物料變更的情況下，若仍不能完全確定整改措施的有效性，采用維持認定的方式進行驗證。
6.2 該廠商物料連續(xù)兩年沒有購買使用過，重新啟用采購時，需采用維持認定方式驗證。
7、物料系列認定
對同一供應商的采用相同制造工藝生產、功率相同且可系列供應的一類非關鍵器件（主要指片式厚膜電阻、片式陶瓷電容、片式疊層電感、片式磁珠等標準件，以及多PIN排插針），物料認定時只需抽取高、中、低段各1個規(guī)格的物料器件進行認定。
8、供應商認證流程
8.1 供應商認證基本流程，其中3~6可部分并行
8.2 供應商質量認證關鍵要素：
8.2.1 供應商知名度/規(guī)模，以及在細分領域的綜合實力排名
8.2.2 供應商已知交付客戶的質量信譽
8.2.3 供應商的可靠性設計與制程能力保證
8.2.4 供應商的關鍵供應商質量水平
8.2.5 供應商的失效分析能力QPA制程能力
9、資料與封樣件歸檔
9.1 樣品承認工作通過后，將封樣件+物料規(guī)格書+測試報告單獨編號歸檔，物料規(guī)格書必須經供應商加蓋公司公章，多頁情況下有騎縫章。
9.2 供應商承認工作通過后，將供應商簽署的物料技術與可靠性規(guī)范+質量協(xié)議+PCN協(xié)議+環(huán)保協(xié)議+供應商內控資料（QC工程圖+可靠性試驗規(guī)范+關鍵設備清單+產品出貨檢驗規(guī)范，且有公司騎縫公章）交由采購或DCC統(tǒng)一編號歸檔。
10、失效分析能力建設
10.1 失效分析工作的深入展開，有助于查找問題根因，實施改進并引入預防機制，以便直接促進產品質量與可靠性提高，同時，這對積累和形成物料專家認知水平非常關鍵。
10.2 通常企業(yè)的物料不良都交給供應商配合分析，找到原因，但經常得到的答案是供應商物料沒有問題，改善行動容易停滯不前，并且部分供應商會利用技術不對等來規(guī)避和推諉自己的責任。
10.3 失效分析能力建設對策
10.3.1 自主分析，培養(yǎng)自己的物料失效分析專家，并和業(yè)界建立廣泛的聯(lián)系和溝通；
10.3.2 將A供應商的不良品委托給具備資質的B或C供應商進行交叉分析；
10.3.3 配合供應商或者第三方失效分析機構開展失效分析，查找根因，對外部失效分析的過程方法與結論的邏輯性進行評估，反復辯證；
10.3.4 善用DPA（破壞性物理分析），尤其針對封裝類半導體器件，我們曾經通過DPA發(fā)現(xiàn)了包括BCM主芯片、MTK WIFI芯片、Liteon電源芯片、貝嶺電源芯片、德昌玻封穩(wěn)壓管.......，以及PCB和晶振等物料定位了很多供應商責任問題，為最后問題的改善以及索賠提供了有力證據。
10.3.5 所有的失效分析案例必須最終形成完整的報告（問題描述、影響程度、根因分析、改善措施、效果確認）錄入到信息化平臺的案例知識庫，并協(xié)同QA人員共同推動研發(fā)設計、生產制造、供應商等責任環(huán)節(jié)進行相關流程和標準的改進。
11、物料庫
11.1 所有物料的編碼規(guī)則、規(guī)格描述、關鍵字段要設置科學合理，至少一物一廠一料號，且有助于識別和追溯，以及信息系統(tǒng)的數據分析。
11.2 標準物料庫的物料顯示信息字段完整，易查詢，并與PLM物料認證流程記錄、物料規(guī)格書、失效分析案例相關聯(lián)。
11.3 物料庫的物料狀態(tài)屬性顯示：新規(guī)認定中、舊規(guī)料替代、合格發(fā)布、優(yōu)選、失效/禁用、不推薦、質量問題中，每類物料屬性在PLM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)中均有對應約束關系，并由物料認證部門人員動態(tài)維護所屬關系。
11.4 對于研發(fā)尚未選用，但有潛力的新規(guī)或新廠商物料進行提前預認證，對合格的物料完善其物料規(guī)格書、單體測試評價、供應商評價，以備研發(fā)或采購選用、實現(xiàn)精益流程。
11.5 歸一化是物料認證管理工作中的一個重點，物料號要施行額度管理，不能無限制的申請和膨脹，對僵尸料號要定期清理，新增物料不能重復，協(xié)同研發(fā)研究縮小各類物料號數量，減少同類物料太多規(guī)格的情況，尤其是諸如關鍵物料，包括電池統(tǒng)一規(guī)格和結構尺寸、攝像頭統(tǒng)一規(guī)格等。
四、系統(tǒng)化工作支撐
1、體系建設
電子物料選型與認證管理工作要想系統(tǒng)化展開，必須落實如下兩點：
1.1 物料選型與認證的流程、物料規(guī)格書確認規(guī)范、物料認定測試指導規(guī)范、物料技術與可靠性規(guī)范、物料失效分析規(guī)范、物料檢驗指導規(guī)范、物料供應商QPA審核清單、高危與關鍵物料識別清單等都要以流程或規(guī)范的形式正式發(fā)布，并除第一份流程外，其他都應按照物料類別細化輸出，并逐步完成認知和實踐升級。
1.2 物料選型和認證的流程、物料庫、知識庫等盡可能在信息系統(tǒng)上實現(xiàn)，并與其他系統(tǒng)接入聯(lián)動。
2、團隊組建
2.1 物料認證部門可以設置在大研發(fā)或者大質量體系下，保持適當的獨立與權威性。
2.2 專業(yè)的物料認證主管和工程師相對比較稀缺，如果無法直接招募到位，可以根據公司采購物料的多種類型，從關鍵物料類型的供應商里發(fā)掘比較優(yōu)秀的工程師加入，在善用其知識長處的同時，要注意補充短板，形成合力。
2.3 一般來說，物料認證部門可分為兩大類崗位：物料認證工程師、失效分析工程師，其主要職責簡述如下：
2.3.1 新舊規(guī)料號的審核、物料的選型與認證測試；
2.3.2 物料供應商認證與評審；
2.3.3 物料有關的技術與質量文檔制定并落實；
2.3.4 物料的失效分析與管理改進；
2.3.5 供應商制程能力牽引與改進；
2.3.6 量采物料的維持認定試驗管理。
2.3.7 以物料技術與質量專家身份，對研發(fā)設計、供應鏈采購、生產制造、質量管理、合作客戶與供應商等提供工作所需的支持。
2.3.8 以主業(yè)務的功能角色，參與物料庫與知識庫的規(guī)劃、導入、維護、優(yōu)化、推廣。
3、專家培養(yǎng)
3.1 發(fā)揮工程師既有經驗的優(yōu)勢，并以文件和流程形式總結固化下來；
3.2 鼓勵工程師對負責物料自我鉆研，掌握物料所涉及的先進工藝、測試檢驗、可靠性、失效分析等關鍵知識，并包括承擔自己可能并不擅長但相關聯(lián)的物料類別；
3.3 以考察或參訪形式，給予工程師更多到優(yōu)秀供應商現(xiàn)場進行交流和學習的機會；
3.4 邀請優(yōu)秀供應商質量或研發(fā)總監(jiān)來公司內訓，加深細分行業(yè)認知同時，獲取更多有關生產和設計應用失敗的經驗案例；
3.5 通過不斷的測試和失效分析積累經驗，形成新的知識體系，并固化成果；
3.6 與研發(fā)保持良性互動，了解公司產品設計需求和應用標準；
3.7 與專業(yè)第三方資質機構的專家老師保持學習和交流；
3.8 內部輪訓輪崗，形成知識共享、工作互動的局面。
4、實驗室建設
實驗室的能力建設與完善，是物料選型與認證工作開展的必要基石，但因涉及費用投入高昂原因，在實驗室測試與分析項目覆蓋上，要結合企業(yè)場景進行分級分階優(yōu)化組合。
4.1 實驗室大致分為三類：
4.1.1 外觀與功能實驗室：測試范圍包括電氣性能、外觀檢測、結構測量、連接壽命等，比如網分儀、高頻信號源、示波器、頻率計、半導體測試系統(tǒng)、LCR測試儀、顯微鏡、投影儀、X-RAY等。
4.1.2 環(huán)境實驗室：測試范圍包括模擬生產、存儲和使用工作環(huán)境的設備，比如高低溫試驗箱、PCT高壓蒸煮試驗箱、鹽霧試驗箱、耐焊接熱實驗爐、電容器耐久性試驗高頻電源等。
4.1.3 失效分析實驗室：測量與分析范圍物料包括半導體器件、電池、PCB、光電器件等，所需設備儀器諸如SEM/EDS電子掃描顯微鏡、SAM聲學掃描、X-RAY X光掃描、光學顯微鏡、金相切片、塑封膜IC開封等。
4.1.4 用于計量和EMC的檢測儀器不在此列。
4.2 實施策略：
4.2.1 梳理認證物料清單，標識關鍵物料和高危物料；
4.2.2 以“大實驗室”的策略去搭建和組合，將公司已有的可用儀器+合作緊密供應商的可用儀器+友商或朋友資源實驗室儀器，匯總測試儀器與設備清單，標識對稱的可測試項目與物料，定期動態(tài)維護資源，與外部各方保持良好的開放合作及往來關系。
4.2.3 與專業(yè)的第三方資質實驗室簽署合作協(xié)議。
4.2.3 申請政府專項技改資金添置所需的儀器和設備。
4.2.4 通過儀器與設備租賃方式，滿足測試過渡需要。
4.2.4 與生態(tài)鏈兄弟公司或其他合作資源共享的公司，共同投資建立聯(lián)盟實驗室。
思考
在企業(yè)實施有效的電子物料選型后，只有產品的整體可靠性設計以及標準化的生產加工得以有效承接，才使得一個閉環(huán)系統(tǒng)形成。
1. 產品研發(fā)工程師在開發(fā)過程中，應嵌入可靠性分析流程,合理采用可靠性設計方法,如故障模式影響及危害度分析(FMECA)、ESD防護設計、信號完整性和EMC設計、電應力防護設計、容差分析、降額和升額技術、瞬態(tài)熱分析等,并借助相應的仿真工具來保證設計的可靠性。
2. 在產品整體設計定型完成后，生產加工現(xiàn)場對可靠性的影響也不容忽視，導致器件損傷的因素有ESD、MSD和回流焊爐溫、前加工作業(yè)等，所以在EMS工廠的選擇上一定要慎重，如果是自己的生產工廠，更要做好相應的硬件建設、軟件控制。
3. 如果延伸到客戶的使用場景和方式，盡管比較難，但企業(yè)仍應不遺余力的在售前和售后環(huán)節(jié)，教育和引導客戶合理、規(guī)范的使用，尤其避免人為制造的損傷。
這兩年，隨著智能硬件的興起，越來越多的設備都植入了各式傳感器和物聯(lián)通信模塊，改變了產品與人、或設備與系統(tǒng)、或系統(tǒng)與業(yè)務之間的交互方式，什么時候能夠將所有器件級的物料都嵌入和實現(xiàn)感知和通信交互的能力，這也許會改變電子物料選型和認證的方式，使得電子可靠性工程體系的搭建和實現(xiàn)更加簡易。
來源：中國質量俱樂部
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