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品質月刊2004/11,P.81—90,企業職場專欄 — 活用品質知識(9)
    產品可靠度
    翁田山,華魁專業顧問公司總經理 morgan@topchina.com.tw
一、前言
  現已進入本專欄的第九個主題,「產品可靠度」是產品力競爭的核心,可以從多角度面向解讀,從使用者言,是經久耐用、壽命長、少故障,從經營者言,是提高產品形象、售價高、少維修成本,從設計者言,是產品性能佳、足夠設計邊際、故障少,從專業者言,可在嚴格環境下正常使用,產品性能不失真,從學術者言,其故障機率低、成功完成任務機會高,尤其科技產品、工業用品、軍事裝備/組件等,其可靠度程度已成為買賣合約的一部份,本文同前以二個不同角度出發分別說明,即企業執行上常見問題和盲點(稱負面表列),以及企業如何做可以事半功倍,超越同業(正面表列),文中皆為筆者長年工作心得,皆有許多例證,歡迎各界參考指教!
二、企業常見問題和盲點:
1.產品可靠度知識,未能普及於研發設計單位
  參加可靠度課程企業內訓成員,絕大部份是非研發單位(只有極少數傑出企業以研發單位為主),而公開性課程參加學員,最近幾年才逐漸有研發工程師參加,這代表產品可靠度知識,尚未獲研發單位的重視,然而可靠度是要設計進去,生產及工程單位無著力點,品保單位只能做驗證和監督的角色,既然台商企業研發單位普遍不重視可靠度,就代表台商產品的可靠度並沒有競爭優勢,若產品要升級往工業用品、精密儀器、軍事裝備發展,必然面臨重大瓶頸!同樣情況於半導體產品,在產品介紹文件(Data Book)中,很少看到有關半導體可靠度的說明,例如故障率、使用時間/環境相對於產品特性變化情況、應力和強度分佈比較、各種不同元件的加速參數、電子運動活化能的數值等,幾乎完全空白,這表示台半導體並沒有可靠度競爭優勢,但對半導體產業言,可靠度要求是生存要件,所以產品可靠度知識才是台灣未來急切要發展的機會和空間,而最重要的是〝系統廠要能普及於研發設計單位〞、〝零件廠要能深耕於製程整合技術〞,因可靠度是設計進去,是產品技術(系統品)、製程技術(零組件)的一部份, 若欲提高產品可靠度且不增加成本,是需要設計上、技術上、材料上、零件選用等有所創新突破,這才是產品升級的核心能力,愈先進國家其企業就愈重視產品(含零件、裝備、系統)可靠度,相對產值、單價也較高,這是世界產品鏈的自然趨勢,台商應認清此事實,會做產品來銷售只是開始,能做頂尖產品(可靠度佳)提高利潤,才是持續生存、成長的要件,但這都要從研發/技術單位開始,並普及成為一種設計規範、準則,不能只靠品保的驗證、監督,是緩不濟急的!

2.大部份設計者觀念,仍然受限於規格範圍
  在1980前的產品品質觀念是〝符合規格〞(Confirm to Spec),測試也以規格公差極限值(如:A ±10%,即測A+10%和A-10%的範圍)為最高測試條件(稱〝4 Corner Test〞),若有超過規格範圍測試,則視同無效,有問題故障,設計者也不予理會!但以後發現縱使測試合格並不代表什麼,市場仍然有故障發生(如落下試驗合格,市場仍然發現有外殼裂問題;電源輸入合格,仍然有電源輸入故障問題等),因此就提出除符合規格外,應有足夠設計邊際(Design Margin)概念,以減少市場故障機會,進而在規格範圍內測試已找不到問題,不同廠牌零件/產品也無從比較優劣高低,於是測試觀念改為比較性(非絕對性之Pass或Fail),方法上則深入了解各廠牌的設計邊際有多大,愈大表示愈佳,市場退修愈少,優劣比較立即現形,故世界級公司內部於1980年代中期即持續改變測試觀念和方法,直至1995左右才有正式文章,要打破測試規格框架,方法則不依相關規範、標準,以實際使用角度,自訂方法,找出設計邊際或機能界限或故障界限,除比較產品優劣外,並深入故障分析了解產品設計弱點,若是自己設計的產品,則設法不增加成本下,解決產品的弱點(從經驗角度,8成問題皆可不增加成本解決問題)!
筆者自1990年起即開始介紹上述觀念和方法,並舉台半導體曾被日本世界公司認證測試的例子,雖然受訓者皆能接受,但畢竟研發設計者成員尚少,故台商大部份研發設計者的測試概念,仍然受限於規格框架內,這是可靠度推展主要障礙之一,真不知世界已如此進步,居然還有許許多多〝井底蛙〞正等待被開導和教育呢!

3.設計者並不了解零件/材料的特性及變化
  若對系統產品施加逐步應力測試(SST)直至故障為止,經故障分析大部份情況會發現某些特定零件很容易出問題,再進一步追查其零件特性參數(耐壓、電流、溫度、波形、偏壓等)和故障的關連性,我們就會質疑例如:(1)溫度提高,為何特性變差 (2)輸入波形失真,為何故障增加 (3)耐壓不足 (4)偏壓降低,為何電流大增而故障 (5)低操作溫度下,為何消耗電流增加等,其實這些質疑就是設計者事前並不了解零件特性及變化,貿然使用某零件的結果,通常系統產品設計者最欠缺零件知識(零件特質、變化、可靠度),以為電阻只用其〝阻抗歐姆值〞,不知有溫度系數、雜音係數、頻率效應等,以為用電容只用〝容量值〞,不知有漏電流、電壓額定值,電壓改變容值等,又如電解電容故障率高應少用、鉭質電容於溫度高時故障率大增、變壓器的導磁系數和漆包耐熱等級是影響可靠度的關鍵、陶瓷電容便宜穩定可靠度又佳、半導體基材及製程方式是可靠度原點且典型活化能愈低者愈佳等不勝枚舉,只要足夠了解各種零件特性及變化,自然很容易使用適當的零件可靠度提高,成本卻不增加,甚或降低。
  零件產品也是相同情況,通常零件廠商工程師較了解製程技術(含設備能力),但對下階所用材料特性卻不是很清楚,例如塑膠材料有溫度軟化點、二次料添加率會影響承受應力強度、封裝製程的黏著劑亦有散熱性能、封裝材料之凝結製程和引腳所能承受應力強度有關、背光板或LED所用填充劑材料的光效應不但重要且亦有散熱效果,印刷線路板內隔層材質的膨脹係數/絕緣阻抗/吸水性和可靠度有關等,同樣也可舉許多材質特性及其變化,和可靠度之間的關係,這就是為什麼強調設計者要能深入了解零件/材料的特性及變化,對可靠度提升會有很大的助益。

4.零件資料文件(Data Sheet或Approve Sheet),皆欠缺可靠度描述
  所謂可靠度描述,是指故障率多少,如何計算,基礎資料庫又何來,或指產品特性(Y軸)和使用時間(X軸)變化曲線,或重要產品性能(Y軸)和外部使用環境應力(X軸)變化曲線,或故障率(Y軸)和外部應力(X軸)的變化曲線等;若為材料的可靠度描述,則針對壽命特性(絕緣、耐壓、耐溫、熱傳、強度、光學等,Y軸)和時間或使用應力(X軸)之間的〝老化曲線〞來表達,若為機構件,則較傾向於在特定使用環境下的材料強度分佈為何,其出現故障的機率又如何等,這些可靠度特性資料是如何產生(用實驗或使用資料統計或參考國際文件等),如果設計者選用零件前能仔細了解上述技術文件,並有適當思考邏輯(即可靠度佳,性能好,價格可接受),則不用擔心系統產品可靠度會差到那裡去,但目前國內卻面臨 (1)供應商所提供的零件技術資料(含半導體),有關可靠度部份完全欠缺 (2)設計者不會看也不會要求供應商提供此資料文件,這也是台商普遍沒有可靠度競爭力因素之一。

5.過度強調學理數學運算,忽略提升產品可靠度本質
  可靠度是一種應用科學,利用成熟的數學統計概念、已知的物理特性原理和試驗/管理知識去提升零件、產品、系統的可靠度水準,因學術界較強調學理探討,不知不覺中就走入數學統計領域,而忽略如何提高可靠度的應用界面,企業界直接面對實體零件、產品問題,傾向如何解決問題,對學理探討反而沒有興趣,因此可靠度課程講授之老師和學生若為不同領域者(如老師為學術界,學生為企業界),就產生極大的學習認知斷差,同時也造成相互間的誤解,其實可靠度是一體多面,只要能融會貫通,從任何角度解讀,同樣可達提升可靠度的目的,早期的可靠度教學過於強調數學統計運算,或強調軍事裝備武器系統可靠度,動不動就談數學及軍規,真把企業界的學生搞得一頭霧水,這也是企業可靠度推展緩慢原因之一,不要過度強調學理數學運算,而迷失自己;例如:電子產品的故障呈指數模式,就拿來使用,不要再去證明是呈何種分佈,真的若有例外則後續試驗和市場回應數據即可反證之!又當試驗數據分析使用中階值法代入時,不要再去探討中階值法的適用性,而予懷疑!又如實驗分析使用韋氏機率紙,找出特性壽命、斜率時,就不需花很多時間去演算,韋氏分佈及方程式來龍去脈等;有些人真的誤解產品可靠度就是一堆數學,來推算故障率和成功完成任務的機會,而忽略提升產品可靠度的本質,其實完全不懂數學也可以做好產品可靠度,例如:(1)教導做實驗、試驗找出產品弱點,加以改善 (2)教導建立製程篩選作業,第1年退修率即可明顯下降 (3)指導零件使用減額準則,建立規範,即可大幅提升可靠度等,這些只需正確觀念和方法,數學根本用不上呢!

6.傳統驗證測試方式,已不符所需
  數年前曾協助某上市公司且又獲國家品質獎,當時發現該公司的產品壽命試驗居然置於辦公室內,我不經思索脫口即說〝你們壽命試驗,嚨做假的!〞,因為此試驗完全沒有加速概念,投入資源多卻找不到問題,所以不是安慰自己就是騙客戶!還有製程篩選過程是黑盒子作業完全沒有任何記錄,又如何能分析呢!還有某上市公司設備完善,美式廠房,工廠潔淨如新,當看到可程式設定環境試驗室正在做環境試驗時,居然發現是25℃環境條件,和放在外面辦公室內並沒有差別,不但沒有加速且設備又沒有發揮作用,由此可知該公司的可靠度知識貧乏,投入很多資源卻沒有效用,做秀的意義大於實質!
傳統驗證測試方式,例如:(1)做靜態(同批進出)壽命試驗,問題追蹤速度慢,應改為動態方式 (2)若壽命試驗並未有加速,欲快速取得產品資訊,應施加溫度、電壓、電流等應力參數 (3)壽命試驗以時間為基軸,時間較長,在目前快速工商環境下,已不符所需,可考慮用高度加速試驗或用逐步應力測試(SST)取代之,可快速取得產品決策資訊 (4)溫度循環測試,都找不到問題,自我安慰其實若真的有問題,是品質而非可靠度範圍,因溫度循環對產品的衝擊很小,找不出產品潛在弱點的,應改為〝溫度衝擊試驗〞 (5)貯存試驗(存放於高/低溫下,及/或高濕環境),因電子零件最差額定是85℃加上設計邊際,至少都有100℃以上,而低溫存放更不是問題(重要的是〝低溫啟動〞),若不考慮塑膠軟化問題,貯存試驗通常也是自我安慰而已! (6)機構衝擊試驗,因向量分散,應力減小,倒不如用落下試驗取代較實用! (7)振動試驗,含包裝外箱靜態(不加電源)振動是找不到問題的,有繼電器(Relay)及玻璃零件是不適當做振動試驗的,整台成品裸機靜態亦找不到問題,振動重力加速度如果1g以下也找不到潛在問題,對電子業言,振動對偵測不良焊點有效,所以最好能以基板組裝(PCBA)加電源、訊號測試,而振動量5-6g為宜,自然就可以找到產品焊接的弱點;以上是隨手舉例很多傳統試驗做法已不適當,若不去檢討改善,只是浪費資源,做做秀對外行客戶還是有效的!

7.成效不彰的可靠度推行方式
  可靠度推展軌跡似乎和品質路徑相似,品質推動開始由品保單位一肩挑,之後才影響到生產及工程單位,再向前影響研發設計品質,台商發展可靠度絕大部份皆從品保的驗證測試單位開始(一般稱PA/DQA/QE/QR等),初期的測試條件及故障一定會和研發工程師有爭論,經深入了解後才會逐漸讓研發單位支持,繼而設法建立設計準則,而驗證單位的方法也不斷創新,可用最少的資源得到最大的產品弱點資訊,這個過程幾句話就可說完,但卻要經歷許多時間的衝突、疑惑、了解、學習、支持、自發最後才成為開發過程且標準化的一部份,筆者曾教導傑出企業,一開始就從研發端學習可靠度,果然一路成長從未衰退過,產品也愈多元,最終成為企業集團,這是有遠見公司不用走傳統路徑,而直接進入核心,少走冤枉路,跳躍式成長,觀念差之毫厘,結果卻差之千里之故啊!於此特別提醒所有台商產品可靠度推展,若從品保單位開始,會成效不彰原地踏步,向前走三步又後退二步半的道理,最好能一開始就從研發要求,只有向前走步,是不會向後退的

8.隨便指定主事者,阻礙可靠度推展
  當企業有意願推展產品可靠度時,另一種可能負面問題是指定不適任的主事者,筆者曾輔助許多顧問個案,也有少部份推展不順情況,其中涉及研發主事者占多數,雖然可靠度是設計進去,若能由研發直接涉入和展開,效果最佳,因此就隨意指定一名研發經副理負責全案推動,方向似乎正確,表像也頗為合理,但若主事者有下列情況,將會一事無成:

  • (1) 完全技術導向,只用技術語言溝通這會關閉不同觀念、方法、知識管道,造成狹礙性盲點。
  • (2) 例行工作沉重,無暇照顧專案推動,找代理人虛應配合,因此原地踏步,不動如山。
  • (3) 排斥專案計劃,因不列入考績,最高當局又不強調和鼓勵,做好應該,做壞要賠。
  • (4) 個人心理因素,有的排斥外來顧問(心理自認為老闆否定他),有的一知半解又自滿,不參加相關課程,有的無心接案被迫負責,有的不認同可靠度與其何干,當然計劃推展停滯。

以上經營者若能重視並加以排除,用心指定主事者及配合團隊,產品可靠度不能升級真的很難!

三、何為正確觀念和方法,可事半功倍超越同業
1.可靠度四構面相互為用,互相關聯且可各自表述
  根據美國太空總署對可靠度不同解讀為〝性能/風險管理〞(Performance/Risk Management),由四個不同構面所組成,即(1)產品性能技術(Performance-Based Technology) (2)使用時間(Time-Based Issues) (3)空間環境(Spatially-Based Issues) (4)風險機率(Risk-Based),此四大構面皆可確定其中三項來預估其第四項,例如:
  • 1.1 上市產品(性能確定)在辦公室使用(環境確定)每年(使用時間確定)退修率為多少(求機率)?
  • 1.2 辦公室(環境確定)資訊產品(性能確定)其平均(風險固定)壽命(求使用時間)為多少?
  • 1.3 欲設計通訊衛星(環境確定)在三年(時間確定)尚可正常使用機率為95%(風險5%確定)的要求,此衛星性能要如何設計(求產品性能技術)?
  • 1.4 某機構零件所能承受扭力強度分佈已知(性能確定),要求使用10年(時間確定)後,尚可正常使用為99%(風險1%確定),其適合使用環境應力(求環境)為何?
以上可知此四個構面相互影響,互有關聯且可各自表述,於研發設計者習慣用產品性能特性(Performance-Based)表達品質/可靠度程度,於客戶使用者習慣用產品平均壽命(Time-Based)表達可靠度,於學術研究者經常使用故障率/成功率來(Risk-Based)表達可靠度,於專業測試者經常使用測試環境及應力(Spatially-Based)了解產品可靠度程度,無論從那一個角度出發,皆殊途同歸,若能融會貫通,則對可靠度觀念、表達方式、問題分析、對策研擬、提升改善等皆有明顯助益。

2.產品競爭已超越規格範圍,而是比較產品相互的強度極限
  從客戶角度,傳統的零件、成品或裝備的承認是依規格書內容範圍,加以測試確認是否符合,但若所有供應商根據承認書皆確認合格時,又如何分辨那一家的零件、成品較佳呢?!又如果測試皆合格,能不能代表市場使用皆不會出問題?!若測試合格不能代表那一家零件、成品較好,也不代表市場不會出問題,那麼這種測試方法何用,這就是目前傳統測試規格範圍的盲點,以前這樣做現在也這麼做,使用看不出問題的測試方法,不知改善和創新,這就是大部份台商尚不能體會,「大家都在進步的環境中,產品的競爭力已不再滿足符合規格範圍」,而是需要超越規格摸清零件、產品的最高能耐(即摸底),能耐愈高,性能愈佳,市場出問題機會就愈小,就可以比較下決定優先採用那一家的零件、成品了!因此這是一種比較,若同樣規格合格,但產品能耐(如耐電壓、電流、絕緣阻抗等)不如別人,就代表市場機會少、售價低於別人、市場退修率會比別人高,難道我們喜歡這種負面經營方向!因此新的測試方法,已改成超越規格,且比較產品相互的強度極限(即產品機能界限),一些傑出台商已和國際同步改變新的測試方法,但仍然有絕大部份台商和工程師,盲目在井底下努力幹活,不管外面世界如何,老是喜歡用舊方法做事,真不知有一天沒市場/失去工作機會,還不知怎麼回事的不知不覺者,大有人在!於此撰文,再度強調〝不要被規格範圍筐著,打開框框海闊天空,只是一念之差而已〞

3.可靠度來自設計概念,進而建立設計準則
  可靠度本來就是設計進去(Design for Reliability,DFR),從使用需求開始,界定使用環境,期望可使用時間及成功完成任務的機率,經可行性分析、評估,若為可行則開始進行可靠度設計,大系統則先考慮各小系統之間關係、可靠度模式與配當,若初步可靠度預估比較是可行的,就著手深入子系統的組件設計和零件選用,子系統可視為獨立產品,其各組件(例如電源、發射、接收、中控、儲存等)設計之性能/可靠度差異性很大,除專業之技術領域外,接下來是會不會找適當的零件來用(稱之〝零件選用〞),而且電子零件在線路上所承受的應力和溫度,必須在可容許範圍內,機構零件所承受的應力(壓力、扭力、拉力、振動、衝擊等)需考慮最惡劣情況和例外使用情形,其零件性能強度尚足以承擔,若可靠度尚有疑慮,則進一步深入零件使用應用面的可能變化,設法穩定或少變化,例如(1)輸入電壓、電流、訊號之穩定控制 (2)零件溫升控制或散熱 (3)溫度系數之補償設計, (4)容量變化之修正 (5)電源轉換,脈衝之防止 (6)寄生電感、電容之消除 (7)軸承使用變數之防範 (8)塑膠成形件之軟化點之要求和管制 (9)轉動/拉開/搖擺件之周邊材質承受應力之配合 (10)機械內應力用熱處理解決等,以上若能考慮和解決潛在應用面的可靠度問題,則大致可靠度設計已定,假使上述知識(可行性分析、模式與配當、初期預估、組件設計、零件選用、應用面變化等)只在某些資深設計者腦中,將來一定會產生重大設計性差異(少數資深者無法全面照顧,及資深者可能異動),為解決此問題,自然需要建立設計準則才不會各做各的亂了套,因此可靠度源自設計概念,進而建立設計準則

4.產品可靠度設計先要了解各零件特性及變化,源自零件選用
  系統產品設計者的最大弱點在〝對零件認識不足〞,同樣的設計概念、架構、線路、結構,使用不同零件對產品性能/可靠度仍然會有很大差異,所以有必要深入了解各零件特性、參數及變化,在何種情況應使用/選用何零件,現舉例於下:

  • 4.1 電子零件部份:(1)主元件盡可能選低電壓、低功率、低電流、低熱源者 (2)電源變壓器、訊號變壓器、風扇/馬達等之繞線線圈耐熱等級及絕緣耐壓水準是可靠度主要影響因子 (3)使用頻率愈高或/及功率愈高者,可靠度就愈低,選用上就需考慮 (4)訊號有輸入及輸出者,輸入容許公差愈大愈穩定,輸出公差愈小愈佳,出問題機會愈小 (5)少用電解電容及膽質電容,因其電解液易消失故障,加上對溫度變化較敏感,故障率高 (6)玻璃封裝零件(電容、半導體)對溫度變化很敏感(溫度高,故障率快速升高),而陶瓷材質對溫度變化最為穩定 (7)應力比(即工作值/額定值)愈高可靠度愈差,所以要考慮較低的工作值或提高額定值,此即減額使用概念 (8)熱源無法解決,設法提高散熱效果,直接影響可靠度 (9)矽電晶體無論高頻或低頻,JFET比MOSFET可靠度好約三倍 (10)各種零件對〝特性(Y軸)對應力(X軸)曲線〞,或〝特性(Y軸)對時間(X軸)曲線〞斜率變化愈小,可靠度愈佳。
  • 4.2 機構零件部份:(1)機械疲勞(Fatigue)和材質老化(Degradation),是機構零件可靠度主要影響因素 (2)機構件存有內應力,設法消除,否則會影響可靠度 (3)軸承件的潤滑油流失及污染問題是故障主要關鍵 (4)零件本身能承受應力分佈,和使用環境應力分佈就可以了解可靠度程度 (5)轉動、運動件有壽命問題,即其可靠度和潤滑油、磨擦力、材料老化等有關 (6)機構件承受應力,更需要有減額定概念。
以上若能深入了解各個零件製程、特性及相關變異,於特定時空環境下使用適當的零件,不但對產品可靠度極有助益,更有甚者性能好、可靠度佳,反而可節省成本呢!因此產品可靠度設計源自零件選用,也是設計者必備基本能力之一。

5.各種執行面進階解讀:設計、驗證、量產、退修階段可靠度
  為提綱挈領讓企業界對產品可靠度管理有進一步認識,依前後順序分成幾個階段,分別說明每個階段可執行事項於下:

  • 5.1 產品設計階段:若為客戶委託設計(ODM),則依客戶訂定之可靠度規格為目標去設計,若為自我品牌,需自訂規格者,則需考慮:(1)使用者定義 (2)使用者環境,(3)明定故障定義 (4)產品可靠度目標 (5)使用性目標 (6)產品機能、性能目標等,依不同可靠度表達方式,若可靠度規格已定案,接下來設計可執行空間有:
    • 5.1.1 展開可靠度模式(串、並、複聯)及配當計算,以符原可靠度規格目標或超越。
    • 5.1.2 初期可靠度預估,用外部市場相似產品比較法,或複雜度比較法,預估是否可行。
    • 5.1.3 預估可行,則進行組件設計,各組件亦可採用現有高可靠度模組使用。
    • 5.1.4 組件確定,接下來就是找適當零件,稱零件選用,相關知識如前節所述。
    • 5.1.5 應用面的調整修正,經初測發現尚有不符目標時,應即時調整修正之。
    • 5.1.6 從手工雛形樣品,可實測得各種零件承受應力、溫度狀況,執行完整的可靠度預估。
  • 5.2 設計樣品驗證:手工雛形樣品因數量少只能依零件應力分析、零件計數及相關資料庫( MIL或BellCore)做可靠度預估,此時只能提供約略值,尚不能證明是否可達成,因此有必要執行成熟樣品的實際試驗證明之,現以不同樣品階段敘述如下:
    • 5.2.1 成熟設計樣品階段,指零件皆由正常生產而來,如成形件由模具射出而來,沖壓件由模具壓沖而來,電子零件從正常生產而來,驗證項目大致有:
      • 產品基本功能、性能、安規等,確認沒有設計上的問題。
      • 設計機能界限(即設計邊際、破壞性等之測試)測試。
      • 易製化(量產性)評估,含製程參數能力、量產性設計(DFM)、易測性設計(DFT)等。
      • 環境及加速壽命試驗(含裝運、儲存、電源、標準測試等)。
        以上從〝機能界限〞(Function Limit)測試及加速(或高加速)壽命試驗,即可被證明產品可靠度,達何種水準,且可和上一代產品及競爭者產品比較之
    • 5.2.2 試產產品階段:即正式大量生產前的試產,經由正式量產產線而來,前設計樣品驗證,經問題解決、改善,新樣品即為「量試產品」,其確認測試項目有:
      • QC工程圖/製程管制基準確認,將如何生產的各種條件、參數確定下來。
      • 良率、效率、易製化之確認,同時決定是否可就緒大量生產。
      • 生產之治具、工具、設備等最佳化確認,外加人員之教育訓練。
      • 可靠度最終水準展示(應高於設計樣品驗證),建立製程篩選及可靠度監督機制。

      此階段的可靠度展示值最具代表性,且應高於目標值,通常利用此值計算退修率。

  • 5.3 大量生產階段,在可靠度部份可執行事項,主要有製程篩選剔除早期故障,另為可靠度的監督機制,現分述如下:
    • 5.3.1 製程篩選,此為製程(Process)一部份,主要是剔除早期故障,通常施加應力參數有高溫、電壓、振動、高低溫衝擊,早期稱之環境應力篩選(ESS,Environmental stress Screening),近期使用高加速應力篩選(HASS,Highly Accelerated Stress Screening),企業界一般只加溫試跑用燒入(Burn-In)或老化(Aging)用語取代之,此部份應有很大的改善空間,絕大部份企業執行者,皆知其然而不知所以然,隨便亂做全天下是也
    • 5.3.2 可靠度量產監督機制,此為抽樣非全檢,是一種試驗以防範大量生產所有可能的疏失,含工程變更、零件變異、製程異常等因素,早期稱〝持續可靠度測試〞(ORT,On-going Reliability Test),近期使用〝高加速壽命試驗〞(HALT, Highly Accelerated Life Test),此機制不可省略,舉凡產品設計驗證階段到大量生產,皆有需要執行HALT,快速收集產品使用資料,以利管理決策,更何況量產監督機制,是所有可靠度出貨前最後一道管制活動。
  • 5.4 市場使用退修階段,主要機能在〝滅火〞、〝救援〞、〝修正〞、〝防範〞,分述於下:
    • 5.4.1 滅火,即快速解決客戶面臨問題,通常由行銷客服單位(稱FAE,Field Analysis Engineering)負責,在〝滅火〞行動中,有少部份和產品可靠度有關。
    • 5.4.2 救援,即例行的退修服務處理,雖然不急,但因使用一段時間產品故障需要維修,方能續用(稱RMA,Return Material Authorized)這是正常的售後服務,其累積資訊經整理、分析,是極有參考價值的。
    • 5.4.3 修正,即短期從維修資料,發現有傾向性、整體性問題時,應即時通知目前生產單位及研發設計者,做必要即時的產品修正,短期對策。
    • 5.4.4 防範,即長期一勞永逸的可靠度對策,如設計架構、線路盲點、主元件特 質、零件個別性問題等,有了經驗做為下一代產品設計改善要項,甚可轉 換成為設計準則,適合所有產品、機種用。

    以上市場退修是可靠度結果的最終表現,就需要利用這些數據,資料去反推以前的假設是否合理,以及設計、驗證、量產各階段有否疏失,經分析、檢討提出可以做得更好的方法,下一代要比這一代產品可靠度更好!

6.認識可靠度需求及規格訂定表達方式
  可靠度需求是產品規格的一部份,而產品規格訂定的源頭是市場要求之分析和評估,因顧客對產品或裝備使用目的和專注(Focus)不同,就產生不同的需求方式,以下針對不同需求方式,分別簡介於下:
  • 6.1 從產品企劃到可靠度需求,通常此為工商產品,從市場角度出發,經市調產生工程規範,才建立產品規格,另一種方式是經由品質屋的品質機能展開,到建立可靠度規格。
  • 6.2 使用時間和環境要求,若為工商或工業產品,前者較重視可用多久的壽命概念,而後者已把時間轉化為環境概念,因工業較強調對環境的適用性,如高溫、低溫、高濕、高壓、高塵、密水性、強酸、強鹼等,若能在特殊環境下順利操作,再談可能故障率為多少。
  • 6.3 市場退回維修要求,從行銷和事業經營角度,要降低售服成本最真接的方法是降低市場退修率,其最好的方法是提高產品可靠度及出貨前過濾早期故障
  • 6.4 產品性能強度/環境應力要求,若為專業的使用者,且很在意故障(因會產生巨大損失),就會從產品所能忍受的性能強度和使用時的外在環境應力比較,並算出可能出事(即故障)的機會。
  • 6.5 成功完成任務機率要求,當系統很複雜時,我們就會在意整體能否完成任務的機率,若發現成功率不高,就會考慮使用系統複聯模式,提高完成任務機率。
  • 6.6 運輸、貯存、意外之要求,產品不能只要求出廠完好即可,而是客戶買來開始使用及不經意人為疏忽下,皆能正常使用,所以就要考慮運輸、貯存、意外之要求。

  以上因不同需求,會有不同之表達方式,例如:(1)從大眾使用角度,用平均故障期間(MTBF)或平均壽命(MTTF)表示 (2)從設計者角度,會以性能思維,如絕緣、耐壓、耐電流等 (3)從專業使用角度,會以操作環境範圍,某特定的故障率表達 (4)從統計角度,在壽命上會加註信賴水準,環境應力及產品強度會用分佈表達 (5)從學理角度,會強調故障密度、系統模式,成功完成任務機率 (6)從經營者角度,會重視市場服務成本,希望降低市場退修率,進而希望產品有好形象,可賣較高的價格。

7.製程篩選,剔除早期故障執行面探討
  因企業界對製程篩選執行皆有不足,特此提出補述,希對企業執行面有所助益;製程篩選主要目的是剔除早期故障,但電子產品的早期故障約5000-9000小時之間,所以完全剔除是有其困難,但若沒有加速只做24小時或48小時的助益也是有限,因此就有必要研究更有效的篩選方法和條件,例如:(1)溫度參數的篩選方法,只對電子零件有效 (2)振動的篩選只對焊接、焊點有效 (3)高低溫衝擊,對子系統匹配及疑難雜症有效 (4)輸入電源變化高低壓、脈衝、開/關等,對電源部份有效等,但事實上企業界通常只執行溫度參數,有的常溫沒有加速,有的只比正常使用高10℃(只有加速2-3倍),頂多高20℃(大約加速4-6倍而已),所以企業界所做的篩選,頂多只是對電子零件有效的燒入(Bun-In),尚有其他的製造工藝問題(焊接、組裝等)及設計匹配、電源等的早期故障皆未涵蓋,故整體效果是很微弱的!甚至有些公司產量倍增,而篩選空間設備不增添條件下,不但不會分析亦不知加速可使時間縮短,反而直接把篩選時間減半,配合上面意圖,做駝鳥把廠內可以發現的問題,延後交給客戶、使用者、灼傷信譽,外加付出更高售服費用,嚴重的話拿未來訂單陪葬!接下來要如何分析,篩選時間條件是適當的,實用上有二大思維, (1)從買賣角度篩選後的故障率要小於規格值(即λspec), (2)從早期故障理論模式,盡可能篩選掉主要早期故障;前者需要相關數據做比較,而後者需要運用〝高度加速〞(至少同時執行二種以上應力參數)概念,如加速倍數若有500倍,篩選10小時,就有市場使用等量時間5000小時,效果最佳!前者從買賣角度的篩選思維是必要條件,後者若能執行則最佳,但需深入了解產品特性和各種應力之關係,才知找到最適當的高加速條件,加速又不破壞產品原有物理定律,因此要有前置規劃和實驗安排!其實一個管理優良企業,平時對製程篩選問題皆有長期對策,一段時間早期故障就會消失,經分析早故障不明顯或消失,就不必去執行製程篩選,但根據經驗法則,此種傑出企業台商少之又少!於設計及製造工藝若能幾乎完美,早期故障或許不存在,當然也不必執行製程篩選,但此理想很難達到。

8.從無到有,如何推展產品可靠度
  若對產品可靠度知識完全空白,既不知客戶規格可靠度說些什麼,也不了解自己產品水準,那麼要如何推展可靠度呢!當然先要有企圖心,企業主要能感受產品可靠度,是事業成長機會之一,或有危機意識,產量愈多市場維修費用愈高的壓力,接下再思考推展可靠度最終目的,例如:(1)看得懂客戶報價規格,並能計算售服成本 (2)建立從設計到量產的可靠度制度,可維持、監督、改善相關問題 (3)對產品面能知已知彼,了解自己且和同業比較又如何;以上通常是推展可靠度初期目的,後續就要組成責任者和團隊成員,以及如何執行的計劃,其核心的執行架構,如下圖所示,對人員教育訓練、執行產品可靠度各種試驗、改善和建立制度、外部顧問協助等是必要的。

四、結論和建議
產品品質的競爭空間已愈來愈少,且愈往複雜化、精緻化、高級化發展,目前台商的產品領域也逐漸升級,產品競爭力已逐漸轉移到可靠度領域,然而可靠度是一種應用技術,過程需要整合不同領域技術,本質上是設計進去,能被證明,市場被認同,最終建立各種設計規範,減少變異,本文正負面共列16項,若能善加運用和落實執行,必能協助企業產品升級,往高產值、高利潤方向發展,但尚需經營者有強烈企圖心和許多具知識、能力的執行者共同完成,對整體台商族群言,尚有極大的努力空間,成長機會尚需把握,於此與各企業主共勉之!