2.3.2　元器件可靠性保障体系

元器件可靠性保障是一项系统性工程，从元器件孕育到元器件寿命终结，涉及元器件供应商、电子设备供应商、设备使用者、设备的维修保养，为了向客户提供高可靠性产品，大部分优秀电子产品供应商建立了自己的供应链管理体系，与产品的直接供应商（一级供应商）形成协同与合作关系，直接参与一级供应商质量管理，参与对一级供应商的供应商（二级供应商）的质量监督，与一级和二级供应商签订严格的质量保障协议，对于影响可靠性的元器件失效，要求在一定时间里给出质量回溯报告、失效根因分析报告及改进措施，通过持续发现元器件设计和制造相关问题并不断改进，达到持续提升元器件可靠性的目的。

在供应链管理体系中，元器件的可靠性会映射到一系列与可靠性相关的活动中，图2.5是产品全流程中与可靠性相关的一些指标，这些指标反映了产品全流程的质量状况，与元器件的全流程质量保障水平有较大关系。

在现代管理体系中，以职能分工进行管理，对于一个具体的产品，企业组建集成产品开发团队，各职能部门依据产品可靠性保障策略对元器件进行质量管理，建立元器件可靠性质量度量体系。

元器件的可靠性问题会在各个环节暴露出来，问题越早暴露，产生的质量成本损失越低，如果能在产品投放市场前拦截住所有的元器件问题，元器件都不会在使用中出现可靠性问题，不会形成对客户的困扰。产品全寿命期的元器件可靠性保障体系指标可以基于职能部门的业务分工和责任进行量化，并根据结果评价职能部门的管理绩效。

1.采购部门职责与任务

采购部门通过对供应商的认证和协商，购买到符合可靠性要求的元器件，质量部门对元器件进行质量检验，生成物料质量度量指标，如LAR（批接受率）、RIDPPM（来料缺陷率）、FDPPM（生产缺陷率）可直接反映出元器件的供应质量，而元器件优选率、元器件认证合格率、供应商认证合格率则可反映出公司对供应商质量管理工作的评价。

1）LAR（Lot Acceptable Rate，批接受率）

大批量生产前提下，物料的采购中不能采用逐个检验的方式，且现代元器件一般采用密封封装，为了防止封装吸潮、引脚表面氧化和ESD损伤，一般对物料进行批次抽检，得出批次合格率，即（合格批-不合格批）/总接受批。现在元器件缺陷率极低，采用现行国家抽样标准很难发现元器件问题，但各设备制造商仍会依据容易出现问题的项目有针对性地进行质量抽检。

2）RIDPPM（Received Incoming-material Defective Pieces Per Million，来料缺陷率）

某些关键元器件对单板可靠性影响极大，进入元器件库之前会被逐个检测，这时会检出来料缺陷率（RIDPPM）。由于要逐个检验，检验成本较高，因此只对特殊的、已检验的物料采用。

3）FDPPM（Factory Defected Pieces Per Million，生产缺陷率）

FDPPM（生产缺陷率）是生产过程中元器件缺陷数量与生产总量之比，这是电子设备制造商使用较多的衡量元器件质量的指标，并作为生产过程控制的一个关键指标。当该指标超过一定阈值后，将停止产品生产，找出原因并落实改进措施后才能继续生产。

4）元器件优选率

电子设备制造商会对供应商提供的元器件进行等级分类，一般分类原则为TQRDC（T—技术，Q—质量，R—响应，D—交付，C—成本）综合评分，并依据关键指标将供应商的元器件分级。元器件优选率指整个采购系统中优选的元器件数占可采购元器件编码数的比例。优选元器件的一个基本特点是有替代供应商，供应商为了提升自己的客户满意度，会持续提高其元器件的可靠性。

5）元器件认证合格率

针对供应商提供的元器件，按设备制造制定的元器件规格进行认证，合格比率即为元器件认证合格率。目前国内很多企业直接采用供应商元器件规格书中的指标，这其实没有对元器件进行认证。元器件认证主要包括三个方面：①功能和性能的认证，由硬件设计和测试部门执行；②加工工艺认证，由工艺部门执行；③可靠性认证，由可靠性部门执行。

6）供应商认证合格率

供应商的行为和态度是决定元器件可靠性的关键，元器件认证应该在供应商认证合格后进行，供应商的认证基于TQRDC的基本要素，如是否愿意提供技术服务、提供质量保障承诺，交付能力是否存在问题，成本是否符合要求等。

2.研发部门职责与任务

研发部门决定了使用什么元器件、给元器件施加什么应力。研发环节是决定元器件可靠性的关键环节，必须从元器件可靠性角度对研发质量进行严格控制。

1）设计评审合格率

研发早期，要引入元器件可靠性工程师对元器件规格的定义，并对元器件应用进行设计评审。

在概念阶段确定关键元器件时应尽早发现可靠性隐患，并在此时启动关键元器件的技术预认证工作，为后续从研发转测试并进行设计评审做好技术准备。

在单板详细设计阶段，元器件工程师评审元器件规格书的可靠性规格是否满足单板可靠性需求，评审可靠性规格是否可测试和验证，协助测试工程师提供元器件可靠性验证方案并制定测试用例；从可靠性角度检视电路是否存在过应力应用隐患，并制定应力测试方案。

研发质量部门可依据设计质量要求设计质量度量矩阵，与元器件可靠性工程师合作，规定单板可靠性评审维度和评审点。

很多企业在研发质量管理方面存在困扰，尤其是在研发前期，如不知道管理什么内容，也不知如何检验和评价管理项目。因为设计前期没有实物，只有文件，且很多文件是质量管理工程师无法看懂的，研发工程师对后期出现的问题没有预见性。而在设计阶段想到并有设计预案的部分，基本不会出现问题，即使出现问题也有应对方案。

产品可靠性是在设计中构建的，单板设计时必须遵从元器件可靠性应用规则，明确单板对元器件的可靠性需求，制定满足需求的适用于元器件的规格书，并仔细分析单板应用环境是否满足元器件应用需求。这些工作是硬件设计师的职责，做好这些事需要的规则需要元器件工程师提供；是否做好，做的程度如何，需要元器件工程师去分析和评审。质量部门可以通过设计评审合格率指标有效监控可靠性设计质量。

2）设计评审覆盖率

在设计评审过程中，应该建立设计评审覆盖基线，如对于过去出现的产品和元器件问题，每个问题是否都有评审结论，据此得出元器件设计评审覆盖率。

3）评审问题解决率与跟踪率

对于评审过程中发现的问题，单板设计人员必须及时解决。重新设计能解决的问题计入问题解决率，有些问题是设计阶段无法解决的，需要进行工艺或装备升级，这些问题计入跟踪问题，形成问题跟踪单，并启动工艺或装备升级项目。

如果问题没有解决方案，会造成产品风险，此时开发项目团队讨论后可以通过方案重新设计或需求更改解决问题，可退回方案设计阶段甚至和客户重新沟通需求。当这些手段都无效的时候，需要集成产品开发团队进行风险评估，决定产品开发是否继续。

4）CBB复用率

元器件可靠性在单板生产时是无法完全度量的，因此，选用一个经反复验证认为可靠的模块电路是最好的方法，这些反复使用的模块称为共建模块（CBB，Common Building Blocks），使用CBB可显著提高可靠性，电子设备设计单位应该把经过验证认为可靠的电路提炼成CBB，供其他单板使用，同时，通过统计单板CBB复用率来引导设计者使用CBB。

5）元器件优选（复用）率

对于一个单板BOM（Bill Of Materials），采用优选元器件的比例越高越好。对规格相近的元器件进行归一化，可以提高同型号的采购量，减少不同型号的采购品种。例如在电容器的使用上，25V耐压的电容器和35V耐压的电容器其价格差距很小，归一化到35V耐压的电容器将有效降低采购成本，减少元器件型号种类，也减小了可靠性风险。

3.测试部门职责与任务

测试是对单板设计的验证，一般分为研发验证测试（DVT）、系统设计验证（SDV）和系统集成测试（SIT）。

研发验证测试主要验证单板的详细设计是否与详细设计文件匹配，元器件的降格是否充分，信号质量是否符合要求，逻辑信号的噪声容限是否符合要求，差分信号眼图是否符合要求，电源噪声是否超标，时钟抖动和噪声是否符合要求。研发验证测试主要采用白盒测试技术。

系统设计验证是将单板安装到系统或产品中，验证单板与系统整体的功能和可靠性，测试系统的环境适应性和耐久性。

系统集成测试是将产品或小系统置入实际应用场景中，加载业务载荷进行实场测试，也称为客户体验测试，从客户使用角度进行全方位测试。

对于个人消费产品，如手机，一般将产品测试分为DV（设计验证）和PV（产品验证），DV检验产品的详细设计水平和产品的可靠性，PV主要验证产品批量生产的工程问题，如生产工艺稳定性、元器件的可获得性、批量可靠性等。对不同的产品，有不同的质量控制基线，使用不同的可靠性度量指标。

1）整机测试合格率

对于大批量发货且独立包装的产品，在进行DV测试时，应建立超过产品额定应力的质量控制基线，以考察产品的可靠性。如手机不可避免会跌落，虽然在详细测试阶段单个手机跌落试验已通过，但在大量生产时，元器件的不一致性或生产工艺的限制会导致手机不一定全部能通过跌落试验，因此必须对一定数量的产品进行一些低于产品破坏极限但远高于正常应力的可靠性加速试验，并统计试验合格率，通过质量跟踪系统跟踪市场失效率，以获得最佳的质量控制基线。

2）信号测试合格率

白盒测试时，统计所有测试用例下的信号合格率，这个指标可避免元器件产生过电应力，减少元器件失效。

3）测试覆盖率

测试覆盖率用来衡量测试部门的工作质量，一般通过测试大纲规定的测试用例使用比例来衡量，这依赖一个公司的测试经验积累。

4）测试问题解决率

测试发现的问题必须解决，但很多问题，站在研发和测试角度的看法会存在巨大差距，因争议或条件限制，总有一些问题不能解决。测试问题解决率一定要满足质量基线要求，这是对研发部门的约束，也是对测试工程师的有效管理。

5）测试问题跟踪率

对测试问题进行跟踪，并对测试问题跟踪率提出具体要求，可有效约束质量管理人员，因此是全面质量管理的基本要求。

4.生产部门职责与任务

生产过程中的质量控制点统计数据可以反映出生产过程中的工艺控制问题，也反映出元器件质量问题。从测量的角度看，显性的问题容易测出，但未测出的隐性问题（这些问题最终会成为可靠性问题）会和显性问题一样多，因此将生产测试问题定性为元器件来料问题的数量也能衡量元器件可靠性水平。

此外，因现代元器件的缺陷率较低，元器件来料检测较难发现问题，只能在生产测试中发现元器件来料问题，如衡量采购体系的指标RIDPPM和FDPPM只能从生产测试数据中分析统计。通过对生产故障单板进行分析，如果元器件未因生产过程中的过应力损坏，则计入RIDPPM，如果是因工艺问题产生的缺陷则计入FDPPM。

生产测试的指标或多或少与元器件可靠性有一定的关联，通过设定合理的基线可确保元器件可靠性。不同生产体系有不同的控制方法，有不同的度量指标，在此不详细介绍。

5.市场部门职责与任务

市场部门常用的三个计量指标反映了元器件可靠性的真实状态，其他指标与元器件可靠性也有一定的关联性。

1）产品客退率

产品客退率指产品因客户不满意而被退回的比率。客户可能因产品不能满足自己的需求而退回，或者因使用中产品存在故障而退回。一般产品在退回时会被分类，因故障退回的产品会进入维修部。

2）产品返修率

客户使用中产生故障的产品会进入维修部，维修部进行测试后，判断产品是否真的存在故障，存在故障的产品进行返修，计入产品返修率。但有些没有测出故障的产品并不表示没有问题，因客户的使用环境和工厂的测试环境存在差异，很多在客户处出现的问题并不能在试验室测试出来，这些产品因故障不能重现而被称为NTF（No Trouble Found）产品。如果在产品设计中不置入故障日志，NTF占比会超过返修产品，因此返修的产品实际上是存在可靠性隐患的。

3）失效率

经检测发现故障的单板计入单板失效率，失效的元器件可计算元器件失效率。在统计失效率时，要考虑市场周转时间，一般按年统计失效率。 DRI4D4yJ2pxJsvztC15FBkd3t2PbZ3G1bMm78MPTOfRTXRzU/NFdigJ0Y/I8V7Ja