某客戶(hù)車(chē)載應用顯示屏振動(dòng)發(fā)黃故障的可靠性改進(jìn)及驗證項目報告

1 簡(jiǎn)介

1.1 背景

本項目報告主要介紹在車(chē)載應用場(chǎng)景下，在客戶(hù)要求的振動(dòng)實(shí)驗條件的基礎下進(jìn)行內部加嚴，某車(chē)載12英寸液晶顯示屏在極限加嚴震動(dòng)測試后產(chǎn)生的發(fā)黃不良的可靠性項進(jìn)行改進(jìn)及驗證。報告中的主要內容包括產(chǎn)品不良機理原因調查、故障信息收集、根據 FRACAS ( 故障報告、分析和糾正措施系統) 及依據客戶(hù)標準及行業(yè)內部標準《車(chē)載產(chǎn)品認證指導規范》分析和糾正故障的過(guò)程。目的在于滿(mǎn)足客戶(hù)產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性的要求下，提升產(chǎn)品技術(shù)競爭力，完成更嚴苛驗證條件下液晶顯示屏振動(dòng)發(fā)黃不良現象的可靠性改善及驗證等相關(guān)工作。

1.2 概要及工作過(guò)程

液晶顯示屏產(chǎn)品在基于客戶(hù)可靠性檢驗和測試標準Q/xxxQ-A1901.707.3—2018 章節4.1.3.3 乘用車(chē)車(chē)身配件的振動(dòng)試驗的要求上，內部進(jìn)行加嚴后極限振動(dòng)試驗過(guò)程中，發(fā)生2/2=100% 的發(fā)黃不良現象。為了提升更好的客戶(hù)體驗感，進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)的優(yōu)化和升級，產(chǎn)品技術(shù)部針對此極限振動(dòng)條件下發(fā)生的不良，對不良樣品進(jìn)行深入分析，并根據產(chǎn)品可靠性及質(zhì)量改善流程，針對此不良問(wèn)題，迅速啟動(dòng)故障糾正行動(dòng)，對產(chǎn)品潛在故障進(jìn)行分析及糾正，產(chǎn)品故障糾正后驗證糾正措施，建立長(cháng)效控制措施，以及進(jìn)行經(jīng)驗教訓總結。

1.3 實(shí)施時(shí)間

項目于2022 年2 月開(kāi)始實(shí)施，并于2022 年6 月完成，項目周期為4.5 個(gè)月。

1.4 項目主要成員

項目可靠性相關(guān)的主要成員及角色如表1 所示。

表1 可靠性改進(jìn)項目主要成員

2 項目解決的可靠性問(wèn)題

2.1 產(chǎn)品功能描述及可靠性定量要求

根據產(chǎn)品設計合同要求及產(chǎn)品規格書(shū)，車(chē)載應用液晶顯示器的功能、可靠性、測試性的定量要求包括以下幾點(diǎn)：

1）功能描述：液晶顯示屏是一種借助于薄膜晶體管驅動(dòng)， 通過(guò)液晶的不斷偏轉，將光通過(guò)彩膜投射出，產(chǎn)生不同顏色畫(huà)面顯示的一種產(chǎn)品；

2）產(chǎn)品工作環(huán)境：

a）車(chē)載應用場(chǎng)景與常規消費性電子產(chǎn)品相比，使用環(huán)境要求更加的嚴苛

b）運行溫度區間：-30℃~85℃

c）相對濕度：<95%

d) 震動(dòng)條件：根據Q/xxxQ-A1901.707.3—2018 章節4.1.3.3. 內部加嚴后條件（顧客設計合同要求，不顯示詳細信息）

3) 產(chǎn)品壽命定量指標：25 920 h（在規定的工作環(huán)境內穩定工作3 年）；

4) 產(chǎn)品現場(chǎng)故障率指標：<10×10^-6（在規定的工作環(huán)境及規定的壽命內）；

5) 產(chǎn)品可測試性要求：100% 顯示器不合格偵測（生產(chǎn)制造測試）。

2.2 液晶顯示屏在產(chǎn)品中工作說(shuō)明

1）液晶顯示屏描述：某尺寸某客戶(hù)定制的液晶顯示屏，應用于車(chē)載使用場(chǎng)景，標準驅動(dòng)電壓30 V@25℃，最低驅動(dòng)電壓27 V@25℃，最高驅動(dòng)電壓33 V@25℃；

2）示意圖說(shuō)明：如圖1 所示，液晶顯示屏由兩部分組成，左邊是驅動(dòng)電路，右邊是由薄膜晶體管基板、液晶和彩膜基板組成的成盒產(chǎn)品。

圖1 液晶顯示屏框圖及工作原理

2.3 液晶顯示屏失效模式及FMECA分析

故障模式：以客戶(hù)要求的振動(dòng)實(shí)驗條件的基礎下進(jìn)行內部加嚴的振動(dòng)實(shí)驗后，液晶顯示屏在全白和灰階畫(huà)面下，顯示出周邊發(fā)黃的現象，影響整體產(chǎn)品畫(huà)面品質(zhì)，畫(huà)質(zhì)顯示有明顯差異，無(wú)安全隱患。

故障機理：為了維持液晶顯示屏中薄膜晶體管基板和彩膜基板之間的距離，產(chǎn)品設計了主要柱狀隔墊物(Main PS) 和次要柱狀隔墊物(Sub PS)。在持續振動(dòng)過(guò)程中，主要柱狀隔墊物(Main PS) 首先受到擠壓，此時(shí)由于主要柱狀隔墊物(Main PS) 和次要柱狀隔墊物(Sub PS) ) 段差偏大，致使主要柱狀隔墊物(Main PS) 在被擠壓過(guò)程中次要柱狀隔墊物(Sub PS) 不能起到很好的輔助支撐作用。隨著(zhù)主要柱狀隔墊物(Main PS) 逐漸持續的被擠壓，大氣壓作用下液晶被推擠到四周，造成周邊薄膜晶體管基板和彩膜基板之間的距離明顯偏高，視覺(jué)上在全白和灰階畫(huà)面下顯示發(fā)黃的現象，震動(dòng)測試過(guò)程中的擠壓如圖2 所示。

圖2 液晶顯示屏振動(dòng)測試后發(fā)黃故障機理的分析

使用 FMECA 對潛在故障模式及其對產(chǎn)品( 及客戶(hù))所造成的影響進(jìn)行分析，并對故障模式的嚴酷度等級、故障模式發(fā)生概率、故障模式被檢測難度等級打分，得到此故障模式風(fēng)險優(yōu)先數評分值RPN=S×O×D=240，FMECA分析結果如表2 所示。根據企業(yè)質(zhì)量管控標準要求認定：針對此不良需啟動(dòng)不良改善方案，徹底消除此類(lèi)故障。

表2 液晶顯示屏失效PFMECA分析

1）此故障模式對最終顧客造成的影響是觀(guān)感感受，但不產(chǎn)生安全風(fēng)險；

2）此故障在模擬終端使用環(huán)境條件下進(jìn)一步加嚴，所出現的失效模式情況已經(jīng)超出常規失效模式，實(shí)際市場(chǎng)端無(wú)此類(lèi)問(wèn)題，風(fēng)險低。

3 實(shí)施說(shuō)明

3.1 故障直接原因分析

使用魚(yú)骨圖分析法尋找直接原因， 在分析過(guò)程中充分考慮整機機構、貼合工藝、模組結構、玻璃原材、柱狀隔墊物設計等環(huán)節的故障及可靠性要求。

3.1.2 魚(yú)骨圖分析法

使用魚(yú)骨圖分析法對振動(dòng)條件、模組結構、整機機構、貼合工藝、液晶顯示屏 (Panel) 工藝等環(huán)節展開(kāi)分析，針對液晶顯示屏工藝部分進(jìn)行重點(diǎn)展開(kāi)，發(fā)散到包括玻璃楊氏模量、框膠(Sealant，密封膠) 材質(zhì)、真空對盒壓力，柱狀隔墊物(PS) 參數等因子進(jìn)行分析，魚(yú)骨圖分析如圖3 所示。

圖3 液晶顯示屏振動(dòng)發(fā)黃影響因子魚(yú)骨圖分析

在進(jìn)行根本原因分析時(shí)，邀請項目團隊成員、顯示屏組裝專(zhuān)家和甲方可靠性技術(shù)專(zhuān)家進(jìn)行頭腦風(fēng)暴分析，并對頭腦風(fēng)暴分析得出的因子按照親和圖的方式進(jìn)行歸類(lèi)總結，對所有類(lèi)因子按照重要性/ 可能性進(jìn)行排序分析，并逐一進(jìn)行理論分析、試驗和驗證。分析和驗證結果顯示：主要(Main-Sub) 柱狀隔墊物是造成顯示屏在震動(dòng)過(guò)程中出現黃邊不良故障的主要因子。

3.2 故障的糾正措施

3.2.1 短期的糾正措施及有效性確認

在綜合考慮產(chǎn)品生產(chǎn)狀態(tài)、可靠性要求、市場(chǎng)需求、時(shí)間緊迫性及改善成本的條件下，此不良失效在模擬環(huán)境條件下進(jìn)一步加嚴，所出現的失效模式情況已經(jīng)超出常規失效模式，實(shí)際市場(chǎng)端無(wú)此類(lèi)問(wèn)題。無(wú)需采用短期的糾正措施及有效性確認。

3.2.2 長(cháng)期的糾正措施及有效性驗證

根據故障原因分析，綜合考慮產(chǎn)品狀態(tài)、可靠性要求及成本情況下，從備選改進(jìn)方案中選取改進(jìn)方案如下：

1）從設計方案上進(jìn)行改進(jìn)，使用概率分析法明確零部件的定量要求，減少主要柱狀隔墊物(Main PS) 和次要柱狀隔墊物(Sub PS) 的高度段差，確保振動(dòng)條件下即使主要柱狀隔墊物(Main PS) 被擠壓，次要柱狀隔墊物(Sub PS) 也能起到支撐作用，從而保證薄膜晶體管基板和彩膜基板之間的距離均勻一致；

2）定義零部件的機械幾何尺寸要求，在上游零部件供應商處建立規格，消除制造過(guò)程中的異常波動(dòng)和降低制造過(guò)程中的隨機波動(dòng)，采用統計過(guò)程控制SPC 對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，確保交付的零部件幾何尺寸符合設計要求；

3）在生產(chǎn)過(guò)程中，根據每次生產(chǎn)實(shí)際測定的主要柱狀隔墊物(Main PS) 和次要柱狀隔墊物(Sub PS) 的高度段差，根據計算滴入合理的液晶量，減少生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)的誤差影響；

4）建立長(cháng)效的生產(chǎn)過(guò)程監控，對量產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行隨機抽檢和ESS 環(huán)境應力篩選。每批次按照0.5% 的比例進(jìn)行抽樣檢驗，與可靠性相關(guān)的檢驗項目為高低溫沖擊試驗和振動(dòng)試驗。

3.2.3 長(cháng)期糾正措施的有效性驗證

1）故障改善的回歸驗證：對改善后的產(chǎn)品進(jìn)行改善效果確認。試驗條件：按照客戶(hù)文件Q/xxxQ-A1901.707.3—2018 中4.1.3.3 乘用車(chē)車(chē)身配件的振動(dòng)試驗的要求內部加嚴后條件，進(jìn)行加嚴振動(dòng)試驗、產(chǎn)品功能試驗、環(huán)境適應性試驗和壽命試驗。試驗結果：3 批次共30片樣品試驗后未發(fā)生全白和灰階畫(huà)面下的發(fā)黃不良，故障改善有效。且未新增其他不良，試驗后功能驗證正常；

2）可靠性驗證試驗：對工藝改善后的產(chǎn)品進(jìn)行可靠性鑒定試驗。試驗條件：根據產(chǎn)品認證指導規范要求：恒溫低溫-40℃ 和恒定高溫90℃ 各測試240 h。試驗結果：3 批次共30 片樣品試驗過(guò)程中未發(fā)生失效，試驗后功能驗證正常。在小批量試驗階段，根據經(jīng)驗對環(huán)境溫度試驗增加10℃ 的余量；

3）HALT 高加速壽命試驗：對改進(jìn)后產(chǎn)品進(jìn)行壽命試驗。

a）壽命試驗類(lèi)型：高加速壽命試驗；

b）應力水平類(lèi)型：恒定高溫應力試驗（實(shí)驗室試驗）；

c）試驗目的：產(chǎn)品改進(jìn)定型階段壽命試驗。( 驗收試驗，結合試驗結果并確認產(chǎn)品制造生產(chǎn)良率)；

d）試驗方案：采用定時(shí)結尾統計方案。( 產(chǎn)品規定壽命3 年，試驗時(shí)間為規定壽命的1.2 倍，即3.6 年)；

e）試驗模型：以溫度作為加速變量，采用阿倫尼斯(Arrhenius) 模型，計算溫度加速因子，50.59；

f）試驗剖面：根據計算結果得到試驗剖面參數，如表3 所示：溫度=85℃、測試數量=5 臺、加速壽命試驗測試時(shí)長(cháng)=1 000 h。

表3 MTBF試驗計算結果

●   試驗結果：5 片樣品試驗過(guò)程中未發(fā)生失效，試驗后功能驗證正常；

●   試驗結論：產(chǎn)品達到要求壽命值，試驗通過(guò)。

4 效益分析及項目評審

4.1 項目效益分析:

本項目主要以下項目收益：

1）通過(guò)內部改善，提高產(chǎn)品競爭力，提升客戶(hù)對此產(chǎn)品及類(lèi)似產(chǎn)品的品質(zhì)滿(mǎn)意度；

2）通過(guò)專(zhuān)家組分析改善及評審，選擇最終工藝改善方案，確保不良有效改善的同時(shí)，不增加產(chǎn)品原材料成本及生產(chǎn)成本；

3）項目于2022 年7 月開(kāi)始批量生產(chǎn)，截至2023年1 月底共生產(chǎn)10 萬(wàn)臺，銷(xiāo)售額預計達3 000 萬(wàn)元以上；

4）完成經(jīng)驗教訓總結并歸檔管理，為后續車(chē)載產(chǎn)品設計提供知識財富。

4.2 項目總結

1）完成糾正措施后，進(jìn)行經(jīng)驗總結輸出核心成果；

2）固化主要柱狀隔墊物和次要柱狀隔墊物的高度段差設計指導規范，對未來(lái)項目形成指導作用；

3）建立量產(chǎn)柱狀隔墊物高度與液晶量的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，提升產(chǎn)品整體穩定性和競爭力；

4）重視FMECA 計劃工作，FMECA 的實(shí)施過(guò)程中應貫徹邊設計、邊分析、邊改進(jìn)，改進(jìn)措施首先從設計、工藝等方面考慮；

5）項目過(guò)程中重視專(zhuān)家意見(jiàn)和專(zhuān)家的指導作用，借助專(zhuān)家的經(jīng)驗教訓及時(shí)進(jìn)行總結和預防。

4.3 項目評審

在整個(gè)項目時(shí)期內，定期召開(kāi)項目周會(huì )，并進(jìn)行 2次項目評審，評審主要邀請產(chǎn)品開(kāi)發(fā)專(zhuān)家，工藝專(zhuān)家和可靠性專(zhuān)家參與評審。第1 次評審主要內容：評審產(chǎn)品的故障模式分析、故障機理分析、FMECA、短期措施發(fā)難及短期措施的有效性確認。第2 次評審主要內容：評審產(chǎn)品故障根本原因分析方向是否準確、長(cháng)期措施是否具備量產(chǎn)性、改善措施是否通過(guò)驗證。

4.4 項目中應用到的主要質(zhì)量工具或方法：

在項目中使用的主要可靠性方法或質(zhì)量工具如表4所示。

表4 主要質(zhì)量工具或方法應用

參考文獻：

[1] [美]哈利·W.邁克萊恩,光電控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室,譯.高加速壽命試驗、高加速應力篩選和高加速應力審核詮釋:加速可靠性技術(shù)[M].第2版.北京：航空工業(yè)出版社，2014.

[2] 李良巧.可靠性工程師手冊[M].第2版.北京:中國人民大學(xué)出版,2017.

[3] 楊錦喜,鐘建坤,曾文波.高可靠性車(chē)載顯示屏研制[J].科技創(chuàng )新與應用,2022,12(30):62-65.

[4] 王艷.車(chē)載顯示屏顯示異常故障分析與處理[J].汽車(chē)電器,2017(7):75-77.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年7月期）