1 簡介

1.1 背景

本項目報告主要介紹在車載應用場景下，在客戶要求的振動實驗條件的基礎下進行內部加嚴，某車載12英寸液晶顯示屏在極限加嚴震動測試后產生的發(fā)黃不良的可靠性項進行改進及驗證。報告中的主要內容包括產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(tǒng)) 及依據客戶標準及行業(yè)內部標準《車載產品認證指導規(guī)范》分析和糾正故障的過程。目的在于滿足客戶產品質量及可靠性的要求下，提升產品技術競爭力，完成更嚴苛驗證條件下液晶顯示屏振動發(fā)黃不良現象的可靠性改善及驗證等相關工作。

1.2 概要及工作過程

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

1.3 實施時間

項目于2022 年2 月開始實施，并于2022 年6 月完成，項目周期為4.5 個月。

1.4 項目主要成員

項目可靠性相關的主要成員及角色如表1 所示。

表1 可靠性改進項目主要成員

2 項目解決的可靠性問題

2.1 產品功能描述及可靠性定量要求

根據產品設計合同要求及產品規(guī)格書，車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：

1）功能描述：液晶顯示屏是一種借助于薄膜晶體管驅動， 通過液晶的不斷偏轉，將光通過彩膜投射出，產生不同顏色畫面顯示的一種產品；

2）產品工作環(huán)境：

a）車載應用場景與常規(guī)消費性電子產品相比，使用環(huán)境要求更加的嚴苛

b）運行溫度區(qū)間：-30℃~85℃

c）相對濕度：<95%

d) 震動條件：根據Q/xxxQ-A1901.707.3—2018 章節(jié)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) 產品壽命定量指標：25 920 h（在規(guī)定的工作環(huán)境內穩(wěn)定工作3 年）；

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

5) 產品可測試性要求：100% 顯示器不合格偵測（生產制造測試）。

2.2 液晶顯示屏在產品中工作說明

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

2）示意圖說明：如圖1 所示，液晶顯示屏由兩部分組成，左邊是驅動電路，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：以客戶要求的振動實驗條件的基礎下進行內部加嚴的振動實驗后，液晶顯示屏在全白和灰階畫面下，顯示出周邊發(fā)黃的現象，影響整體產品畫面品質，畫質顯示有明顯差異，無安全隱患。

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(xù)振動過程中，主要柱狀隔墊物(Main PS) 首先受到擠壓，此時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。隨著主要柱狀隔墊物(Main PS) 逐漸持續(xù)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，視覺上在全白和灰階畫面下顯示發(fā)黃的現象，震動測試過程中的擠壓如圖2 所示。

圖2 液晶顯示屏振動測試后發(fā)黃故障機理的分析

使用 FMECA 對潛在故障模式及其對產品( 及客戶)所造成的影響進行分析，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)質量管控標準要求認定：針對此不良需啟動不良改善方案，徹底消除此類故障。

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感感受，但不產生安全風險；

2）此故障在模擬終端使用環(huán)境條件下進一步加嚴，所出現的失效模式情況已經超出常規(guī)失效模式，實際市場端無此類問題，風險低。

3 實施說明

3.1 故障直接原因分析

使用魚骨圖分析法尋找直接原因， 在分析過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(jié)的故障及可靠性要求。

3.1.2 魚骨圖分析法

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

圖3 液晶顯示屏振動發(fā)黃影響因子魚骨圖分析

在進行根本原因分析時，邀請項目團隊成員、顯示屏組裝專家和甲方可靠性技術專家進行頭腦風暴分析，并對頭腦風暴分析得出的因子按照親和圖的方式進行歸類總結，對所有類因子按照重要性/ 可能性進行排序分析，并逐一進行理論分析、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過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

在綜合考慮產品生產狀態(tài)、可靠性要求、市場需求、時間緊迫性及改善成本的條件下，此不良失效在模擬環(huán)境條件下進一步加嚴，所出現的失效模式情況已經超出常規(guī)失效模式，實際市場端無此類問題。無需采用短期的糾正措施及有效性確認。

3.2.2 長期的糾正措施及有效性驗證

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

1）從設計方案上進行改進，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(guī)格，消除制造過程中的異常波動和降低制造過程中的隨機波動，采用統(tǒng)計過程控制SPC 對生產過程進行實時監(jiān)控，確保交付的零部件幾何尺寸符合設計要求；

3）在生產過程中，根據每次生產實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，減少生產過程帶來的誤差影響；

4）建立長效的生產過程監(jiān)控，對量產的產品進行隨機抽檢和ESS 環(huán)境應力篩選。每批次按照0.5% 的比例進行抽樣檢驗，與可靠性相關的檢驗項目為高低溫沖擊試驗和振動試驗。

3.2.3 長期糾正措施的有效性驗證

1）故障改善的回歸驗證：對改善后的產品進行改善效果確認。試驗條件：按照客戶文件Q/xxxQ-A1901.707.3—2018 中4.1.3.3 乘用車車身配件的振動試驗的要求內部加嚴后條件，進行加嚴振動試驗、產品功能試驗、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：對工藝改善后的產品進行可靠性鑒定試驗。試驗條件：根據產品認證指導規(guī)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：對改進后產品進行壽命試驗。

a）壽命試驗類型：高加速壽命試驗；

b）應力水平類型：恒定高溫應力試驗（實驗室試驗）；

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

d）試驗方案：采用定時結尾統(tǒng)計方案。( 產品規(guī)定壽命3 年，試驗時間為規(guī)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長=1 000 h。

表3 MTBF試驗計算結果

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

●   試驗結論：產品達到要求壽命值，試驗通過。

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）通過內部改善，提高產品競爭力，提升客戶對此產品及類似產品的品質滿意度；

2）通過專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，不增加產品原材料成本及生產成本；

3）項目于2022 年7 月開始批量生產，截至2023年1 月底共生產10 萬臺，銷售額預計達3 000 萬元以上；

4）完成經驗教訓總結并歸檔管理，為后續(xù)車載產品設計提供知識財富。

4.2 項目總結

1）完成糾正措施后，進行經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(guī)范，對未來項目形成指導作用；

3）建立量產柱狀隔墊物高度與液晶量的聯(lián)動關系，提升產品整體穩(wěn)定性和競爭力；

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

5）項目過程中重視專家意見和專家的指導作用，借助專家的經驗教訓及時進行總結和預防。

4.3 項目評審

在整個項目時期內，定期召開項目周會，并進行 2次項目評審，評審主要邀請產品開發(fā)專家，工藝專家和可靠性專家參與評審。第1 次評審主要內容：評審產品的故障模式分析、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：評審產品故障根本原因分析方向是否準確、長期措施是否具備量產性、改善措施是否通過驗證。

4.4 項目中應用到的主要質量工具或方法：

在項目中使用的主要可靠性方法或質量工具如表4所示。

表4 主要質量工具或方法應用

參考文獻：

[1] [美]哈利·W.邁克萊恩,光電控制技術重點實驗室,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[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:中國人民大學出版,2017.

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

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

（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年7月期）