陈明君：电子物料选型与认证管理手册

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定位

一、重要事件回放

2017年三星Galaxy Note 7电池门事件引爆了全球媒体和消费者，其后果不仅是导致三星手机全球销量严重下滑，其品牌损誉度也受到长期负面影响，直接经济损失不少于50亿美元，究其失效原因：电池的设计与制造存在缺陷，以致内部存在短路燃烧甚至爆炸风险。

召回

2014年10月15日丰田宣布将在全球范围内大约167万辆轿车，其中包括中国市场，原因是这些车辆采购的刹车系统某个零部件存在故障隐患，该次事件，丰田不仅蒙受高额直接经济损失，还使得全球最大汽车制造商的质量和安全声誉遭受严重冲击。

上述两起案例告诉我们两个现实道理：

1.一个小部件质量缺陷，都可能导致整机或整车出现质量问题，甚至是严重危害用户安全的、批次性的质量事故；

2.企业的知名度越高，产品市场占有率越大，其承担的社会责任和风险也就越大，而面对产品质量可靠性的保证，企业要做到如履薄冰和全面掌控，否则，随着产品的种类和产量不断扩大，以及时间的推移，不及时提升产品的可靠性，注定会付出惨痛的代价。

换言之，如果换了中小规模的公司，受上述问题影响，因为无法承受损失之重，可能就面临退市或破产的风险了。

二、电子可靠性工程的概述

如果单从工业生产和出口的总额看，中国已经成为名副其实的制造大国，但还不是制造强国，要成为制造强国，质量和品牌才是必须具备的要素，而稳定可靠的产品质量又是支撑品牌建设的核心竞争力之一。

国内企业与德美日本领先企业相比，并不输于产品功能和应用，而是质量和可靠性的差距，尽管华为和小米等一批企业在不停的追赶，但总体现状依然堪忧。

质量和可靠性差的主要原因归结有：设计水平偏低，不注重硬件应用经验的积累和沉淀，缺乏电子可靠性系统工程方法。

通过如下问答，可以初步评估一个电子产品企业的可靠性现状：

1.公司产品的生产一次直通率和市场返修率分别是多少？

2.公司物料的失效率是否有统计，并且是多少？

3.公司返修率TOP10以内的产品或元器件是哪些？比率分别是怎样？

4.公司是否统计过单位产品的维修成本？含生产维修与保内维修。

5.公司是否统计过上述质量损失成本是多少，占销售收入的比例是多少？

产品的可靠性是使用所有物料可靠性的累增，尽管每颗物料的失效率仅有几十个PPM，但是单板的失效率却可以达到百分之几，甚至更高的危险数据。

三、物料选型与认证的意义

物料可靠性既是一项产品工程，也是产品质量可靠性保证的重要组成部分。硬件产品一旦选用了某物料，其质量、可靠性乃至成本基本上60％都已固化。如何确定物料的单体合规与适用性？如何识别不同供应厂家之间的可替代性与优劣性？如何对物料供应厂家进行认证？如何监控物料厂家的质量异常波动？

这些专业技术工作，在华为等部分优秀企业里都有专家团队来进行研究实践，并有系统化的流程保障物料优选优用；而目前许多企业受限于规模和管理认知，对此普遍比较薄弱，因此从物料选用开始，产品质量就和业界领先公司拉开了差距，可以说是输在了起跑线上。

通过物料可靠性提升的一系列活动，作用如下：

1.提升产品的可靠性，降低因物料问题导致的批次性质量事故；

2.通过物料优选、物料归一化管理来有效降低企业的经营成本；

3.降低企业对物料供应商的技术与管理依赖，提高企业在供应链端的影响力和话语权。

目标

电子可靠性工程体系与物料选型及认证管理的主要应用范围有（包括但不仅限于）：

在企业内部推行基于物料选型与认证的电子可靠性工程体系，中远期目标如下：

行动

一、企业案例信息研究（研究当年该企业已初具规模，年销售额8~9个亿，后来最高年售额至19个亿左右）

1、物料认证流程

2、与业界标杆流程之差距

2.1 只有单一的研发上板匹配测试，没有对物料单体性能和可靠度的满足进行独立而有效的评估；

2.2 小批量试用流转过程中，没有有效的方法对物料的一致性、可制造与易造性、应用可靠性等方面进行有效评估；

2.3 在新规或旧规替代物料的承认上，过多依赖送样厂商，欠缺更多自主权，没有形成统一有效的标准要求，或者新规物料开发要求预定；

2.4 在物料关键技术指标、关键材料、关键加工与测试工艺上没有进行有效识别、管控，致使质量管控、失效分析、物料替代开发上略显被动；

2.5 物料选用上的系统认知（质量/技术/采购/加工防范风险）有待加强。

3、基于如下数据，可以看到该公司无论在正常生产维修还是退机返修成本上，都有很大的节省空间，伴随着销售规模的再扩大化，如果不加控制，其成本占比和损失金额将日趋显著：

二、电子可靠性工程体系自评

企业在物料选型与认证管理工作实施之前，应首先基于如下电子可靠性工程体系模型，来测评和认知企业自身。

1、定义

1.1 电子可靠性工程是保证物料在产品全生命周期中，实现可靠性工作的系统工程。

1.2 简单的说电子可靠性工程就是通过保证使用可靠的物料，避免物料失效，来保证电子产品的质量和可靠性。

1.3 建立电子可靠性工程流程体系，系统开展物料质量可靠性认证、电子可靠性应用设计，以及对测试、验证、生产、市场上的失效物料和器件进行根本原因分析。

2、产品生命周期下的电子可靠性工作

3、电子可靠性工程主要内容

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三、物料选型与认证实施
物料的选用和认证一方面是为了支持研发新产品的设计定型，另一方面是为了采购货源的扩充，从而确保物料和供应商在质量、成本、交付上获得最佳平衡。
1、物料选型流程
1.1 选用基本原则
1.1.1 物料认证部门识别和维护物料库中物料属性等级，比如”优选“、”合格“、”不推荐“、”禁用“等。
1.1.2 物料选用必须首先从标识“优选“物料中选取。
1.1.3 优选物料库中的物料不能满足产品应用要求时，方可选用其他属性物料，或者新物料，新物料索样应优先从合格供应商中选择，同时启动新规物料认证流程。
1.2 选型基本要求
1.2.1 物料的技术性能、质量指标、使用条件、成本和供应商技术制程应满足产品的要求，并符合公司生产加工工艺要求。
1.2.2 优先选用经实践证明（内部、行业、对手已大量使用）质量稳定、可靠性高、有发展前途且供应渠道可靠、技术与商务支持强、交货及时的标准物料，尽量不要选用处于工程样片阶段的物料。
1.2.3 应从整个产品设计角度考虑，最大限度的压缩物料的品种、规格及其生产厂家。
1.2.4 通用物料必须有≥2家替代物料，如电阻、电容、电感，关键物料特别是量大或核心关键物料，必须有方案级替代，如主芯片、定制模块、SDRAM等。
1.3 物料选用考虑因素
1.3.1 物料技术品质（可用性）考虑要素：
a. ESD、MSD
b. 现场不良率/FDPPM ：生产现场不良数/使用该器件总数×10（6） （单位：PPM）
     年失效率/YRR：当月返还数/过去一年发货总数×12（月）  （单位：PPM/年）
c. EMC、安规
d. 寿命 （如电池、机械开关或接插件）
e. 选用标准件，减少定制件 （忧患始于定制）
f. 物料厂家在公司的历史表现（无重大质量问题发生）
g. 满足生产工艺技术要求
1.3.2 物料风险防范（可采购性）考虑要素

1.3.3 物料成本考虑要素：      
在产品开发时，物料一旦选定，物料成本的60％就已经固化，在满足应用、品质和商务要求前提下，要获得好的成本，主要考虑如下：
a. 设计简化
b. 替代，特殊情况下需要方案级替代
c. 供应商市场占有率低，供应商发展潜力评估
d. 和供应商的合作关系
1.4 关键物料选型办法：
1.4.1 关键物料特点：
a. 价格高，占产品成本比率大
b. 技术复杂度高，质量/技术分险大
c. 替代性差，替代成本高
d. 一旦选定，独家供货 （如GPS/GPRS通讯模块、主芯片、传感模组等）
1.4.2 对策：采用业界通用方法，由采购和研发技术及其他相关利益体组成物料选型与认证团队，发挥各自优势，相互配合，规避现有的弊端，共同做好选型。
1.4.3 选型方法：启动物料选型认证团队运作流程。
1.5 物料替代选型办法：
替代目的：
a. 防范风险，避免独家
b. 降低成本
c. 物料升级、停产
d.为新物料认证简化版本，规格数已经确定，其余一致。
e. 发起者：研发、技术、采购均可以。
f. 临时性替代：控制风险。
1.6 定制件质量控制流程
适用于公司对外委托开发的定制件物料，如电池、电源、液晶模组、连接器等
1.6.1 控制定制件的数量
1.6.2 尽可能详细制定定制件的规格书
1.6.3 小批量试用
1.6.4 识别并掌握定制件供应商的物料采购、生产及测试过程
2、物料规格书认证规范
2.1 物料规格书是描述公司采购物料的受控性文件，其作用有：
2.1.1 供应厂商进行产品设计、生产和检验的依据
2.1.2 工厂品质部门来料检验允收与判退的依据
2.1.3 采购部进行采购的依据
2.1.4 对供应厂商产品质量或差异化进行技术认证的依据
2.1.5 研发部门选用物料的依据
2.2 供应商提交物料规格书主要构件（包括但不限于）
2.2.1 封面页：物料名称/规格描述/厂商料号/客户料号/供应商名称与地址/版本变更履历
2.2.2 物料包装规范与运输及存储要求
2.2.3 ESD与MSD以及安规件要求明示
2.2.4 产品外观与封装尺寸及引脚定义
2.2.5 物料的型号与命名规则
2.2.6 电气特性要求
2.2.7 环境试验要求
2.2.8 机械与热应力要求
2.2.9 推荐典型电路与设计&加工&应用注意事项
3、新规物料认证流程

4、旧规替代物料认证流程

5、变更处理流程
与供应商签订PCN协议，对供应商的变更采取针对性的措施，识别并控制好变更可能引发的质量问题，规避风险。
5.1 变更类型（制造原厂或代理供应商应至少提前三个月以书面形式告知）：
5.1.1 制造地变更：包括晶片加工、芯片封装及测试工厂等的搬迁或切换
5.1.2 设计变更，指任何由于设计问题、以功能增删或成本目的而导致电路结构的改变；
5.1.3 重要工艺变更，指表面电镀处理工艺（如PCB OSP改无铅喷锡）、封装测试方法变更等；
5.1.4 原材料选型变更，对部件性能有重大影响的芯片、焊脚支架、经过安规认证的、影响标准化性能指标的其它关键性能及型号改变的器件
5.1.5 外观变更，包括包装、颜色、物理尺寸、有大亚明文规定关键性标识（丝印、商标）、文字、认证标志等；
5.1.6 版本升级，指出由于任何目的进行的对物料原有固件程序升级或更换版本，根据供应商提交变更的申请与相关报告，评估是否需要重启样品认定流程，并做好风险预案。
6、维持认定流程
6.1 因物料质量问题被暂停采购的物料，在供应商提供了整改报告，且不涉及物料变更的情况下，若仍不能完全确定整改措施的有效性，采用维持认定的方式进行验证。
6.2  该厂商物料连续两年没有购买使用过，重新启用采购时，需采用维持认定方式验证。
7、物料系列认定
对同一供应商的采用相同制造工艺生产、功率相同且可系列供应的一类非关键器件（主要指片式厚膜电阻、片式陶瓷电容、片式叠层电感、片式磁珠等标准件，以及多PIN排插针），物料认定时只需抽取高、中、低段各1个规格的物料器件进行认定。
8、供应商认证流程
8.1 供应商认证基本流程，其中3~6可部分并行

8.2 供应商质量认证关键要素：
8.2.1 供应商知名度/规模，以及在细分领域的综合实力排名
8.2.2 供应商已知交付客户的质量信誉
8.2.3 供应商的可靠性设计与制程能力保证
8.2.4 供应商的关键供应商质量水平
8.2.5 供应商的失效分析能力QPA制程能力
9、资料与封样件归档
9.1  样品承认工作通过后，将封样件+物料规格书+测试报告单独编号归档，物料规格书必须经供应商加盖公司公章，多页情况下有骑缝章。
9.2 供应商承认工作通过后，将供应商签署的物料技术与可靠性规范+质量协议+PCN协议+环保协议+供应商内控资料（QC工程图+可靠性试验规范+关键设备清单+产品出货检验规范，且有公司骑缝公章）交由采购或DCC统一编号归档。
10、失效分析能力建设
10.1 失效分析工作的深入展开，有助于查找问题根因，实施改进并引入预防机制，以便直接促进产品质量与可靠性提高，同时，这对积累和形成物料专家认知水平非常关键。
10.2 通常企业的物料不良都交给供应商配合分析，找到原因，但经常得到的答案是供应商物料没有问题，改善行动容易停滞不前，并且部分供应商会利用技术不对等来规避和推诿自己的责任。
10.3 失效分析能力建设对策
10.3.1 自主分析，培养自己的物料失效分析专家，并和业界建立广泛的联系和沟通；
10.3.2 将A供应商的不良品委托给具备资质的B或C供应商进行交叉分析；
10.3.3 配合供应商或者第三方失效分析机构开展失效分析，查找根因，对外部失效分析的过程方法与结论的逻辑性进行评估，反复辩证；
10.3.4 善用DPA（破坏性物理分析），尤其针对封装类半导体器件，我们曾经通过DPA发现了包括BCM主芯片、MTK WIFI芯片、Liteon电源芯片、贝岭电源芯片、德昌玻封稳压管.......，以及PCB和晶振等物料定位了很多供应商责任问题，为最后问题的改善以及索赔提供了有力证据。
10.3.5 所有的失效分析案例必须最终形成完整的报告（问题描述、影响程度、根因分析、改善措施、效果确认）录入到信息化平台的案例知识库，并协同QA人员共同推动研发设计、生产制造、供应商等责任环节进行相关流程和标准的改进。

11、物料库
11.1 所有物料的编码规则、规格描述、关键字段要设置科学合理，至少一物一厂一料号，且有助于识别和追溯，以及信息系统的数据分析。
11.2 标准物料库的物料显示信息字段完整，易查询，并与PLM物料认证流程记录、物料规格书、失效分析案例相关联。
11.3 物料库的物料状态属性显示：新规认定中、旧规料替代、合格发布、优选、失效/禁用、不推荐、质量问题中，每类物料属性在PLM系统和ERP系统中均有对应约束关系，并由物料认证部门人员动态维护所属关系。
11.4 对于研发尚未选用，但有潜力的新规或新厂商物料进行提前预认证，对合格的物料完善其物料规格书、单体测试评价、供应商评价，以备研发或采购选用、实现精益流程。
11.5 归一化是物料认证管理工作中的一个重点，物料号要施行额度管理，不能无限制的申请和膨胀，对僵尸料号要定期清理，新增物料不能重复，协同研发研究缩小各类物料号数量，减少同类物料太多规格的情况，尤其是诸如关键物料，包括电池统一规格和结构尺寸、摄像头统一规格等。
四、系统化工作支撑
1、体系建设
电子物料选型与认证管理工作要想系统化展开，必须落实如下两点：
1.1 物料选型与认证的流程、物料规格书确认规范、物料认定测试指导规范、物料技术与可靠性规范、物料失效分析规范、物料检验指导规范、物料供应商QPA审核清单、高危与关键物料识别清单等都要以流程或规范的形式正式发布，并除第一份流程外，其他都应按照物料类别细化输出，并逐步完成认知和实践升级。
1.2 物料选型和认证的流程、物料库、知识库等尽可能在信息系统上实现，并与其他系统接入联动。
2、团队组建                              
2.1 物料认证部门可以设置在大研发或者大质量体系下，保持适当的独立与权威性。
2.2 专业的物料认证主管和工程师相对比较稀缺，如果无法直接招募到位，可以根据公司采购物料的多种类型，从关键物料类型的供应商里发掘比较优秀的工程师加入，在善用其知识长处的同时，要注意补充短板，形成合力。
2.3 一般来说，物料认证部门可分为两大类岗位：物料认证工程师、失效分析工程师，其主要职责简述如下：
2.3.1 新旧规料号的审核、物料的选型与认证测试；
2.3.2 物料供应商认证与评审；
2.3.3 物料有关的技术与质量文档制定并落实；
2.3.4 物料的失效分析与管理改进；
2.3.5 供应商制程能力牵引与改进；
2.3.6 量采物料的维持认定试验管理。
2.3.7 以物料技术与质量专家身份，对研发设计、供应链采购、生产制造、质量管理、合作客户与供应商等提供工作所需的支持。
2.3.8 以主业务的功能角色，参与物料库与知识库的规划、导入、维护、优化、推广。
3、专家培养
3.1 发挥工程师既有经验的优势，并以文件和流程形式总结固化下来；
3.2 鼓励工程师对负责物料自我钻研，掌握物料所涉及的先进工艺、测试检验、可靠性、失效分析等关键知识，并包括承担自己可能并不擅长但相关联的物料类别；
3.3 以考察或参访形式，给予工程师更多到优秀供应商现场进行交流和学习的机会；
3.4 邀请优秀供应商质量或研发总监来公司内训，加深细分行业认知同时，获取更多有关生产和设计应用失败的经验案例；
3.5 通过不断的测试和失效分析积累经验，形成新的知识体系，并固化成果；
3.6 与研发保持良性互动，了解公司产品设计需求和应用标准；
3.7 与专业第三方资质机构的专家老师保持学习和交流；
3.8 内部轮训轮岗，形成知识共享、工作互动的局面。
4、实验室建设
实验室的能力建设与完善，是物料选型与认证工作开展的必要基石，但因涉及费用投入高昂原因，在实验室测试与分析项目覆盖上，要结合企业场景进行分级分阶优化组合。
4.1 实验室大致分为三类：
4.1.1 外观与功能实验室：测试范围包括电气性能、外观检测、结构测量、连接寿命等，比如网分仪、高频信号源、示波器、频率计、半导体测试系统、LCR测试仪、显微镜、投影仪、X-RAY等。
4.1.2 环境实验室：测试范围包括模拟生产、存储和使用工作环境的设备，比如高低温试验箱、PCT高压蒸煮试验箱、盐雾试验箱、耐焊接热实验炉、电容器耐久性试验高频电源等。
4.1.3 失效分析实验室：测量与分析范围物料包括半导体器件、电池、PCB、光电器件等，所需设备仪器诸如SEM/EDS电子扫描显微镜、SAM声学扫描、X-RAY X光扫描、光学显微镜、金相切片、塑封膜IC开封等。
4.1.4 用于计量和EMC的检测仪器不在此列。
4.2 实施策略：
4.2.1 梳理认证物料清单，标识关键物料和高危物料；
4.2.2 以“大实验室”的策略去搭建和组合，将公司已有的可用仪器+合作紧密供应商的可用仪器+友商或朋友资源实验室仪器，汇总测试仪器与设备清单，标识对称的可测试项目与物料，定期动态维护资源，与外部各方保持良好的开放合作及往来关系。
4.2.3 与专业的第三方资质实验室签署合作协议。
4.2.3 申请政府专项技改资金添置所需的仪器和设备。
4.2.4 通过仪器与设备租赁方式，满足测试过渡需要。
4.2.4 与生态链兄弟公司或其他合作资源共享的公司，共同投资建立联盟实验室。
思考
在企业实施有效的电子物料选型后，只有产品的整体可靠性设计以及标准化的生产加工得以有效承接，才使得一个闭环系统形成。
1. 产品研发工程师在开发过程中，应嵌入可靠性分析流程,合理采用可靠性设计方法,如故障模式影响及危害度分析(FMECA)、ESD防护设计、信号完整性和EMC设计、电应力防护设计、容差分析、降额和升额技术、瞬态热分析等,并借助相应的仿真工具来保证设计的可靠性。
2. 在产品整体设计定型完成后，生产加工现场对可靠性的影响也不容忽视，导致器件损伤的因素有ESD、MSD和回流焊炉温、前加工作业等，所以在EMS工厂的选择上一定要慎重，如果是自己的生产工厂，更要做好相应的硬件建设、软件控制。
3. 如果延伸到客户的使用场景和方式，尽管比较难，但企业仍应不遗余力的在售前和售后环节，教育和引导客户合理、规范的使用，尤其避免人为制造的损伤。
这两年，随着智能硬件的兴起，越来越多的设备都植入了各式传感器和物联通信模块，改变了产品与人、或设备与系统、或系统与业务之间的交互方式，什么时候能够将所有器件级的物料都嵌入和实现感知和通信交互的能力，这也许会改变电子物料选型和认证的方式，使得电子可靠性工程体系的搭建和实现更加简易。

文章来源：陈明君

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