某客戶車載應(yīng)用顯示屏振動發(fā)黃故障的可靠性改進及驗證項目報告

1 簡介

1.1 背景

本項目報告主要介紹在車載應(yīng)用場景下，在客戶要求的振動實驗條件的基礎(chǔ)下進行內(nèi)部加嚴(yán)，某車載12英寸液晶顯示屏在極限加嚴(yán)震動測試后產(chǎn)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(nèi)容包括產(chǎn)品不良機理原因調(diào)查、故障信息收集、根據(jù) FRACAS ( 故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)) 及依據(jù)客戶標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)《車載產(chǎn)品認證指導(dǎo)規(guī)范》分析和糾正故障的過程。目的在于滿足客戶產(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(yán)苛驗證條件下液晶顯示屏振動發(fā)黃不良現(xiàn)象的可靠性改善及驗證等相關(guān)工作。

1.2 概要及工作過程

液晶顯示屏產(chǎn)品在基于客戶可靠性檢驗和測試標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部進行加嚴(yán)后極限振動試驗過程中，發(fā)生2/2=100% 的發(fā)黃不良現(xiàn)象。為了提升更好的客戶體驗感，進行產(chǎn)品技術(shù)的優(yōu)化和升級，產(chǎn)品技術(shù)部針對此極限振動條件下發(fā)生的不良，對不良樣品進行深入分析，并根據(jù)產(chǎn)品可靠性及質(zhì)量改善流程，針對此不良問題，迅速啟動故障糾正行動，對產(chǎn)品潛在故障進行分析及糾正，產(chǎn)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(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)。

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(guān)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(chǎn)品功能描述及可靠性定量要求

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計合同要求及產(chǎn)品規(guī)格書，車載應(yīng)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(qū)動， 通過液晶的不斷偏轉(zhuǎn)，將光通過彩膜投射出，產(chǎn)生不同顏色畫面顯示的一種產(chǎn)品；

2）產(chǎn)品工作環(huán)境：

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

b）運行溫度區(qū)間：-30℃~85℃

c）相對濕度：<95%

d) 震動條件：根據(jù)Q/xxxQ-A1901.707.3—2018 章節(jié)4.1.3.3. 內(nèi)部加嚴(yán)后條件（顧客設(shè)計合同要求，不顯示詳細信息）

3) 產(chǎn)品壽命定量指標(biāo)：25 920 h（在規(guī)定的工作環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定工作3 年）；

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

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)品中工作說明

1）液晶顯示屏描述：某尺寸某客戶定制的液晶顯示屏，應(yīng)用于車載使用場景，標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動電壓30 V@25℃，最低驅(qū)動電壓27 V@25℃，最高驅(qū)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(qū)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(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：以客戶要求的振動實驗條件的基礎(chǔ)下進行內(nèi)部加嚴(yán)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(xiàn)象，影響整體產(chǎn)品畫面品質(zhì)，畫質(zhì)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(chǎn)品設(shè)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(xiàn)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(chǎn)品( 及客戶)所造成的影響進行分析，并對故障模式的嚴(yán)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(shù)評分值RPN=S×O×D=240，F(xiàn)MECA分析結(jié)果如表2 所示。根據(jù)企業(yè)質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生安全風(fēng)險；

2）此故障在模擬終端使用環(huán)境條件下進一步加嚴(yán)，所出現(xiàn)的失效模式情況已經(jīng)超出常規(guī)失效模式，實際市場端無此類問題，風(fēng)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(gòu)、貼合工藝、模組結(jié)構(gòu)、玻璃原材、柱狀隔墊物設(shè)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(jié)構(gòu)、整機機構(gòu)、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(zhì)、真空對盒壓力，柱狀隔墊物(PS) 參數(shù)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(shù)專家進行頭腦風(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行歸類總結(jié)，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(jié)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(xiàn)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(yán)，所出現(xiàn)的失效模式情況已經(jīng)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(jù)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，從備選改進方案中選取改進方案如下：

1）從設(shè)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(yīng)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(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，確保交付的零部件幾何尺寸符合設(shè)計要求；

3）在生產(chǎn)過程中，根據(jù)每次生產(chǎn)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(jù)計算滴入合理的液晶量，減少生產(chǎn)過程帶來的誤差影響；

4）建立長效的生產(chǎn)過程監(jiān)控，對量產(chǎn)的產(chǎn)品進行隨機抽檢和ESS 環(huán)境應(yīng)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(guān)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(chǎn)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(nèi)部加嚴(yán)后條件，進行加嚴(yán)振動試驗、產(chǎn)品功能試驗、環(huán)境適應(yīng)性試驗和壽命試驗。試驗結(jié)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(chǎn)品進行可靠性鑒定試驗。試驗條件：根據(jù)產(chǎn)品認證指導(dǎo)規(guī)范要求：恒溫低溫-40℃ 和恒定高溫90℃ 各測試240 h。試驗結(jié)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(jù)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：對改進后產(chǎn)品進行壽命試驗。

a）壽命試驗類型：高加速壽命試驗；

b）應(yīng)力水平類型：恒定高溫應(yīng)力試驗（實驗室試驗）；

c）試驗?zāi)康模寒a(chǎn)品改進定型階段壽命試驗。( 驗收試驗，結(jié)合試驗結(jié)果并確認產(chǎn)品制造生產(chǎn)良率)；

d）試驗方案：采用定時結(jié)尾統(tǒng)計方案。( 產(chǎn)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?zāi)Ｐ停阂詼囟茸鳛榧铀僮兞?，采用阿倫尼?Arrhenius) 模型，計算溫度加速因子，50.59；

f）試驗剖面：根據(jù)計算結(jié)果得到試驗剖面參數(shù)，如表3 所示：溫度=85℃、測試數(shù)量=5 臺、加速壽命試驗測試時長=1 000 h。

表3 MTBF試驗計算結(jié)果

●   試驗結(jié)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(jié)論：產(chǎn)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(nèi)部改善，提高產(chǎn)品競爭力，提升客戶對此產(chǎn)品及類似產(chǎn)品的品質(zhì)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(chǎn)品原材料成本及生產(chǎn)成本；

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

4）完成經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)并歸檔管理，為后續(xù)車載產(chǎn)品設(shè)計提供知識財富。

4.2 項目總結(jié)

1）完成糾正措施后，進行經(jīng)驗總結(jié)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(shè)計指導(dǎo)規(guī)范，對未來項目形成指導(dǎo)作用；

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

4）重視FMECA 計劃工作，F(xiàn)MECA 的實施過程中應(yīng)貫徹邊設(shè)計、邊分析、邊改進，改進措施首先從設(shè)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(dǎo)作用，借助專家的經(jīng)驗教訓(xùn)及時進行總結(jié)和預(yù)防。

4.3 項目評審

在整個項目時期內(nèi)，定期召開項目周會，并進行 2次項目評審，評審主要邀請產(chǎn)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(nèi)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(nèi)容：評審產(chǎn)品故障根本原因分析方向是否準(zhǔn)確、長期措施是否具備量產(chǎn)性、改善措施是否通過驗證。

4.4 項目中應(yīng)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(yīng)用

參考文獻：

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年7月期）