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嘉峪檢測網 2025-03-09 10:07
失效分析方法是一系列系統化、結構化的技術和工具，用于識別、分析和解決產品或系統在生命周期中出現的失效問題。失效分析的目的是找出失效的根本原因，提出改進措施，從而防止類似問題再次發生，提高產品的可靠性和質量。失效分析方法廣泛應用于電子、機械、航空航天、汽車、醫療設備等領域。
一、失效分析方法的核心目標
失效分析方法的核心目標包括：
識別失效模式：明確失效的表現形式（如短路、開路、性能下降等）。
分析失效原因：找出導致失效的根本原因（如設計缺陷、材料問題、工藝不良等）。
提出改進措施：根據分析結果，制定有效的解決方案。
預防失效再次發生：通過優化設計、制造流程或使用條件，防止類似失效再次發生。
二、失效分析方法的主要分類
失效分析方法可以根據其應用場景和分析深度分為以下幾類：
定性分析方法
定性分析方法主要通過邏輯推理和結構化思維，找出失效的可能原因。
常見的定性分析方法包括：
1、故障樹分析（FTA）
2、魚骨圖（因果圖）
3、5W1H分析法
4、根本原因分析（RCA）
定量分析方法
定量分析方法通過數據分析和統計工具，量化失效原因和影響。
常見的定量分析方法包括：
1、失效模式與影響分析（FMEA）
2、帕累托分析
3、統計分析（如回歸分析、假設檢驗）
實驗分析方法
實驗分析方法通過物理、化學或電學手段，直接觀察和分析失效現象，然后根據失效現象進行失效根因的推論，最后通過設計試驗或數據分析確認推論。
實驗分析方法需要借助的資料：
1、元器件失效機理庫
2、元器件失效模式和失效根因庫
3、元器件失效激發模型
我一般選擇什么分析方法？
通常選用實驗分析方法進行失效分析，當我選擇定性和定量分析方法時，那么就是已經投降了（認輸輸一半）。
經過多年的失效分析工作經驗的積累，我喜歡/習慣的分析邏輯：
1、對拿到的故障樣品進行失效分析，完成缺陷的暴露和觀察；
2、根據看到的缺陷形貌，與記憶中（開玩笑，這能記住，肯定是有經驗知識庫文檔啦）元器件失效機理對應的失效形貌進行配對，推斷出存在哪些可能的失效原因；
3、設計故障復現試驗或數據分析，驗證確認導致失效的真實根因，故障復現試驗的設計參照元器件失效激發模型進行針對性的設計，縮短驗證時間并減少資源的投入；
4、對確認的根因提出針對性的改善措施，并制定有效性監控跟蹤計劃。
當你們看到我在畫故障樹/魚骨圖的時候，那就是代表短期內我已經走進了死胡同分析不出根因了，已經舉白旗投降了。任何一個案子，如果在1周內分析不出來，那么大概率需要開始準備畫故障樹/魚骨圖了。畫完故障樹以后，與各位專家們繼續頭腦風暴進行故障樹補全，接著一條一條枝干去驗證確認。
通常，很多大公司的失效分析工程師在面對一些疑難雜癥時，經常需要列出故障樹并投入大量資源折騰，即使分析不出失效根因，也要表現出我也在努力的干活了。這是無可厚非的，畢竟工作嘛。但是，我遇到過很多主管或SQE同學，一上來還沒經過實驗分析方法分析，就大張旗鼓的組織畫故障樹，這純粹就是瞎指揮，浪費資源不說，還會影響失效分析工程師的“根因定位第6感”。
比如我就喜歡從失效形貌推斷失效根因、失效機理（靈光一現、目標直指的根因），如過早的開展故障樹分析，將會影響我的根因定位效率。但是，平時的技術積累（失效模式、失效機理、失效根因和失效激發的研究）不能少。
三、常見的失效分析方法詳解
1、故障樹分析（FTA）
故障樹分析是一種自上而下的分析方法，通過邏輯門將頂層故障事件與底層基本事件聯系起來，形成樹狀結構。
優點：
系統性：全面分析故障原因，涵蓋設計、制造、使用等多個環節。
邏輯清晰：通過邏輯門明確事件之間的關系，便于理解。
定量分析：可計算故障概率，評估風險。
缺點：
復雜性：對于復雜芯片，故障樹可能非常龐大，分析耗時。
依賴經驗：需要豐富的經驗和數據支持，否則可能遺漏重要因素。
應用場景：適用于復雜系統的失效分析，尤其是需要定量評估風險的場景。
2、魚骨圖（因果圖）
魚骨圖通過將失效原因分類為幾個主要類別（如人、機、料、法、環），并逐步細化，找出根本原因。
優點：
結構化：通過分類和細化，系統性地分析失效原因。
可視化：圖形化展示，便于團隊討論和溝通。
缺點：
依賴分類：如果分類不當，可能遺漏重要原因。
復雜性：對于復雜失效模式，魚骨圖可能變得龐大且難以管理。
應用場景：適用于團隊討論和頭腦風暴，幫助系統性地分析失效原因。
3、5W1H分析法
5W1H分析法通過回答What（什么）、Why（為什么）、When（何時）、Where（何處）、Who（誰）、How（如何）六個問題，全面分析失效原因。
優點：
簡單直觀：易于理解和應用，適合快速分析。
全面性：通過六個問題，確保不遺漏關鍵因素。
缺點：
缺乏深度：對于復雜失效模式，可能無法深入分析。
主觀性：依賴分析者的經驗和判斷，可能存在偏差。
應用場景：適用于初步分析或簡單失效模式，幫助快速定位問題。
4、根本原因分析（RCA）
根本原因分析是一種系統化的方法，通過逐步追溯失效的根本原因，而不僅僅是表面現象。
優點：
深入性：能夠挖掘深層次的失效原因。
系統性：通過結構化流程，避免遺漏關鍵因素。
缺點：
耗時：需要大量的數據和資源支持。
復雜性：對于復雜系統，分析過程可能較為繁瑣。
應用場景：適用于需要深入挖掘失效根本原因的場景，如重大失效事件分析。
5、失效模式與影響分析（FMEA）
FMEA是一種預防性分析方法，通過識別潛在的失效模式、評估其影響和發生概率，制定改進措施。
優點：
預防性：在設計和制造階段提前識別潛在失效。
全面性：覆蓋設計、制造、使用等多個環節。
缺點：
依賴數據：需要大量的歷史數據和經驗支持。
復雜性：對于復雜系統，分析過程可能較為繁瑣。
應用場景：適用于設計和制造階段的預防性分析，幫助優化流程。
6、帕累托分析
帕累托分析基于“二八法則”，通過識別導致80%問題的20%關鍵因素，優先解決主要問題。
優點：
高效性：聚焦關鍵問題，提高分析效率。
數據驅動：基于數據分析，客觀性強。
缺點：
局限性：僅適用于有明顯關鍵因素的場景。
依賴數據：需要準確的數據支持。
應用場景：適用于需要快速定位關鍵問題的場景，如生產線故障分析。
7、8D問題解決法
8D問題解決法是一種團隊協作的方法，通過8個步驟（如問題描述、臨時措施、根本原因分析、永久措施等）系統性地解決問題。
優點：
結構化：通過明確的步驟，確保問題得到全面解決。
團隊協作：促進跨部門合作，提高問題解決效率。
缺點：
耗時：需要較長的時間完成所有步驟。
復雜性：對于簡單問題，可能顯得過于繁瑣。
應用場景：適用于需要團隊協作解決的復雜問題，如客戶投訴或重大失效事件。
8、統計分析
統計分析通過統計方法分析失效數據，找出變量之間的關系或驗證假設。
優點：
科學性：基于數據，客觀性強。
定量分析：能夠量化失效原因和影響。
缺點：
依賴數據：需要大量的高質量數據。
技術要求高：需要具備統計學知識。
應用場景：適用于需要量化分析的場景，如工藝優化或可靠性評估。
9、實驗分析方法
實驗分析方法通過物理、化學或電學手段，直接觀察和分析失效現象。它適用于需要精確分析失效機理的場景。
優點：精確性、直觀性。
缺點：成本高、技術要求高。
應用場景：芯片失效機理分析、材料性能研究。
四、失效分析方法的選擇
失效分析方法的選擇取決于具體的應用場景和分析目標
復雜系統與定量分析：故障樹分析、FMEA。
對于復雜芯片系統，尤其是需要定量評估風險的場景，故障樹分析和FMEA是最佳選擇。它們通過系統化的方法，幫助工程師全面理解失效原因并評估風險。
初步分析與快速定位：5W1H分析法、帕累托分析。
在失效初期或面對簡單失效模式時，5W1H分析法和帕累托分析是快速定位問題的有效工具。它們通過簡單直觀的方法，幫助工程師快速聚焦關鍵問題。
團隊討論與系統分析：魚骨圖、8D問題解決法。
魚骨圖和8D問題解決法適合團隊討論和頭腦風暴，通過分類和細化，系統性地分析失效原因。它們幫助團隊全面理解失效原因，促進溝通和協作。
深入挖掘根本原因：根本原因分析（RCA）。
對于需要深入挖掘失效根本原因的場景，RCA是最佳選擇。它通過系統化的流程，幫助工程師找到深層次的失效原因。
數據驅動與量化分析：統計分析。
對于需要量化分析的場景，如工藝優化或可靠性評估，統計分析是最佳選擇。它基于數據，提供客觀的分析結果。
精確分析失效機理：實驗分析方法。
我用的最多的是實驗分析方法和統計分析
五、失效分析方法的意義
失效分析方法不僅是解決問題的工具，更是提升產品質量和可靠性的關鍵手段。通過系統化的失效分析，企業可以：
提高產品可靠性：減少失效發生，延長產品壽命。
降低生產成本：減少返工和維修成本。
增強客戶信任：提供高質量的產品和服務。
推動技術創新：通過分析失效機理，優化設計和制造流程。
六、總結
失效分析方法是一系列系統化、結構化的技術和工具，用于識別、分析和解決失效問題。從定性分析到定量分析，從邏輯推理到實驗驗證，不同的方法適用于不同的場景。工程師應根據具體需求選擇合適的方法，或結合多種方法進行全面分析，確保產品的高質量和可靠性。失效分析不僅是解決問題的工具，更是推動技術進步和質量提升的重要手段。
來源：Top Gun實驗室
