AQL、LTPD以及“零缺陷”三种抽样检验的比较

凌 勇，涂继云

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

1 引言

抽样检验又叫统计抽检检验，是指从交验的一批产品中，随机抽取若干单位产品组成样本进行检验，通过对样本的检验结果对整批产品做出质量判定的过程。

抽样检验按照检验特性值的属性可划分为计量抽样检验和计数抽样检验。两种抽样检验方法各有优缺点，计量抽样检验抽样量小但计算复杂，而计数抽样检验抽样量大但使用较为方便，因此在抽样检验的实践中，更广泛地采用计数抽样检验。在计数抽样检验中，根据抽样方案不同，又分为一次抽样方案、二次抽样方案和多次抽样方案[1]。本文仅对一次抽样方案进行讨论。

一次抽样方案包括三个表征参数：样本量n、接收数Ac和拒收数Re，简记为（n︱Ac，Re）。典型的一次抽样检验方案如图1所示。

图1 一次抽样方案示意图

假设产品批量为N，采用抽样方案（n︱Ac，Re）进行抽样检验，随机变量X表示样本中包含不合格品数，Pa(p)表示当批不合格率为p时抽样方案的接收概率，则有：

通常称公式（1）所给定的函数Pa(p)为抽样方案（n︱Ac，Re）的抽样特性函数，简称OC函数。在实际应用中，OC函数可进一步转化。

当N＜10n时，Pa(p)服从超几何分布：

当N≥10n，且n＜Np时，Pa(p)服从二项分布：

当N≥10n，且n≥Np时，Pa(p)服从泊松分布：

根据公式（1）～（4）绘制的曲线称为OC函数曲线。典型的OC函数曲线如图2所示。

图2 典型OC函数曲线示意图

如果生产的产品品质已经达到生产方要求的允收质量水平（即p≤AQL）时，生产方以高概率（通常为95%）接收；如果产品的不良率超过使用方最低允收水平（即p≥LTPD）时，用户方以低概率（通常为10%）接收。由于任何统计抽样都有一定的风险，通常使用辨别率OR指标定量衡量抽样方案的辨别力：

公式（5）中P0.1是接收概率为0.1时对应的产品质量水平，P0.95是接收概率为0.95时对应的产品质量水平。OR数值越小，越有利于保护生产方；OR数值越大，越有利于保护用户方。

2 AQL抽样检验

A Q L抽样检验规定了以可接收质量水平（Acceptable Quality Level）为质量指标的抽样方案和实施程序。在GJB179A《计数抽样检验程序及表》（该标准等效采用美军标MIL-STD-105E）中将产品批量划分为15档，将检验水平（IL）划分为7个等级，并规定了不同检验水平和AQL条件下产品批量N与样本n的对应关系表。AQL抽样方案类型可分为一次抽样、二次抽样以及多次抽样[2]。

GJB197A规定：在对一系列连续提交批的抽样检验中，应根据产品质量的变化情况，按照转移规则（如图3）进行抽样方案调整。

图3 AQL抽样检验转移规则图

例1：假设某型号半导体集成电路陶瓷外壳批量N=150，AQL=1，IL=II，采用GJB179A，查表得：

（1）一次正常检验n=13，Ac=0，Re=1；

（2）一次加严检验n=20，Ac=0，Re=1；

（3）一次放宽检验n=5，Ac=0，Re=1。

依据公式（2）～（4）分别绘制OC函数曲线，如图4所示。

从图4可以看出，随着抽样方案逐步加严，OC函数曲线逐渐向左移动，这意味着当产品不合格品率固定时，一次加严检验的产品接收概率较低，一次放宽检验的产品接收概率较高。另从图中得知，OR一次放宽检验≈35.96、OR一次正常检验≈41.12、OR一次加严检验≈53.37，也就是说一次加严检验抽样方案鉴别力较低，一次放宽检验抽样方案鉴别力较高。

图4 一次正常/加严/放宽检验OC函数曲线

3 LTPD抽样检验

LTPD抽样检验规定了以批允许不合格品率（Lot Tolerance Percent Defective）为质量目标的抽样方案和实施程序。GJB597A《半导体集成电路总规范》附录B提供了两张LTPD抽样方案表，一张是N＞200的LTPD抽样表，另一张是N≤200的LTPD抽样表。两张表格规定了不同LTPD条件下产品批量N与样本n的对应关系[3]。LTPD抽样流程可理解为图5所示。

例2：假设某型号半导体集成电路批量N＞200，LTPD=15，采用GJB597A，查表得：

（1）初始检验LTPD=15，Ac=0，Re=1，n=15；

（2）追加检验LTPD=15，Ac=2，Re=3，n=34；

（3）加严检验（方案A）LTPD=10，Ac=0，Re=1，n=22；

（4）加严检验（方案B）LTPD=10，Ac=2，Re=3，n=52。

依据公式（2）～（4）分别绘制OC函数曲线，如图6所示。从图6得知，OR初始检验≈45.14、OR追加检验≈6.52、OR加严检验(方案A)≈45.47，OR加严检验(方案B)≈6.52。也就是说初始检验和加严检验（方案A）的抽样方案鉴别力基本相同并且鉴别力较低，而追加检验和加严检验（方案B）的抽样方案鉴别力基本相同且鉴别力较高。

4 零缺陷抽样检验

“零缺陷”抽样标准（即美军标M I LSTD-1916）的判定准则为“0收1退”，即只要某批在检产品出现一个不合格品，不论批量大小、样本多少，都可以判该批产品整批不合格。“零缺陷”抽样检验不再像其他抽样检验那样强调抽样的技术，而是转为强调以事先的预防代替事后的检验，并要求供应商建立预防性的质量体系和有效的过程质量控制系统。

图5 LTPD抽样程序流程图

图6 初始/追加/加严检验(方案A)/加严检验（方案B）OC函数曲线

MIL-STD-1916将产品批量分成11档，将验证水平（VL）划分为9个等级，并规定了不同验证水平下产品批量N与样本n的对应关系表[4]。“零缺陷”转移规则可理解为图7所示。

例3：假设某型号半导体集成电路柯伐镀金盖板批量N=500，采用MIL-STD-1916，查表得如表1的抽样方案。

图7 “零缺陷”抽样检验转移规则图

表1 抽样检验方案

依据公式（2）～（4）分别绘制OC函数曲线，如图8所示。

图8 不同VL条件OC函数曲线

从图8得知，ORV≈60、ORIV≈52、ORIII≈43、ORII≈41、ORI≈39、ORII≈31。也就是说随着VL验证水平的不断提高，对应抽样方案的鉴别力也在不断下降。

5 三种类型抽样比较

AQL、LTPD以及“零缺陷”三种类型抽样检验的特点详见表2所示。

表2 三种类型抽样标准比较

从表2可以看出，AQL抽样由于设有转移规则，因此抽样方案随产品批次质量水平变化而相应动态改变。当产品批次质量水平提高时，作为对生产方的鼓励，后续批次产品检验严格度将逐渐放宽；当产品批次质量水平降低时，作为对生产方的警戒，后续批次产品检验严格度将逐渐加严。但AQL抽样方案过于复杂，通常AQL抽样仅仅规定AQL和IL值，但检验人员在实际检验时就会面临一次抽样、二次抽样还是多次抽样的选择。一次抽样对生产方心理上的影响最差，且所需总检验费用最多，而多次抽样对每批产品质量估计准确性最差，且检验人员以及设备利用率最低，因此检验人员要综合考虑各类因素再决定采用何种抽样方案。总体来说，AQL抽样过于强调抽样技术，操作较复杂。

LTPD抽样也存在类似AQL抽样的问题，仍以例2为例，检验人员在重新提交试验就会面临方案A还是方案B的选择。从保护用户方角度考虑，应优先选择方案A进行抽样；从保护生产方角度考虑，应优先选择方案B进行抽样。因此检验人员必须综合考虑生产方和用户双方质量损失和经济性的平衡，再确定合理的抽样方案。另外由于LTPD抽样检验严格度只包含正常和加严两类，因此LTPD抽样偏向于保护用户方。

零缺陷抽样兼具了AQL和LTPD两类抽样的优点：

（1）抽样方法简单

只有一次抽样方式，检验人员不必为可能存在的多重抽样方案而困扰。生产方和用户方均执行同一判别标准“0收1退”，不必为可能存在的多重判据而出现争议或纠纷。

（2）抽样方案经济

在选取相同AQL值的情况下，零缺陷抽样方案的抽样风险概率与GJB179类似，同时抽检量大大减少。

（3）质量理念先进

零缺陷抽样强调一种新型的质量理念：如果产品的质量相当差，大于0的允收数没有太多帮助；如果产品的质量相当好，过多的检验反而导致成本的浪费；应对缺陷保持零容忍的态度，并强制对不合格采取有效控制。零缺陷抽样保留转移规则，当产品批次质量水平提高时，后续抽样会降低验证水平，鼓励生产方持续改进；当产品批次质量水平降低时，后续抽样会提高验证水平，并要求生产方加强质量过程控制，采用CPK、SPC、MSA、DOE等多种质量控制技术，从而保证产品具有较高的内在质量。

1994年，美国三大汽车厂商（通用、福特、克莱斯勒）发布的QS9000质量体系标准就明确要求：接收准则必须是零缺陷。1996年美国军方推出MILSTD-1916，判定准则也是“0收1退”。而我国由于抽样检验技术起步较晚，虽然MIL-STD-105E标准在美国已被废止，但在我国仍有许多企业在使用，甚至还有少数企业还在使用早期版本MIL-STD-105D。令人欣喜的是，近年来零缺陷抽样方案已经在我国众多汽车行业企业中得到较为广泛的应用。我国部分军用抽样标准也逐渐引入了零缺陷抽样的理念，例如在05版的《微电子器件试验方法和程序》GJB548方法5005鉴定和质量一致性检验程序中，就取消了96版GJB548标准的LTPD抽样方法，而替代采用“Ac=0”的固定样本抽样方法。随着时间的推移以及零缺陷质量意识的不断深入人心，会有越来越多的企事业单位理解、接受和使用零缺陷抽样检验方法。

6 总结

随着科技水平的不断发展以及检验实践的不断深入，人们逐步意识到通过筛选和试验只能剔除早期失效的产品[5]，并不能提高产品固有可靠性，而只有提高设计和工艺水平才是保证和评价产品可靠性的根本途径。同时，人们也逐步意识到过于强调抽样技术不仅会增加企业的生产成本，而且不符合现代企业所倡导的“精确、高效、务实、简单”的经营理念。零缺陷抽样检验凭借其抽样方法简便、抽样方案经济、质量理念先进的特点，已经逐渐成为现代企业质量检验管理的潮流所向。

[1] 孙青. 电子元器件可靠性工程[M]. 北京：电子工业出版社，2002.16-32.

[2] 计数抽样检验程序及表[S]. 北京：国防科工委军标出版发行部.GJB179A-96.

[3] 半导体集成电路总规范[S]. 北京：国防科工委军标出版发行部.GJB597A-96.

[4] MIL-STD-1916[S]. DEPARTMENT OF DEFENSE TEST MEHTOD STANDARD.

[5] 颜燕，等. 浅谈对集成电路加速寿命试验的认识[J].电子与封装，2012，12（5）：42-43.