運用失效模式與影響分析評估矽 甲烷供應系統之安全性─
以 TFT-LCD 廠為例
王嘉麟、金大仁
壹、緒論
一、前言
薄膜電晶體液晶顯示器（TFT- LCD）為平面顯示器的一種，近年來 隨著社會變遷及產業改變，TFT-LCD 產業成為台灣最蓬勃發展之高科技產 業，從 3 代生產線發展至現今之 5、6 代生產線，投資金額也從約 150~200 億元增加到 700~900 億元，後續 7、8 代生產線的佈局使 TFT-LCD 產業繼 半導體產業後形成另一個資本密集及 技術密集產業。
TFT-LCD 廠高危害物質－矽甲
烷，為一無色、會與空氣反應、有窒 息性影響。與空氣接觸會自燃，燃燒 時會釋放出未結晶的二氧化矽濃煙。
此氣體在空氣中會自燃且有潛在的劇
烈燃燒危害，且可能引起爆炸。對人 的安全與健康具有嚴重的威脅性，如 表 1。加上 365 天 24 小時不停運轉生 產，一旦發生工安意外，將造成無法 彌補的災害與傷害。
TFT-LCD產業矽甲烷使用量倍數
於半導體製程的使用量，以半導體的 事故為例：JSIA1988~1998 統計日本 半導體廠事故，在氣瓶櫃、排氣系統 事 故 比 例 較 高 ， 如 圖 1 。 國 內 於
1996~1997 年發生三起電子公司重大
表 1 矽甲烷（SiH4）主要危害特性 矽甲烷（SiH4）主要危害特性 爆炸範圍 1.4%~96%
自燃溫度 常溫 容許濃度 5 ppm
中毒症狀 刺激呼吸道、皮膚、眼睛、
頭痛、咳嗽
資料來源：光電廠危害預防研究
█ 論著與譯文 █
圖1 日本半導體廠事故（JSIA統計1988 至1998）統計
資料來源：矽甲烷廠務系統危害辨識與量化 風險分析技術手冊
火災，財產損失數億元至數佰億元以 上不等之額度，如再加上停工損失，
則損失將更為可觀。
本研究以失誤模式與影響分析
（FMEA）來探討 TFT-LCD 廠高危害 物質─矽甲烷之安全管理狀況，比較 與半導體廠之安全管理差異，評估
TFT-LCD 廠可能潛在之危害及其影
響，提出安全管理方式，供業界參考，
以促進危害物質之管理安全。
二、文獻回顧
FMEA 技術的應用發展十分迅 速。1950 年代初，美國將 FMEA 用於 一種戰鬥機作業系統的設計分析，到 了 1960 年代，此技術應用在航太業之 可靠度設計與安全風險評估。1976 年，美國國防部頒佈了 FMEA 的軍用 標準，但僅限於設計方面。1980 年代
中期，汽車工業開始應用 FMEA 以作 為可靠度保證與安全性評估。到了 1988年，美國聯邦航空局發布咨詢通 報要求所有航空系統的設計及分析都 必須使用 FMEA。1991 年，ISO-9000 推薦使用 FMEA 提升產品和過程的設 計。1994 年，FMEA 又成為 QS-9000 的認證要求。
張嘉倫、江宗霖運用失效模式與 影響分析進行橋樑上部結構施工之安 全評估研究，利用 87~91 年間之國內 橋樑上部結構施工之相關災害類型，
彙整設計出適用於橋樑上部結構施工 安全評估之 FMEA 分析表，依據勞委 會之災害統計資料，獲得橋樑上部結 構的危害分析結果，有效辨別出危害 的嚴重性與失效原因，提供規劃者藉 此檢查及更改設計，來避免或降低未 來施工危害發生之依據。
郭承瑋以系統安全管理方法檢核 台鐵站務系統之軌道運輸安全，藉由 焦 點 團 體 討 論 設 計 出 問 卷 ， 並 依 FMEA 作為研究之結論與建議，並提 供台鐵未來降低行車事故風險改善方 案之參考資料。
三、研究目的及方法
本研究利用 FMEA 來對 TFT-LCD 廠矽甲烷供應系統進行潛在之危害辨 識，量化危害風險，以作為事故原因 檢討與提供適當之預先防範措施。研
究方法依過去光電業與半導體業發生 之相關事故災害案例，彙整修正設計 出一適用於矽甲烷供應系統安全評估 之 FMEA 分析表，再利用 FMEA 分析 表進行問卷統計。由問卷調查統計結 果發掘 TFT-LCD 廠可能潛在之危害 及其危害影響，從 FMEA 分析表所得 之量化指標與防範措施之建議，藉由 失誤樹分析（FTA）繪出風險指數較 高之危險因子，以提供系統在各個危 害節點改善之道與最佳的防範措施。
貳、FMEA 分析
彙整過去光電業與半導體業發生 之相關事故災害類型，修正設計出一 適用於矽甲烷供應系統安全評估之 FMEA分析表，如表 2 所示。
依據氣體供應端、機台端與除害 設備端將不同類型之事故填入 FMEA 分析表中，進行各危害類型之失誤機
率、失誤嚴重性與改善後再發生機率 問卷調查，失誤機率與改善後再發生 頻率參考依據如表 2，失誤嚴重性參 考依據如表 3。
參、研究結果
本研究主要是依據 FMEA 進行矽 甲烷供應系統相關危害之研究調查，
將結果資料陳述與討論，如下。
一、FMEA 分析
在失誤機率評量上，得知認同失 誤機率在中等以上且超過 50%以上只 有「Pumping Line 管線阻塞」一項，
認同失誤機率在 30%以上有「鋼瓶作 業翻覆」、「鋼瓶作業碰撞」、「鋼瓶作 業拆錯使用中的氣瓶」、「Exhaust 無作 動」及「Bellow/check valve 燒毀」等 五項，表示現況矽甲烷供應系統之失 能風險仍高。
表 2 FMEA 分析表
失誤機率 嚴重性 改善後再發生
頻率 很高 高 中
等 很 低 幾
乎不 可能
重大 高 度 中
度 低 度 輕
微 很
高 高 中 等 很
低 幾 乎不 可能 項次
失效 因子
失效模式
5 4 3 2 1
失效影響
5 4 3 2 1
預防措施 (可複選)
5 4 3 2 1
表 3 失誤機率與改善後再發生頻率
等級區分
分級 說明 預期發生頻率
5 很高 一年發生三次以上(含 3 次)。
4 高 一年發生一次以上或二次以下 (三年內發生一次以上，但一年不超過一次)。
3 中等 約一至五年發生一次。(五年發生一次以上，但五年不超過一次) 2 很低 約五年發生一次。(五年不超過一次)
1 幾乎不可能 不太可能發生。
表 4 失誤嚴重性
等級區分
等級 嚴重度 財產損失 生產損失 人員傷亡或職業病
5 重大 在一千萬以上 停工一個月 一人死亡或三人嚴重受傷 4 高度 100 萬到一千萬元之間 停工二週 二人以上之嚴重傷害 3 中度 10 萬到 100 萬元間 停工一週 需要住院醫療之嚴重傷害 2 低度 1 萬到 10 萬元之間 停工一天以下 需要醫療處理的傷害 1 輕微 小於 1 萬元或輕微受損，無明顯損失 短暫停工，無明顯損害
失 不需或僅需一般處理之傷
害或疾病
失誤嚴重性評量上，從統計數字 可以得知超過 50%以上受訪者認為有 財產損失超過 10 萬以上、生產損失超 過停工一週以上、人員傷亡需要住院 醫療之嚴重傷害的失效模式，包括有
「鋼瓶作業種類錯誤」、「鋼瓶作業翻 覆」、「鋼瓶作業碰撞」、「鋼瓶作業拆 錯使用中的氣瓶」、「閥件鬆脫」、
「Exhaust 無作動」、「Sprinkler 無作 動 」、「 dry pump Shut Down 」、
「Pumping Line 管線阻塞」、「local scrubber管線堵塞，pump 故障」、「local scrubber exhaust line 阻塞」、「local
scrubber O2測漏失效」等在中度以上
之嚴重度共 12 項。顯示以上 12 項因 子為矽甲烷供應系統危害之關鍵點。
二、光電業與半導體業之差異 光電業與半導體業之差異，在失 誤機率評量上，「鋼瓶作業翻覆」、「鋼 瓶作業碰撞」、「gasket（襯墊）未更換」
等三項失誤機率光電業高於半導體 業，經訪問及查詢文獻得知在原物料 使用量之需求光電業高於半導體業，
相對人工操作更換頻率次數也較高。
在嚴重性評量上，於「鋼瓶作業種類
錯誤」、「鋼瓶作業碰撞」、「鋼瓶作業 拆錯使用中的氣瓶」、「閥件鬆脫」、「鋼 瓶連接器未鎖緊」、「gasket（襯墊）安 裝不良」、「gasket（襯墊）未更換」、
「Exhaust 無作動」、「Sprinkler 無作 動 」、「 dry pump Shut Down 」、
「Pumping Line 管線阻塞」、「Bellow、
check valve 燒毀」、「local scrubber 管 線堵塞，pump 故障」、「local scrubber exhaust line阻塞」、「local scrubber O2 測漏失效」等 15 項光電業高於半導體 業，主因為使用量與更換頻率皆高。
三、改善後再發生頻率
在預防改善評量上，受訪者依據 預防措施建議之選項，及其公司現況 之作業標準程序，予以回應最佳化之 管理建議。其中 78.5%受訪者認同預 防措施之建議，67.9%認同依建議事項 進行作業管制，改善後再發生頻率幾 乎不可能。另有受訪者建議增加表 5 所列之預防措施，以提供更加之安全 保護。
表 5 受訪者建議增加之預防措施
項次 失效因子 失效模式 預防措施建議
A04 鋼瓶作業 拆錯使用中的氣瓶 鋼瓶頸身塑膠套環辨識 A05 氮氣 purge 手動閥誤關 設有流量警報裝置 A06 氮氣 purge 氣動閥故障 設有流量警報裝置 A07 氮氣 purge 氮氣供應不足 設有流量警報裝置 A08 氮氣 purge 調壓閥故障 設有流量警報裝置
A18 調壓閥 設定錯誤 auto-switch check 壓力狀態
A19 Exhaust 無作動 1.設有壓差警報
2.interlock機台無法運作
A20 Exhaust 排氣量不足 設有壓差警報
B01 Pumping Line dry pump Shut Down pump過高壓連鎖系統
B02 Pumping Line 管線阻塞 定期保養及清潔管路
B03 Pumping Line Bellow、check valve 燒毀
1.更改 check valve 型式 2.定期更換
3.定期保養測漏 C03 local scrubber 管線堵塞，pump 故障 1.設置緊急 purge N2
2.定期清潔管路 C04 local scrubber exhaust line阻塞 設置緊急 purge N2
C06 local scrubber O2測漏失效 定期氦氣測漏
四、FTA 分析
失誤樹的符號及名稱說明如表 6，藉由失誤樹分析可以探究光電業矽 甲烷作業意外事故發生的原因，並依 據 FMEA 分析結果得出之事故發生機 率與嚴重度，我們可以瞭解受訪者中 認同中等以上事故發生機率之，及事 故嚴重度在中度以上百分比之矽甲烷 意外事故發生因子，如圖 2、圖 3、圖 4 所示。圖 2 歸納出氣體供應系統失 效之 10 個重點處，圖 3 歸納出機台系 統失效之 3 個重點處，圖 4 歸納出除 害設備系統失效之 3 個重點處，對應 預防措施得出結果如表 3。
肆、結論與建議
本文之研究主要以矽甲烷供應系 統之作業安全為研究對象，彙整過去 已 知 發 生 之 事 故 及 相 關 案 例 ， 以 FMEA 進行事故潛在發生因子的辨識 與分析發生風險。藉由失誤樹之推 演，可以瞭解 TFT-LCD 廠矽甲烷事故 的起始因素，並可提出防範措施。綜 合研究調查結果，可歸納下列結論：
1. 由光電業與半導體業之差異分析，
發現 TFT-LCD 廠矽甲烷事故發生 原因主要為人員不安全的行為，如
「鋼瓶作業翻覆」、「鋼瓶作業碰 撞」、「gasket（襯墊）未更換」等三
表 6 失誤樹的符號及名稱說明
符 號 名 稱 說 明 頂上事件 事故的結果，或不希望發生的事件
次因失誤事件 外在因素所造成的失誤事件，表示必需再往下分析
基本失誤事件 原因分析至此為止，有人為失誤或機械設備失誤
OR gate 某一事件係由多個不同原因所造成，而且只要其中
一個或以上的原因出現即可導致該事件發生
AND gate 某一事件係由多個不同原因所造成，而這些原因必
須同時出現才會導致該事件發生
圖2 光電業矽甲烷氣體供應之事故失誤樹
圖3 光電業矽甲烷機台之事故失誤樹 圖4 光電業矽甲烷除害設備之事故失誤樹 註：陰影標示表受訪者中認同光電業之失誤發生機率或嚴重性之百分比高於半導體業，
粗體字表受訪者中認同中等以上失誤機率之百分比，一般黑字表受訪者中認同中度 以上嚴重性之百分比。
表 7 氣體供應系統失效預防建議 項次 危 害 因 素 預 防 建 議
A01 鋼瓶作業種類錯誤 1.不相容氣體分開儲存。
2.落實二人更換鋼瓶作業程序 double check。
3.SiH4鋼瓶的顏色與其他的顏色不同。
A02 鋼瓶作業翻覆 1.鋼瓶設置防撞設備。
2.每次作業依 SOP 進行搬運作業。
3.定期實施搬運人員教育訓練。
A03 鋼瓶作業碰撞 1.鋼瓶設置防撞設備。
2.每次作業依 SOP 進行搬運作業。
3.定期實施搬運人員教育訓練。
A04 鋼瓶作業拆錯使用中的氣瓶
1.設有安全鎖，關閉後才能更換。
2.落實二人更換鋼瓶作業程序 double check。
3.確實穿戴 PPE（個人防護具）。
4.鋼瓶頸身塑膠套環辨識。
A11 閥件鬆脫 1.依進料檢驗程序檢查。
2.每日點檢。
3.確實穿戴 PPE（個人防護具）。
A13 鋼瓶連接器未鎖緊 1.每次更換測漏。
2.UV IR Detector。 3.設有 sprinkler。
A15 gasket(襯墊)安裝不良 1.每次更換測漏。
2.確實穿戴 PPE（個人防護具）。
3.落實二人更換鋼瓶作業程序 double check。
A16 gasket(襯墊)未更換 1.每次更換測漏。
2.確實穿戴 PPE（個人防護具）。
3.落實二人更換鋼瓶作業程序 double check。
A19 Exhaust無作動
1.設置低流量警報。
2.設置 gas detector。
3.設置自動灑水系統。
4.設置壓差警報。
5.interlock機台無法運作。
A21 Sprinkler無作動 1.確認水源有供應。
2.確認水壓正常。
3.確認閥件已開啟。
B01 Pumping Line dry pump ShutDown
1.定期 check pump 之背壓。
2. chamber系統設有高壓警報及連鎖作動系統。
3. pump過高壓連鎖系統。
B02 Pumping Line管線阻塞 1.定期 check pump 之背壓。
2. chamber系統設有高壓警報及連鎖關閉系統。
項次 危 害 因 素 預 防 建 議 3.定期保養及清潔管路。
B03 Pumping Line Bellow、 check valve 燒毀
1.不相容物減量。
2.增加 N2 purge 量。
3.使用相容材質之 Oring。
4.更改 check valve 型式。
5.定期更換。
6.定期保養測漏。
C03 local scrubber 管 線 堵 塞，pump 故障
1.管線採用防火材質。
2.設有溫度偵測器。
3.連鎖關閉裝置。
4.設置緊急 purge N2。
5.定期保養及清潔管路。
C04 local scrubber exhaust line阻塞
1.定期 check 管路系統之靜壓值。
2.定期進行 exhaust Line 之保養。
3.連鎖關閉裝置。
4.設置緊急 purge N2。
C06 local scrubber O2 測漏 失效
1.定期進行 O2 Detector 校正。
2.設有溫度偵測器。
3.管線採用防火材質 4.定期氦氣測漏
項，且發生事故之頻率高於半導體 業。主因為矽甲烷使用量之需求光 電業高於半導體業，相對人工操作 更換頻率高，發生事故之風險也相 對高。
2. FMEA與 FTA 分析中，列舉出矽甲 烷供應系統安全危害之關鍵點共 16 項。透過預防改善這些關鍵點並進 行作業管制，可提供完善之安全保 護。
3. 由於 TFT-LCD 廠危害辨識與分析 之過程繁複，以及常未據實通報事 故，使得事故發生頻率與嚴重性的 資料不易獲得，建議建立產業的安
全文化，以利相關工安資料之彙 集。並運用 FMEA 依不同階段找出 可能使安全失效的因子，完整的收 集及整理數據，以量化的數據為基 礎，再透過 FTA 完整並且有系統的 進 行 改 善 與 管 制 。 並 可 運 用 於
TFT-LCD產業，以作為全產業危害
鑑別及風險評估之工具，提升作業 的安全性。
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