實(shí)施FMEA以?xún)?yōu)化PCBA可靠性

2020-06-26

PCBA的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)是降低風(fēng)險的首要問(wèn)題。設計電路板時(shí)，首先要考慮的是電路板的功能是否如預期的那樣。但是，如果PCBA在其預期的生命周期內不夠可靠，則實(shí)現該目標幾乎是無(wú)關(guān)緊要的。這包括操作一致性以及機械可靠性。無(wú)論您的公司是否雇用專(zhuān)門(mén)的可靠性工程師，為最佳制造流程做出貢獻也必須是設計的優(yōu)先事項，以有效地降低電路板過(guò)早失效的風(fēng)險。

構想并將其轉變?yōu)榭蛇\行的，可靠的PCBA的過(guò)程是一項復雜的工作，包括幾個(gè)關(guān)鍵階段。主要階段是設計，制造和測試。盡管這些階段是分別執行的，但它們是相互依賴(lài)的。當這種集成度最大化時(shí)，最佳的電路板開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)就會(huì )實(shí)現。為了進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這要求您的電路板設計必須結合合同制造商（CM）的DFM規則和準則。通常，PCBA的生產(chǎn)是通過(guò)平衡成本與價(jià)值和良率或可用板數與已建板數的比率來(lái)指導的。為了優(yōu)化可靠性，必須建立一種風(fēng)險管理手段，例如有效且可量化的故障模式和影響分析（FMEA）策略。 

讓我們定義故障模式和影響分析，并查看其有效用法如何幫助我們獲得最可靠的PCBA。  

什么是失效模式和影響分析？

在大多數含義中，可靠性是很難準確描述的詞語(yǔ)之一，但是每個(gè)人都知道它的含義。不幸的是，這種更抽象的解釋在PCBA開(kāi)發(fā)領(lǐng)域是不夠的。說(shuō)到電路板的可靠性，需要更一致地適用的描述。故障模式和影響分析通過(guò)建立可量化的指標來(lái)提供實(shí)現此目的的手段，可量化的指標不僅可用于確定電路板故障的頻率，而且還可用于確定電路板故障的根本原因。

實(shí)際上，PCB設計的各個(gè)方面都提出了必須權衡的選擇方案，以最大程度地降低一旦部署后電路板出現故障的可能性。例如，應采用風(fēng)險收益分析來(lái)確定組件的最佳放置位置。風(fēng)險管理是FMEA的核心，其定義如下：

失效模式和影響分析（FMEA）是一種算法在流程中的應用，用于識別潛在風(fēng)險，為風(fēng)險分配發(fā)生的可能性，定義在發(fā)生風(fēng)險時(shí)應采取的控制措施或應對措施以及評估影響發(fā)生和響應對整個(gè)過(guò)程可靠性的影響。 

FMEA可以應用于單個(gè)過(guò)程，多個(gè)過(guò)程或復雜系統的操作。在這兩種情況下，都有確保算法有效的共同點(diǎn)，如下所述。 

什么是有效FMEA？

FMEA算法

如上所述，FMEA的目標是量化可靠性。上圖所示和以下總結的FMEA算法可以很好地說(shuō)明這一點(diǎn)。

FMEA算法步驟：

組隊

     該團隊包括影響流程的所有人員。

列出失敗模式和影響

     應列出所有類(lèi)型的故障及其原因。

等級等級

     所有故障模式都應根據其對過(guò)程的影響的嚴重程度進(jìn)行排序。

列出潛在原因

    應列出所有導致故障模式的潛在原因。

等級可能性

     由特定原因引起的故障模式的可能性應與其他潛在原因進(jìn)行比較。

列出過(guò)程控制

    對于每種故障模式，應列出控制或緩解措施，通常取決于其嚴重性和/或原因。  

排名檢測

 

     檢測概率應分配一個(gè)等級。隨著(zhù)故障的發(fā)生，該值可能會(huì )繼續變化。  

計算RPN

     風(fēng)險優(yōu)先級數字（RPN）是通過(guò)將嚴重性乘以發(fā)生次數再加上檢測得出的。RPN =（S x O x R）。

對高優(yōu)先級RPN采取行動(dòng)

高RPN通常具有需要采取措施來(lái)干擾或停止該過(guò)程的控件。如果需要失敗模式，則必須建立這些控制。 

重新計算RPN

     只要有重大事件，就應重新計算RPN。

在幾乎每個(gè)階段，都必須為FMEA算法定義一個(gè)參數。這是其最大的優(yōu)勢之一，其有效性在于定義的準確性，其中許多是數字。 

FMEA最初是在航空航天工業(yè)中開(kāi)發(fā)的，目的是改善根本原因分析（RCA），這仍然是一種流行的方法，用于找出故障發(fā)生后的原因。另一方面，FMEA旨在通過(guò)預測故障發(fā)生的頻率和嚴重程度來(lái)預防故障。此外，正如FMEA可以用于PCBA開(kāi)發(fā)的多種方式所證明的那樣，沒(méi)有特定的工藝規模會(huì )限制其應用。其中一些應用程序包括FMEA風(fēng)險評估，供應鏈FMEA和PCBA開(kāi)發(fā)流程FMEA，將在下一節中討論每一項。

將FMEA應用于PCBA設計和制造

在以下各節中，總結了如何將FMEA應用于PCBA開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)階段的示例。在深入研究這些之前，讓我們討論一個(gè)用于建立該算法的寶貴工具-FMEA圖。 

FMEA圖表

在上圖中，顯示了用于分析風(fēng)險的圖表示例。有時(shí)被稱(chēng)為風(fēng)險分析矩陣，該圖表用于列出故障模式，原因和控制，并對故障的發(fā)生，嚴重性和檢測進(jìn)行排序。此外，它還顯示每個(gè)事件的RPN。該FMEA圖是動(dòng)態(tài)工具，用于說(shuō)明風(fēng)險的當前狀態(tài)，或者相反，用于說(shuō)明評估過(guò)程的可靠性。  

組件選擇的FMEA

PCBA開(kāi)發(fā)過(guò)程由數十個(gè)單獨的任務(wù)和決策組成，這些任務(wù)和決策可能會(huì )導致電路板故障。從設計階段開(kāi)始，就需要制作出精良，高質(zhì)量和可靠的電路板。設計中最關(guān)鍵的步驟是組件的選擇。不能滿(mǎn)足其功能性和壽命性能目標的組件最終將導致PCBA過(guò)早失效。因此，針對該組件的FMEA風(fēng)險評估是該風(fēng)險分析和預防算法的最佳用途之一。 

這里是有關(guān)針對組件選擇的FMEA風(fēng)險評估的詳細信息。

將FMEA擴展到PCB供應鏈

如上所述，組件選擇是防止PCBA故障的關(guān)鍵設計任務(wù)。但是，即使是最佳的選擇程序，仍然可以使劣質(zhì)或假冒的零件滑出裂縫。因此，將供應鏈FMEA納入其中也很重要，它包括以下基本步驟：

PCBA供應鏈FMEA步驟

步驟1：     識別風(fēng)險類(lèi)型

步驟2：     確定潛在風(fēng)險

步驟3：為     每種風(fēng)險評分

步驟＃4：     量化每種風(fēng)險

步驟5：    分析風(fēng)險

步驟6：     開(kāi)發(fā)控件

步驟＃7：     套用控制權并重新評估

采用上述步驟可增強組件風(fēng)險管理和FMEA方案的穩定性。

這是有關(guān)使用FMEA保護供應鏈的更多信息。

PCBA開(kāi)發(fā)流程的FMEA

FMEA的最初應用幾乎完全是制造過(guò)程。因此，將FMEA應用于整個(gè)PCBA開(kāi)發(fā)過(guò)程是非常合適的，這主要是一個(gè)由電路板設計，制造和測試組成的迭代周期。實(shí)際上，利用開(kāi)發(fā)或原型制作階段來(lái)減少發(fā)生風(fēng)險的可能性有很多好處，其中包括在生產(chǎn)前完成成本效益。