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技術(shù)專題
實施FMEA以優(yōu)化PCBA可靠性
PCBA的開發(fā)和生產(chǎn)是降低風(fēng)險的首要問題。設(shè)計電路板時，首先要考慮的是電路板的功能是否如預(yù)期的那樣。但是，如果PCBA在其預(yù)期的生命周期內(nèi)不夠可靠，則實現(xiàn)該目標(biāo)幾乎是無關(guān)緊要的。這包括操作一致性以及機(jī)械可靠性。無論您的公司是否雇用專門的可靠性工程師，為最佳制造流程做出貢獻(xiàn)也必須是設(shè)計的優(yōu)先事項，以有效地降低電路板過早失效的風(fēng)險。
構(gòu)想并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇\行的，可靠的PCBA的過程是一項復(fù)雜的工作，包括幾個關(guān)鍵階段。主要階段是設(shè)計，制造和測試。盡管這些階段是分別執(zhí)行的，但它們是相互依賴的。當(dāng)這種集成度最大化時，最佳的電路板開發(fā)和生產(chǎn)就會實現(xiàn)。為了進(jìn)行開發(fā)，這要求您的電路板設(shè)計必須結(jié)合合同制造商（CM）的DFM規(guī)則和準(zhǔn)則。通常，PCBA的生產(chǎn)是通過平衡成本與價值和良率或可用板數(shù)與已建板數(shù)的比率來指導(dǎo)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(shù)含義中，可靠性是很難準(zhǔn)確描述的詞語之一，但是每個人都知道它的含義。不幸的是，這種更抽象的解釋在PCBA開發(fā)領(lǐng)域是不夠的。說到電路板的可靠性，需要更一致地適用的描述。故障模式和影響分析通過建立可量化的指標(biāo)來提供實現(xiàn)此目的的手段，可量化的指標(biāo)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。
實際上，PCB設(shè)計的各個方面都提出了必須權(quán)衡的選擇方案，以最大程度地降低一旦部署后電路板出現(xiàn)故障的可能性。例如，應(yīng)采用風(fēng)險收益分析來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(yīng)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)險時應(yīng)采取的控制措施或應(yīng)對措施以及評估影響發(fā)生和響應(yīng)對整個過程可靠性的影響。
FMEA可以應(yīng)用于單個過程，多個過程或復(fù)雜系統(tǒng)的操作。在這兩種情況下，都有確保算法有效的共同點，如下所述。
什么是有效FMEA？
FMEA算法
如上所述，FMEA的目標(biāo)是量化可靠性。上圖所示和以下總結(jié)的FMEA算法可以很好地說明這一點。
FMEA算法步驟：
組隊
該團(tuán)隊包括影響流程的所有人員。
列出失敗模式和影響
應(yīng)列出所有類型的故障及其原因。
等級等級
所有故障模式都應(yīng)根據(jù)其對過程的影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行排序。
列出潛在原因
應(yīng)列出所有導(dǎo)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(yīng)與其他潛在原因進(jìn)行比較。
列出過程控制
對于每種故障模式，應(yīng)列出控制或緩解措施，通常取決于其嚴(yán)重性和/或原因。
排名檢測
檢測概率應(yīng)分配一個等級。隨著故障的發(fā)生，該值可能會繼續(xù)變化。
計算RPN
風(fēng)險優(yōu)先級數(shù)字（RPN）是通過將嚴(yán)重性乘以發(fā)生次數(shù)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
高RPN通常具有需要采取措施來干擾或停止該過程的控件。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(yīng)重新計算RPN。
在幾乎每個階段，都必須為FMEA算法定義一個參數(shù)。這是其最大的優(yōu)勢之一，其有效性在于定義的準(zhǔn)確性，其中許多是數(shù)字。
FMEA最初是在航空航天工業(yè)中開發(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旨在通過預(yù)測故障發(fā)生的頻率和嚴(yán)重程度來預(yù)防故障。此外，正如FMEA可以用于PCBA開發(fā)的多種方式所證明的那樣，沒有特定的工藝規(guī)模會限制其應(yīng)用。其中一些應(yīng)用程序包括FMEA風(fēng)險評估，供應(yīng)鏈FMEA和PCBA開發(fā)流程FMEA，將在下一節(jié)中討論每一項。
將FMEA應(yīng)用于PCBA設(shè)計和制造
在以下各節(jié)中，總結(jié)了如何將FMEA應(yīng)用于PCBA開發(fā)過程的各個階段的示例。在深入研究這些之前，讓我們討論一個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。有時被稱為風(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(yán)重性和檢測進(jìn)行排序。此外，它還顯示每個事件的RPN。該FMEA圖是動態(tài)工具，用于說明風(fēng)險的當(dāng)前狀態(tài)，或者相反，用于說明評估過程的可靠性。
組件選擇的FMEA
PCBA開發(fā)過程由數(shù)十個單獨的任務(wù)和決策組成，這些任務(wù)和決策可能會導(dǎo)致電路板故障。從設(shè)計階段開始，就需要制作出精良，高質(zhì)量和可靠的電路板。設(shè)計中最關(guān)鍵的步驟是組件的選擇。不能滿足其功能性和壽命性能目標(biāo)的組件最終將導(dǎo)致PCBA過早失效。因此，針對該組件的FMEA風(fēng)險評估是該風(fēng)險分析和預(yù)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(xì)信息。
將FMEA擴(kuò)展到PCB供應(yīng)鏈
如上所述，組件選擇是防止PCBA故障的關(guān)鍵設(shè)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(yīng)鏈FMEA納入其中也很重要，它包括以下基本步驟：
PCBA供應(yīng)鏈FMEA步驟
步驟1： 識別風(fēng)險類型
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： 開發(fā)控件
步驟＃7： 套用控制權(quán)并重新評估
采用上述步驟可增強(qiáng)組件風(fēng)險管理和FMEA方案的穩(wěn)定性。
這是有關(guān)使用FMEA保護(hù)供應(yīng)鏈的更多信息。
PCBA開發(fā)流程的FMEA
FMEA的最初應(yīng)用幾乎完全是制造過程。因此，將FMEA應(yīng)用于整個PCBA開發(fā)過程是非常合適的，這主要是一個由電路板設(shè)計，制造和測試組成的迭代周期。實際上，利用開發(fā)或原型制作階段來減少發(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。