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技術(shù)專題
實(shí)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(xiǎn)的首要問(wèn)題。設(shè)計(jì)電路板時(shí)，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(shí)現(xiàn)該目標(biāo)幾乎是無(wú)關(guān)緊要的。這包括操作一致性以及機(jī)械可靠性。無(wú)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(jì)的優(yōu)先事項(xiàng)，以有效地降低電路板過(guò)早失效的風(fēng)險(xiǎn)。
構(gòu)想并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇\(yùn)行的，可靠的PCBA的過(guò)程是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，包括幾個(gè)關(guān)鍵階段。主要階段是設(shè)計(jì)，制造和測(cè)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(shí)，最佳的電路板開發(fā)和生產(chǎn)就會(huì)實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)行開發(fā)，這要求您的電路板設(shè)計(jì)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(guò)平衡成本與價(jià)值和良率或可用板數(shù)與已建板數(shù)的比率來(lái)指導(dǎo)的。為了優(yōu)化可靠性，必須建立一種風(fēng)險(xiǎn)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(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(biāo)來(lái)提供實(shí)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(shí)際上，PCB設(shè)計(jì)的各個(gè)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(xiǎn)收益分析來(lái)確定組件的最佳放置位置。風(fēng)險(xiǎn)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(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)，為風(fēng)險(xiǎn)分配發(fā)生的可能性，定義在發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)時(shí)應(yīng)采取的控制措施或應(yīng)對(duì)措施以及評(píng)估影響發(fā)生和響應(yīng)對(duì)整個(gè)過(guò)程可靠性的影響。
FMEA可以應(yīng)用于單個(gè)過(guò)程，多個(gè)過(guò)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(diǎn)，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(shuō)明這一點(diǎn)。
FMEA算法步驟：
組隊(duì)
該團(tuán)隊(duì)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(jí)等級(jí)
所有故障模式都應(yīng)根據(jù)其對(duì)過(guò)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(jí)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(guò)程控制
對(duì)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(cè)
檢測(cè)概率應(yīng)分配一個(gè)等級(jí)。隨著故障的發(fā)生，該值可能會(huì)繼續(xù)變化。
計(jì)算RPN
風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)數(shù)字（RPN）是通過(guò)將嚴(yán)重性乘以發(fā)生次數(shù)再加上檢測(cè)得出的。RPN =（S x O x R）。
對(duì)高優(yōu)先級(jí)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(jì)算RPN
只要有重大事件，就應(yīng)重新計(jì)算RPN。
在幾乎每個(gè)階段，都必須為FMEA算法定義一個(gè)參數(shù)。這是其最大的優(yōu)勢(shì)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(guò)預(yù)測(cè)故障發(fā)生的頻率和嚴(yán)重程度來(lái)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(méi)有特定的工藝規(guī)模會(huì)限制其應(yīng)用。其中一些應(yīng)用程序包括FMEA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(xiàng)。
將FMEA應(yīng)用于PCBA設(shè)計(jì)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(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(xiǎn)的圖表示例。有時(shí)被稱為風(fēng)險(xiǎn)分析矩陣，該圖表用于列出故障模式，原因和控制，并對(duì)故障的發(fā)生，嚴(yán)重性和檢測(cè)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(xiǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，或者相反，用于說(shuō)明評(píng)估過(guò)程的可靠性。
組件選擇的FMEA
PCBA開發(fā)過(guò)程由數(shù)十個(gè)單獨(dú)的任務(wù)和決策組成，這些任務(wù)和決策可能會(huì)導(dǎo)致電路板故障。從設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)早失效。因此，針對(duì)該組件的FMEA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是該風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)防算法的最佳用途之一。
這里是有關(guān)針對(duì)組件選擇的FMEA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(jì)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(shí)別風(fēng)險(xiǎn)類型
步驟2： 確定潛在風(fēng)險(xiǎn)
步驟3：為 每種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分
步驟＃4： 量化每種風(fēng)險(xiǎn)
步驟5： 分析風(fēng)險(xiǎn)
步驟6： 開發(fā)控件
步驟＃7： 套用控制權(quán)并重新評(píng)估
采用上述步驟可增強(qiáng)組件風(fēng)險(xiǎn)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(guò)程。因此，將FMEA應(yīng)用于整個(gè)PCBA開發(fā)過(guò)程是非常合適的，這主要是一個(gè)由電路板設(shè)計(jì)，制造和測(cè)試組成的迭代周期。實(shí)際上，利用開發(fā)或原型制作階段來(lái)減少發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性有很多好處，其中包括在生產(chǎn)前完成成本效益。