实施FMEA以优化PCBA可(kě)靠性

2020-06-26

PCBA的开发和生产是降低风险的首要问题。设计電(diàn)路板时，首先要考虑的是電(diàn)路板的功能(néng)是否如预期的那样。但是，如果PCBA在其预期的生命周期内不够可(kě)靠，则实现该目标几乎是无关紧要的。这包括操作一致性以及机械可(kě)靠性。无论您的公司是否雇用(yòng)专门的可(kě)靠性工程师，為(wèi)最佳制造流程做出贡献也必须是设计的优先事项，以有(yǒu)效地降低電(diàn)路板过早失效的风险。

构想并将其转变為(wèi)可(kě)运行的，可(kě)靠的PCBA的过程是一项复杂的工作，包括几个关键阶段。主要阶段是设计，制造和测试。尽管这些阶段是分(fēn)别执行的，但它们是相互依赖的。当这种集成度最大化时，最佳的電(diàn)路板开发和生产就会实现。為(wèi)了进行开发，这要求您的電(diàn)路板设计必须结合合同制造商(shāng)（CM）的DFM规则和准则。通常，PCBA的生产是通过平衡成本与价值和良率或可(kě)用(yòng)板数与已建板数的比率来指导的。為(wèi)了优化可(kě)靠性，必须建立一种风险管理(lǐ)手段，例如有(yǒu)效且可(kě)量化的故障模式和影响分(fēn)析（FMEA）策略。 

让我们定义故障模式和影响分(fēn)析，并查看其有(yǒu)效用(yòng)法如何帮助我们获得最可(kě)靠的PCBA。  

什么是失效模式和影响分(fēn)析？

在大多(duō)数含义中，可(kě)靠性是很(hěn)难准确描述的词语之一，但是每个人都知道它的含义。不幸的是，这种更抽象的解释在PCBA开发领域是不够的。说到電(diàn)路板的可(kě)靠性，需要更一致地适用(yòng)的描述。故障模式和影响分(fēn)析通过建立可(kě)量化的指标来提供实现此目的的手段，可(kě)量化的指标不仅可(kě)用(yòng)于确定電(diàn)路板故障的频率，而且还可(kě)用(yòng)于确定電(diàn)路板故障的根本原因。

实际上，PCB设计的各个方面都提出了必须权衡的选择方案，以最大程度地降低一旦部署后電(diàn)路板出现故障的可(kě)能(néng)性。例如，应采用(yòng)风险收益分(fēn)析来确定组件的最佳放置位置。风险管理(lǐ)是FMEA的核心，其定义如下：

失效模式和影响分(fēn)析（FMEA）是一种算法在流程中的应用(yòng)，用(yòng)于识别潜在风险，為(wèi)风险分(fēn)配发生的可(kě)能(néng)性，定义在发生风险时应采取的控制措施或应对措施以及评估影响发生和响应对整个过程可(kě)靠性的影响。 

FMEA可(kě)以应用(yòng)于单个过程，多(duō)个过程或复杂系统的操作。在这两种情况下，都有(yǒu)确保算法有(yǒu)效的共同点，如下所述。 

什么是有(yǒu)效FMEA？

FMEA算法

如上所述，FMEA的目标是量化可(kě)靠性。上图所示和以下总结的FMEA算法可(kě)以很(hěn)好地说明这一点。

FMEA算法步骤：

组队

     该团队包括影响流程的所有(yǒu)人员。

列出失败模式和影响

     应列出所有(yǒu)类型的故障及其原因。

等级等级

     所有(yǒu)故障模式都应根据其对过程的影响的严重程度进行排序。

列出潜在原因

    应列出所有(yǒu)导致故障模式的潜在原因。

等级可(kě)能(néng)性

     由特定原因引起的故障模式的可(kě)能(néng)性应与其他(tā)潜在原因进行比较。

列出过程控制

    对于每种故障模式，应列出控制或缓解措施，通常取决于其严重性和/或原因。  

排名检测

 

     检测概率应分(fēn)配一个等级。随着故障的发生，该值可(kě)能(néng)会继续变化。  

计算RPN

     风险优先级数字（RPN）是通过将严重性乘以发生次数再加上检测得出的。RPN =（S x O x R）。

对高优先级RPN采取行动

高RPN通常具有(yǒu)需要采取措施来干扰或停止该过程的控件。如果需要失败模式，则必须建立这些控制。 

重新(xīn)计算RPN

     只要有(yǒu)重大事件，就应重新(xīn)计算RPN。

在几乎每个阶段，都必须為(wèi)FMEA算法定义一个参数。这是其最大的优势之一，其有(yǒu)效性在于定义的准确性，其中许多(duō)是数字。 

FMEA最初是在航空航天工业中开发的，目的是改善根本原因分(fēn)析（RCA），这仍然是一种流行的方法，用(yòng)于找出故障发生后的原因。另一方面，FMEA旨在通过预测故障发生的频率和严重程度来预防故障。此外，正如FMEA可(kě)以用(yòng)于PCBA开发的多(duō)种方式所证明的那样，没有(yǒu)特定的工艺规模会限制其应用(yòng)。其中一些应用(yòng)程序包括FMEA风险评估，供应链FMEA和PCBA开发流程FMEA，将在下一节中讨论每一项。

将FMEA应用(yòng)于PCBA设计和制造

在以下各节中，总结了如何将FMEA应用(yòng)于PCBA开发过程的各个阶段的示例。在深入研究这些之前，让我们讨论一个用(yòng)于建立该算法的宝贵工具-FMEA图。 

FMEA图表

在上图中，显示了用(yòng)于分(fēn)析风险的图表示例。有(yǒu)时被称為(wèi)风险分(fēn)析矩阵，该图表用(yòng)于列出故障模式，原因和控制，并对故障的发生，严重性和检测进行排序。此外，它还显示每个事件的RPN。该FMEA图是动态工具，用(yòng)于说明风险的当前状态，或者相反，用(yòng)于说明评估过程的可(kě)靠性。  

组件选择的FMEA

PCBA开发过程由数十个单独的任務(wù)和决策组成，这些任務(wù)和决策可(kě)能(néng)会导致電(diàn)路板故障。从设计阶段开始，就需要制作出精良，高质量和可(kě)靠的電(diàn)路板。设计中最关键的步骤是组件的选择。不能(néng)满足其功能(néng)性和寿命性能(néng)目标的组件最终将导致PCBA过早失效。因此，针对该组件的FMEA风险评估是该风险分(fēn)析和预防算法的最佳用(yòng)途之一。 

这里是有(yǒu)关针对组件选择的FMEA风险评估的详细信息。

将FMEA扩展到PCB供应链

如上所述，组件选择是防止PCBA故障的关键设计任務(wù)。但是，即使是最佳的选择程序，仍然可(kě)以使劣质或假冒的零件滑出裂缝。因此，将供应链FMEA纳入其中也很(hěn)重要，它包括以下基本步骤：

PCBA供应链FMEA步骤

步骤1：     识别风险类型

步骤2：     确定潜在风险

步骤3：為(wèi)     每种风险评分(fēn)

步骤＃4：     量化每种风险

步骤5：    分(fēn)析风险

步骤6：     开发控件

步骤＃7：     套用(yòng)控制权并重新(xīn)评估

采用(yòng)上述步骤可(kě)增强组件风险管理(lǐ)和FMEA方案的稳定性。

这是有(yǒu)关使用(yòng)FMEA保护供应链的更多(duō)信息。

PCBA开发流程的FMEA

FMEA的最初应用(yòng)几乎完全是制造过程。因此，将FMEA应用(yòng)于整个PCBA开发过程是非常合适的，这主要是一个由電(diàn)路板设计，制造和测试组成的迭代周期。实际上，利用(yòng)开发或原型制作阶段来减少发生风险的可(kě)能(néng)性有(yǒu)很(hěn)多(duō)好处，其中包括在生产前完成成本效益。