實施FMEA以優化PCBA可靠性

2020-06-26

PCBA的開發和生產是降低風險的首要問題。設計電路板時，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，則實現該目標幾乎是無關緊要的。這包括操作一致性以及機械可靠性。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也必須是設計的優先事項，以有效地降低電路板過早失效的風險。

構想并將其轉變為可運行的，可靠的PCBA的過程是一項復雜的工作，包括幾個關鍵階段。主要階段是設計，制造和測試。盡管這些階段是分別執行的，但它們是相互依賴的。當這種集成度最大化時，最佳的電路板開發和生產就會實現。為了進行開發，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的生產是通過平衡成本與價值和良率或可用板數與已建板數的比率來指導的。為了優化可靠性，必須建立一種風險管理手段，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開發領域是不夠的。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來提供實現此目的的手段，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。

實際上，PCB設計的各個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，應采用風險收益分析來確定組件的最佳放置位置。風險管理是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，用于識別潛在風險，為風險分配發生的可能性，定義在發生風險時應采取的控制措施或應對措施以及評估影響發生和響應對整個過程可靠性的影響。 

FMEA可以應用于單個過程，多個過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，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算法可以很好地說明這一點。

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程的影響的嚴重程度進行排序。

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行比較。

列出過程控制

    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等級。隨著故障的發生，該值可能會繼續變化。  

計算RPN

     風險優先級數字（RPN）是通過將嚴重性乘以發生次數再加上檢測得出的。RPN =（S x O x R）。

對高優先級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。這是其最大的優勢之一，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中開發的，目的是改善根本原因分析（RCA），這仍然是一種流行的方法，用于找出故障發生后的原因。另一方面，FMEA旨在通過預測故障發生的頻率和嚴重程度來預防故障。此外，正如FMEA可以用于PCBA開發的多種方式所證明的那樣，沒有特定的工藝規模會限制其應用。其中一些應用程序包括FMEA風險評估，供應鏈FMEA和PCBA開發流程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開發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，顯示了用于分析風險的圖表示例。有時被稱為風險分析矩陣，該圖表用于列出故障模式，原因和控制，并對故障的發生，嚴重性和檢測進行排序。此外，它還顯示每個事件的RPN。該FMEA圖是動態工具，用于說明風險的當前狀態，或者相反，用于說明評估過程的可靠性。  

組件選擇的FMEA

PCBA開發過程由數十個單獨的任務和決策組成，這些任務和決策可能會導致電路板故障。從設計階段開始，就需要制作出精良，高質量和可靠的電路板。設計中最關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的組件最終將導致PCBA過早失效。因此，針對該組件的FMEA風險評估是該風險分析和預防算法的最佳用途之一。 

這里是有關針對組件選擇的FMEA風險評估的詳細信息。

將FMEA擴展到PCB供應鏈

如上所述，組件選擇是防止PCBA故障的關鍵設計任務。但是，即使是最佳的選擇程序，仍然可以使劣質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：     識別風險類型

步驟2：     確定潛在風險

步驟3：為     每種風險評分

步驟＃4：     量化每種風險

步驟5：    分析風險

步驟6：     開發控件

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險管理和FMEA方案的穩定性。

這是有關使用FMEA保護供應鏈的更多信息。

PCBA開發流程的FMEA

FMEA的最初應用幾乎完全是制造過程。因此，將FMEA應用于整個PCBA開發過程是非常合適的，這主要是一個由電路板設計，制造和測試組成的迭代周期。實際上，利用開發或原型制作階段來減少發生風險的可能性有很多好處，其中包括在生產前完成成本效益。