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技術專題

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(nèi)不夠可靠,則實現(xiàn)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(yōu)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?yōu)榭蛇\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(zhí)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(fā)和生產(chǎn)就會實現(xiàn)。為了進行開發(fā),這要求您的電路板設計必須結合合同制造商(CM)的DFM規(guī)則和準則。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)的比率來指導的。為了優(yōu)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(shù)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(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)生的可能性,定義在發(fā)生風險時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(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(jù)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(fā)生,該值可能會繼續(xù)變化。  

計算RPN

     風險優(yōu)先級數(shù)字(RPN)是通過將嚴重性乘以發(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

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(shù)。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(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旨在通過預測故障發(fā)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(fā)的多種方式所證明的那樣,沒有特定的工藝規(guī)模會限制其應用。其中一些應用程序包括FMEA風險評估,供應鏈FMEAPCBA開發(fā)流程FMEA,將在下一節(jié)中討論每一項。

FMEA應用于PCBA設計和制造

在以下各節(jié)中,總結了如何將FMEA應用于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(fā)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(tài)工具,用于說明風險的當前狀態(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(zhì)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。

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(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(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險管理和FMEA方案的穩(wěn)定性。

這是有關使用FMEA保護供應鏈的更多信息。

PCBA開發(fā)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(fā)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(fā)或原型制作階段來減少發(fā)生風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。  

 

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