FMEA潛在失效模式與后果分析法
FMEA(FailureModeandEffectAnalysis,失效模式和效果分析)是一種用來確定潛在失效模式及其原因的分析方法。
具體來說，通過實行FMEA，可在產品設計或生產工藝真正實現之前發現產品的弱點，可在原形樣機階段或在大批量生產之前確定產品缺陷。
FMEA最早是由美國國家宇航局(NASA)形成的一套分析模式，FMEA是一種實用的解決問題的方法，可適用于許多工程領域，目前世界許多汽車生產商和電子制造服務商(EMS)都已經采用這種模式進行設計和生產過程的管理和監控。
FMEA簡介
FMEA有三種類型，分別是系統FMEA、設計FMEA和工藝FMEA，本文中主要討論工藝FMEA。
1)確定產品需要涉及的技術、能夠出現的問題，包括下述各個方面：
需要設計的新系統、產品和工藝；
對現有設計和工藝的改進；
在新的應用中或新的環境下，對以前的設計和工藝的保留使用；
形成FMEA團隊。
理想的FMEA團隊應包括設計、生產、組裝、質量控制、可靠性、服務、采購、測試以及供貨方等所有有關方面的代表。
2)記錄FMEA的序號、日期和更改內容，保持FMEA始終是一個根據實際情況變化的實時現場記錄，需要強調的是，FMEA文件必須包括創建和更新的日期。
3)創建工藝流程圖。
工藝流程圖應按照事件的順序和技術流程的要求而制定，實施FMEA需要工藝流程圖，一般情況下工藝流程圖不要輕易變動。
4)列出所有可能的失效模式、效果和原因、以及對于每一項操作的工藝控制手段：
4.1對于工藝流程中的每一項工藝，應確定可能發生的失效模式.
如就表面貼裝工藝(SMT)而言，涉及的問題可能包括，基于工程經驗的焊球控制、焊膏控制、使用的阻焊劑(soldermask)類型、元器件的焊盤圖形設計等。
4.2對于每一種失效模式，應列出一種或多種可能的失效影響，
例如，焊球可能要影響到產品長期的可靠性，因此在可能的影響方面應該注明。
4.3對于每一種失效模式，應列出一種或多種可能的失效原因.
例如，影響焊球的可能因素包括焊盤圖形設計、焊膏濕度過大以及焊膏量控制等。
4.4現有的工藝控制手段是基于目前使用的檢測失效模式的方法，來避免一些根本的原因。
例如，現有的焊球工藝控制手段可能是自動光學檢測(AOI)，或者對焊膏記錄良好的控制過程。
5)對事件發生的頻率、嚴重程度和檢測等級進行排序：
5.1嚴重程度是評估可能的失效模式對于產品的影響，10為最嚴重，1為沒有影響；
事件發生的頻率要記錄特定的失效原因和機理多長時間發生一次以及發生的幾率。
如果為10，則表示幾乎肯定要發生，工藝能力為0.33或者ppm大于10000。
5.2檢測等級是評估所提出的工藝控制檢測失效模式的幾率，列為10表 示不能檢測，1表示已經通過目前工藝控制的缺陷檢測。
5.3計算風險優先數RPN(riskprioritynumber)。
RPN是事件發生的頻率、嚴重程度和檢測等級三者乘積，用來衡量可能的工藝缺陷，以便采取可能的預防措施減少關鍵的工藝變化，使工藝更加可靠。對于工藝的矯正首先應集中在那些最受關注和風險程度最高的環節。
RPN最壞的情況是1000，最好的情況是1，確定從何處著手的最好方式是利用RPN的pareto圖，篩選那些累積等級遠低于80%的項目。
推薦出負責的方案以及完成日期，這些推薦方案的最終目的是降低一個或多個等級。對一些嚴重問題要時常考慮拯救方案，如:
一個產品的失效模式影響具有風險等級9或10；
一個產品失效模式/原因事件發生以及嚴重程度很高；
一個產品具有很高的RPN值等等。
在所有的拯救措施確和實施后，允許有一個穩定時期，然后還應該對修訂的事件發生的頻率、嚴重程度和檢測等級進行重新考慮和排序。
FMEA應用
FMEA實際上意味著是事件發生之前的行為，并非事后補救。
因此要想取得最佳的效果，應該在工藝失效模式在產品中出現之前完成。產品開發的5個階段包括：計劃和界定、設計和開發、工藝設計、預生產、大批量生產。
作為一家主要的EMS提供商，FlextronicsInternational已經在生產工藝計劃和控制中使用了FMEA管理，在產品的早期引入FMEA管理對于生產高質量的產品，記錄并不斷改善工藝非常關鍵。對于該公司多數客戶，在完全確定設計和生產工藝后，產品即被轉移到生產中心，這其中所使用的即是FMEA管理模式。
手持產品FMEA分析實例
在該新產品介紹(NPI)發布會舉行之后，即可成立一個FMEA團隊，包括生產總監、工藝工程師、產品工程師、測試工程師、質量工程師、材料采購員以及項目經理，質量工程師領導該團隊。FMEA首次會議的目標是加強初始生產工藝MPI(ManufacturingProcessInstruction)和測試工藝TPI(TestProcessInstruction)中的質量控制點同時團隊也對產品有更深入的了解，一般首次會議期間和之后的主要任務包括：
1．工藝和生產工程師一步一步地介紹工藝流程圖，每一步的工藝功能和要求都需要界定。
2．團隊一起討論并列出所有可能的失效模式、所有可能的影響、所有可能的原因以及目前每一步的工藝控制，并對這些因素按RPN進行等級排序。例如，在屏幕印制(screenprint)操作中對于錯過焊膏的所有可能失效模式，現有的工藝控制是模板設計SD(StencilDesign)、定期地清潔模板、視覺檢測VI(VisualInspection)、設備預防性維護PM(PreventiveMaintenance)和焊膏粘度檢查。工藝工程師將目前所有的控制點包括在初始的MPI中，如模板設計研究、確定模板清潔、視覺檢查的頻率以及焊膏控制等。
3.FMEA團隊需要有針對性地按照MEA文件中的控制節點對現有的生產線進行審核，對目前的生產線的設置和其它問題進行綜合考慮。如干燥盒的位置，審核小組建議該放在微間距布局設備(Fine-pitchPlacementmachine)附近，以方便對濕度敏感的元器件進行處理。
4.FMEA的后續活動在完成NPI的大致結構之后，可以進行FMEA的后續會議。會議的內容包括把現有的工藝控制和NPI大致結構的質量報告進行綜合考慮，FMEA團隊對RPN重新進行等級排序，每一個步驟首先考慮前三個主要缺陷，確定好推薦的方案、責任和目標完成日期。
對于表面貼裝工藝，首要的兩個缺陷是焊球缺陷和tombstone缺陷，可將下面的解決方案推薦給工藝工程師：
對于焊球缺陷，檢查模板設計(stencildesign)，檢查回流輪廓(reflowprofile)和回流預防性維護(PM)記錄；
檢查屏幕印制精度以及拾取和放置(pick-and-place)機器的布局(placement)精度.
對于墓石(tombstone)缺陷，檢查屏幕印制精度以及拾取和放置(pick-and-place)機器的布局(placement)精度；
檢查回流方向；研究終端(termination)受污染的可能性。
工藝工程師的研究報告表明，回流溫度的急速上升是焊球缺陷的主要原因，終端(termination)受污染是墓石(tombstone)缺陷的可能原因，因此為下一個設計有效性驗證測試結構建立了一個設計實驗(DOE)，設計實驗表明一個供應商的元器件出現墓石(tombstone)缺陷的可能性較大，因此對供應商發出進一步調查的矯正要求。
5.對于產品的設計、應用、環境材料以及生產組裝工藝作出的任何更改，在相應的FMEA文件中都必須及時更新。FMEA更新會議在產品進行批量生產之前是一項日常的活動。
批量生產階段的FMEA管理作為一個工藝改進的歷史性文件，FMEA被轉移到生產現場以準備產品的發布。
FMEA在生產階段的主要作用是檢查FMEA文件，以在大規模生產之前對每一個控制節點進行掌握，同時審查生產線的有效性，所有在NPIFMEA階段未受質疑的項目都自然而然地保留到批量生產的現場。
拾取和放置(pick-and-place)機器精度是工藝審核之后的一個主要考慮因素，設備部門必須驗證布局機器的Cp/Cpk，同時進行培訓以處理錯誤印制的電路板。FMEA團隊需要密切監視第一次試生產，生產線的質量驗證應該與此同時進行。在試生產之后，FMEA需要舉行一個會議核查現有的質量控制與試生產的質量報告，主要解決每一個環節的前面三個問題。
FMEA管理記錄的是一個不斷努力的過程和連續性的工藝改進，FMEA文件應該總是反映設計的最新狀態，包括任何在生產過程開始后進行的更改。
結語
使用FMEA管理模式在早期確定項目中的風險，可以幫助電子設備制造商提高生產能力和效率，縮短產品的面市時間。此外通過這種模式也可使各類專家對生產工藝從各個角度進行檢測，從而對生產過程進行改進。所推薦的方案應該是正確的矯正，產生的效益相當可觀。為了避免缺陷的產生，需要對工藝和設計進行更改。使用統計學的方法對生產工藝進行研究，并不斷反饋給合適的人員，確保工藝的不斷改進并避免缺陷產生。
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