失效模式和效果分析(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)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(chǎn)品設計或生產(chǎn)工藝真正實現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的弱點，可在原形樣機階段或在大批量生產(chǎn)之前確定產(chǎn)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，F(xiàn)MEA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(chǎn)商和電子制造服務商(EMS)都已經(jīng)采用這種模式進行設計和生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)控。
FMEA簡介
FMEA有三種類型，分別是系統(tǒng)FMEA、設計FMEA和工藝FMEA，本文中主要討論工藝FMEA。實施FMEA管理的具體步驟見圖1。
確定產(chǎn)品需要涉及的技術(shù)、能夠出現(xiàn)的問題，包括下述各個方面：需要設計的新系統(tǒng)、產(chǎn)品和工藝；對現(xiàn)有設計和工藝的改進；在新的應用中或新的環(huán)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(chǎn)、組裝、質(zhì)量控制、可靠性、服務、采購、測試以及供貨方等所有有關(guān)方面的代表。
記錄FMEA的序號、日期和更改內(nèi)容，保持FMEA始終是一個根據(jù)實際情況變化的實時現(xiàn)場記錄，需要強調(diào)的是，F(xiàn)MEA文件必須包括創(chuàng)建和更新的日期。
創(chuàng)建工藝流程圖。工藝流程圖應按照事件的順序和技術(shù)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。
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：
1．對于工藝流程中的每一項工藝，應確定可能發(fā)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(jīng)驗的焊球控制、焊膏控制、使用的阻焊劑(solder
mask)類型、元器件的焊盤圖形設計等。
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(chǎn)品長期的可靠性，因此在可能的影響方面應該注明。
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．現(xiàn)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(xiàn)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。
對事件發(fā)生的頻率、嚴重程度和檢測等級進行排序：
1．嚴重程度是評估可能的失效模式對于產(chǎn)品的影響，10為最嚴重，1為沒有影響；
事件發(fā)生的頻率要記錄特定的失效原因和機理多長時間發(fā)生一次以及發(fā)生的幾率。如果為10，則表示幾乎肯定要發(fā)生，工藝能力為0.33或者ppm大于10000。
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(jīng)通過目前工藝控制的缺陷檢測。
計算風險優(yōu)先數(shù)(risk priority number,
RPN)。RPN是事件發(fā)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(guān)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(guān)注和風險程度最高的環(huán)節(jié)。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?？紤]拯救方案，如一個產(chǎn)品的失效模式影響具有風險等級9或10；一個產(chǎn)品失效模式/原因事件發(fā)生以及嚴重程度很高；一個產(chǎn)品具有很高的RPN值等等。在所有的拯救措施確定和實施后，允許有一個穩(wěn)定時期，然后還應該對修訂的事件發(fā)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(fā)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(chǎn)品中出現(xiàn)之前完成。產(chǎn)品開發(fā)的5個階段包括：計劃和界定、設計和開發(fā)、工藝設計、預生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)(見圖2)。
作為一家主要的EMS提供商，F(xiàn)lextronics
International已經(jīng)在生產(chǎn)工藝計劃和控制中使用了FMEA管理，在產(chǎn)品的早期引入FMEA管理對于生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，記錄并不斷改善工藝非常關(guān)鍵。對于該公司多數(shù)客戶，在完全確定設計和生產(chǎn)工藝后，產(chǎn)品即被轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)中心，這其中所使用的即是FMEA管理模式。
手持產(chǎn)品FMEA分析實例
在該新產(chǎn)品介紹(NPI)發(fā)布會舉行之后，即可成立一個FMEA團隊，包括生產(chǎn)總監(jiān)、工藝工程師、產(chǎn)品工程師、測試工程師、質(zhì)量工程師、材料采購員以及項目經(jīng)理，質(zhì)量工程師領導該團隊。FMEA首次會議的目標是加強初始生產(chǎn)工藝(manufacturing
process instruction, MPI)和測試工藝(test process instruction,
TPI)中的質(zhì)量控制點同時團隊也對產(chǎn)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(chǎn)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(screen
print)操作中對于錯過焊膏的所有可能失效模式，現(xiàn)有的工藝控制是模板設計(stencil
design)、定期地清潔模板、視覺檢測(visual inspection)、設備預防性維護(preventive
maintenance,
PM)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。
FMEA團隊需要有針對性地按照MEA文件中的控制節(jié)點對現(xiàn)有的生產(chǎn)線進行審核，對目前的生產(chǎn)線的設置和其他問題進行綜合考慮。如干燥盒的位置，審核小組建議該放在微間距布局設備(fine-pitch
placement machine)附近，以方便對濕度敏感的元器件進行處理。
FMEA的后續(xù)活動
在完成NPI的大致結(jié)構(gòu)之后，可以進行FMEA的后續(xù)會議。會議的內(nèi)容包括把現(xiàn)有的工藝控制和NPI大致結(jié)構(gòu)的質(zhì)量報告進行綜合考慮，F(xiàn)MEA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(stencil design)，檢查回流輪廓(reflow
profile)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(jié)構(gòu)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(xiàn)墓石(tombstone)缺陷的可能性較大，因此對供應商發(fā)出進一步調(diào)查的矯正要求。
對于產(chǎn)品的設計、應用、環(huán)境材料以及生產(chǎn)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(chǎn)品進行批量生產(chǎn)之前是一項日常的活動。
批量生產(chǎn)階段的FMEA管理
作為一個工藝改進的歷史性文件，F(xiàn)MEA被轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)現(xiàn)場以準備產(chǎn)品的發(fā)布。FMEA在生產(chǎn)階段的主要作用是檢查FMEA文件，以在大規(guī)模生產(chǎn)之前對每一個控制節(jié)點進行掌握，同時審查生產(chǎn)線的有效性，所有在NPI
FMEA階段未受質(zhì)疑的項目都自然而然地保留到批量生產(chǎn)的現(xiàn)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(jiān)視第一次試生產(chǎn)，生產(chǎn)線的質(zhì)量驗證應該與此同時進行。在試生產(chǎn)之后，F(xiàn)MEA需要舉行一個會議核查現(xiàn)有的質(zhì)量控制與試生產(chǎn)的質(zhì)量報告，主要解決每一個環(huán)節(jié)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(xù)性的工藝改進，F(xiàn)MEA文件應該總是反映設計的最新狀態(tài)，包括任何在生產(chǎn)過程開始后進行的更改。
結(jié)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(chǎn)能力和效率，縮短產(chǎn)品的面市時間。此外通過這種模式也可使各類專家對生產(chǎn)工藝從各個角度進行檢測，從而對生產(chǎn)過程進行改進。
所推薦的方案應該是正確的矯正，產(chǎn)生的效益相當可觀。為了避免缺陷的產(chǎn)生，需要對工藝和設計進行更改。使用統(tǒng)計學的方法對生產(chǎn)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(chǎn)生
：洪玉蓮
：18918933859
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