【翻译连载】FMEA: 半导体设备产业持续改善指南 2 FMEA概述

3 设计概述

3.1 FMEA 目的

实施FMEA的目的是分析与计划的制造过程和实验设计相关的产品设计特性，以确保最终产品满足客户的需求和期望。当识别出潜在的失效模式时，可以采取纠正措施来消除它们或减少潜在的发生。

FMEA还记录了所选制造过程的基本原理；它提供了对潜在失效模式和所定义系统的相关原因的结构化的评判性分析。该技术使用发生概率和探测概率以及严重性标准来开发风险优先顺序数（RPN），用于对纠正措施进行排序。

FMEA可以从硬件或功能入手开始分析。

硬件方法需要从工程图纸（原理图、材料清单)和可靠性性能数据（例如平均失效间隔时间(MTBF)中识别零件，并且通常以零件级方式（自下而上）进行；当然，它是可以从任何级别（零件/部件/子系统）开始并沿任一方向（向上或向下）进行分析。

一般来说，当硬件还没有确定或系统复杂性需要从系统级别向下（自上而下）进行分析时，使用功能方法。这通常发生在设备生命周期的设计开发阶段；当然，任何子系统FMEA随时都可以进行，而不是一定要等到从系统FMEA分解下来。

尽管FMEA分析从硬件到软件、从零部件(如集成电路、轴承)到系统（如步进机、熔炉)各不相同，但其目标始终相同：将可靠性设计到设备中。

因此，对子系统进行FMEA的功能分析，适合用作本指南的案例研究。

3.2 何时实施FMEA

3.2.1设备生命周期

实施推荐的FMEA方法由设备生命周期决定。设备生命周期的早期阶段代表了对设备可靠性影响最大的区域，随着设计的成熟，改变变得更加困难。

不幸的是，纠正问题所需的时间、成本和资源也会增加。

在设计/开发生命周期结束时，仅消耗了15%的生命周期成本，但大约95%的总生命周期成本已被锁定，见图2。

 

3.2.2 全面质量

在全面质量合作工具包的七个评估类别中，建议将FMEA与过程分析技术、实验设计和失效树分析一起作为质量保证的一部分，公司应系统地使用质量控制；从全面质量管理的角度和设备生命周期检查的所有指标都告诉我们，FMEA在设计规划阶段的早期进时效果最好。同时，FMEA也是一个迭代过程，应随着项目的发展不断更新。

3.3 谁来实施FMEA

FMEA应该由负责硬件的设计工程师和负责功能的系统工程师启动。完成初始FMEA后，整个工程团队都应参与评审过程；该团队评审FMEA并达成共识：确定必须解决的高风险领域；由此识别并实施更改以提高产品的可靠性。

以下是FMEA实施/评审的建议团队成员清单。

– 项目经理

– 设计工程师（硬件/软件/系统)

– 测试工程师

– 可靠性工程师

– 质量工程师

– 售后服务工程师

– 制造/工艺工程师

– 安全工程

可以将外部供应商（工程和/或制造）添加到团队中；如果存在用户/供应商之间的联合开发项目，建议还要包括客户代表。

图2 总生命周期成本与锁定成本的百分比

3.4 FMEA过程

由于FMEA专注于识别可能的失效模式及其对设备的影响，因此可以识别设计缺陷并进改进；潜在失效模式的识别也产生对有效可靠性项目的建议。

可以根据FMEA的风险优先顺序数(RPN)设置失效模式的优先级，基于从分析中获得的帕累托图，可以集中精力在RPN值较高项目上。随着设备经历其生命周期各个阶段，FMEA分析变得更加详细，持续改进使其更加完整。

FMEA过程包括以下内容（见图3）:

1.FMEA先决条件

2.功能框图

3.失效模式分析和工作表准备

4.团队评审

5.纠正措施

3.4.1 FMEA先决条件

a) 规范评审，例如工作说明书(SOW)和系统需求文件(SRD)。

执行分析所需的信息类型包括：设备配置、设计、规格和操作程序。

b) 收集描述要分析的零部件的所有可用信息；系统工程可以提供系统配置〈即设备类型、数量、冗余性）、接口信息和功能描述。

c) 编译来自内部/客户用户的早期/类似设计信息；例如，来自公司失效报告、分析和纠正措施系统(FRACAS)的数据流程图和可靠性性能数据；数据也可以通过采访收集：设计人员、操作，测试和维护人员、零部件供应商，和外部专家收集；以获得尽可能多的信息。

上述信息应提供足够的设计细节，以将设备配置组织到分析所需的级别（即晶圆处理器、预对准器、计算机键盘)。

 

 

国可简介

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