Réponse directe
Évaluez le risque d'assemblage SMT en auditant vos fichiers de conception, l'exhaustivité de BOM et les exigences de processus par rapport aux tendances actuelles d'assemblage PCBA et PCB avant la production. Vous devez vérifier très tôt les configurations de terrain, l'emballage des composants et les niveaux de sensibilité à l'humidité, car les emballages plus petits et les pas plus fins exposent désormais des conceptions marginales qui étaient auparavant réussies. Cet article explique les contrôles et les données spécifiques dont vous avez besoin.
Pourquoi les tendances actuelles PCBA augmentent le risque SMT
La direction des tendances d'assemblage PCBA augmente directement la probabilité de défauts de joint de soudure. Les composants rétrécissent et la marge d’erreur en termes de volume de pâte, de placement et de profil thermique diminue avec eux.
Trois tendances sont les plus importantes pour l'évaluation des risques SMT :
1. Smaller passive components: The move from 0402 to 0201 and 01005 packages reduces the solderable area and paste volume per joint. A stencil aperture that worked for 0402 parts may starve a 0201 joint of paste, leading to insufficient fillet formation and weak mechanical and electrical connection. 2. Finer BGA pitch: BGA devices at 0.5 mm pitch or below require stencil apertures that align precisely with the package footprint. Slight misalignment between the land pattern and the component centroid causes solder to bridge adjacent pads or leave voids under the package. 3. Increased QFN and mixed-package usage: QFN packages rely on coplanarity between the package and the PCB land pattern. If the stencil aperture does not match the package's actual foot pattern, the solder paste may not wet the component edge, creating a void that X-ray inspection must catch.
Ces tendances signifient qu'une révision de conception réussie il y a cinq ans peut échouer aujourd'hui. Vous ne pouvez pas supposer qu'un BOM avec les numéros de pièce et un ensemble de fichiers Gerber est suffisant. L'assembleur a besoin du même niveau de détail que celui spécifié par le fabricant du package, et vous devez vérifier ce détail avant la construction.
Pour une vue plus large de la façon dont ces tendances interagissent avec le traitement thermique et l'emballage avancé, consultez Comment évaluer le risque d'assemblage SMT issu du FOPLP et des tendances du traitement thermique.
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Vérifiez le BOM pour vérifier qu'il est complet, pas seulement les numéros de pièces.
Le BOM est le premier endroit où se cache le risque d'assemblage SMT. Un BOM qui répertorie les numéros de pièces et les quantités du fabricant n'est pas complet. Vous devez vérifier trois points de données supplémentaires pour chaque composant : le niveau de sensibilité à l'humidité, les dimensions de l'emballage et le statut d'approvisionnement alternatif.
Niveau de sensibilité à l'humidité (MSD)
Conformément à la norme J-STD-033, les appareils sensibles à l'humidité nécessitent des conditions de manipulation et de stockage spécifiques. Si votre BOM ne spécifie pas le niveau MSD, l'assembleur peut ne pas savoir s'il doit cuire les composants avant la refusion ou combien de temps ils peuvent rester sur la ligne. Un composant à haute teneur en MSD qui absorbe l'humidité se dégazera pendant la refusion, créant des vides dans le joint de soudure. Ceci est particulièrement critique pour les colis QFN et BGA comportant de grandes cavités scellées.
Vérifiez que BOM inclut le niveau MSD pour chaque composant qui le nécessite. Si le niveau ne figure pas sur la fiche technique, contactez le fabricant. Ne présumez pas que tous les composants du même type de package ont le même niveau MSD.
Dimensions et encombrement du colis
Le BOM doit faire référence au dessin de l'emballage, pas seulement au numéro de pièce. Pour un BGA, vous avez besoin du pas de balle, du diamètre de la balle et des dimensions du bord de l'emballage. Pour un QFN, vous avez besoin du modèle de pied et des dimensions du corps du colis. Ces chiffres déterminent la conception du pochoir et le programme de sélection et de placement.
Une erreur courante consiste à utiliser les dimensions nominales de l'emballage indiquées dans la fiche technique sans vérifier la tolérance. Une résistance 0201 avec une tolérance de corps de ±0,05 mm peut toujours convenir, mais une BGA avec un pas de 0,5 mm et une tolérance de ±0,05 mm nécessite que l'assembleur utilise le fichier centroïde, et non le centre nominal du boîtier, pour le placement.
Statut d'approvisionnement alternatif
Si un composant provient d'une source unique, un retard d'approvisionnement arrête la construction entière. S'il existe une source alternative, l'assembleur doit savoir si cette source alternative a les mêmes dimensions de boîtier, le même niveau MSD et les mêmes caractéristiques de soudabilité. Le condensateur 0201 d'un autre fabricant peut avoir une hauteur de boîtier ou un placage de borne différent, ce qui modifie le volume de pâte nécessaire.
Pour en savoir plus sur la façon dont les décisions en matière de stock et d'approvisionnement affectent le risque d'assemblage, consultez Comment évaluer le risque d'assemblage SMT à partir des tendances d'inventaire et d'approvisionnement.
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Vérifier les modèles de terrain et la conception des pochoirs par rapport à IPC-7351
Le modèle de terrain sur le PCB doit correspondre à l'empreinte du composant. IPC-7351 définit les modèles de terrain recommandés pour les composants SMT. Votre revue de conception doit comparer le modèle de terrain du fichier Gerber à la recommandation IPC-7351 pour chaque type de package.
Que vérifier
- Dimensions du motif de terrain : la largeur, la longueur et l'espacement des plots doivent se situer dans la plage recommandée IPC-7351 pour le package spécifique. Pour une résistance 0201, le motif des plages est suffisamment petit pour qu'une erreur de 0,05 mm dans la largeur du tampon modifie le volume de pâte d'un pourcentage mesurable.
- Conception de l'ouverture du pochoir : L'ouverture du pochoir est l'ouverture à travers laquelle la pâte à souder est appliquée. Il est généralement 10 à 20 % plus petit que le motif du terrain pour empêcher la pâte de couler sur les tampons adjacents. Pour les BGA à pas fin, l'ouverture doit être conçue de manière à ce que le démoulage de la pâte soit propre. Si l'ouverture est trop grande, collez des ponts. S'il est trop petit, le joint est affamé.
- Caractéristiques de libération de la pâte : La géométrie de la paroi de l'ouverture du pochoir et la rhéologie de la pâte déterminent la netteté avec laquelle la pâte se détache du pochoir. Une pâte trop collante va s'enrouler ou s'accrocher, laissant un excès de pâte sur la planche. Une pâte trop fine coulera sous le pochoir et provoquera des pontages.
Exemple pratique
Considérons une carte avec un pas de 0,5 mm BGA. Le modèle de terrain selon IPC-7351 nécessite une largeur de tampon de 0,25 mm avec un espace de 0,25 mm. L'ouverture de votre pochoir est de 0,20 mm. La pâte a une teneur en matières solides de 90 % et une viscosité limite pour les travaux à grain fin. Lors de la fabrication du premier article, l'assembleur constate que la pâte ne se détache pas proprement de l'ouverture de 0,20 mm, laissant un mince film sur le pochoir. Le résultat est un volume de pâte incohérent dans tout l'emballage, ce qui conduit à certains joints avec un excès de soudure et d'autres avec une soudure insuffisante.
Le correctif est soit un pochoir avec une géométrie d'ouverture différente, une pâte avec une adhérence inférieure ou une vitesse d'application de pâte plus lente. Vous devez l'identifier avant la production complète, et non après les 100 premières planches.
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Utiliser les données centroïdes et Pick-and-Place pour la précision du placement
Le fichier centroïde, également appelé fichier de placement, définit les coordonnées exactes X, Y et de rotation pour chaque composant. La machine pick-and-place utilise ce fichier pour positionner le composant sur la pâte. Si le fichier centroïde ne correspond pas à la géométrie réelle du boîtier, le composant sera décalé et le joint de soudure sera asymétrique.
Pourquoi cela est plus important maintenant
Avec les composants 0201 et 01005, la tolérance de placement est une fraction de la largeur du composant. Une résistance 01005 mesure 0,4 mm de long. Une erreur de placement de 0,05 mm correspond à 12,5 % de la longueur du composant. Cette erreur est suffisante pour que le composant s'éloigne du motif de passage, créant un mauvais congé d'un côté et un pont de soudure de l'autre.
Pour les packages BGA, le fichier centroïde doit prendre en compte le modèle de balle réel du package, pas seulement le contour du package. Si les boules ne sont pas parfaitement centrées sous l'emballage, le fichier centroïde doit refléter ce décalage.
Comment vérifier
1. Compare the centroid file to the assembly drawing. The coordinates should match the drawing's dimensioning scheme. 2. Check the rotation values. A component that is rotated 90 degrees in the centroid file but placed at 0 degrees on the drawing will be misaligned. 3. Confirm that the centroid file references the same origin as the Gerber file. If the Gerber origin is at the board corner and the centroid origin is at the board center, every component will be offset by half the board size.
Quand impliquer le fabricant
Si vous utilisez un nouveau type de package de composants ou si le fichier centroïde a été généré par un outil tiers, impliquez l'assembleur dans la révision. L'assembleur peut exécuter une simulation de placement ou une construction du premier article pour vérifier que le fichier centroïde produit un placement acceptable. Ceci est particulièrement important pour les colis BGA et QFN, pour lesquels une erreur de placement n'est visible qu'après une inspection aux rayons X.
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Intégrer les méthodes d'inspection dans l'évaluation des risques
L'inspection n'est pas une réflexion après coup après la production. Il s’agit d’une étape d’atténuation des risques qui doit être planifiée lors de la revue de conception. La méthode d'inspection détermine quels défauts vous pouvez détecter et lesquels s'échapperont sur le terrain.
Inspection optique automatisée (AOI)
AOI est efficace pour les défauts au niveau de la surface : présence de composants, orientation et aspect brut des joints de soudure. Il ne peut pas voir sous un package BGA ou QFN. Pour BGA à pas fin, AOI peut ne pas avoir la résolution nécessaire pour détecter un pont de soudure entre des billes adjacentes. Vous devez prévoir AOI pour chaque planche, mais vous ne devez pas vous y fier comme seule méthode d'inspection des joints cachés.
Inspection aux rayons X
Une radiographie est requise pour BGA, QFN et d'autres packages où le joint de soudure est caché sous le composant. Les rayons X peuvent détecter les vides, les ponts de soudure et un volume de soudure insuffisant. La résolution du système à rayons X est importante. Un système de radiographie 2D peut ne pas résoudre un vide dans une rotule de 0,3 mm. Un système de radiographie 3D (CT) offre une meilleure résolution en profondeur mais est plus lent et plus coûteux.
Inspection du premier article (FAI)
Le FAI est la première construction de la carte, généralement une petite quantité, qui est entièrement inspectée avant la production. Le FAI doit inclure une inspection aux rayons X de chaque joint BGA et QFN, et non un échantillon. C'est à ce moment-là que vous vérifiez que la conception du pochoir, la pâte et le profil de refusion produisent des joints de soudure acceptables. Si le FAI réussit, vous disposez d’une base de référence pour la production. Si cela échoue, vous avez détecté le problème avant de vous engager dans une version complète.
> Practical note: When you request X-ray inspection, specify the joint types and the defect criteria you care about. A general "X-ray all BGAs" instruction is not enough. Tell the assembler that you need to detect voids larger than a certain percentage of the joint area, and that you need a report for each joint. This forces the assembler to set up the inspection correctly.
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Communiquer les exigences du processus spécial dans le RFQ
Le RFQ est votre opportunité d'aligner le processus de l'assembleur sur les exigences de votre conception. Si vous ne spécifiez pas de besoins particuliers en matière de processus, l'assembleur utilisera son processus standard, qui peut ne pas convenir à votre carte.
Que faut-il inclure dans le RFQ
- Complétez BOM avec les numéros de pièces du fabricant, les quantités, les niveaux MSD et les sources alternatives.
- Fichier Centroïde et fichiers Gerber, avec l'origine et le système de coordonnées clairement définis.
- Dessins d'assemblage montrant le placement des composants, leur orientation et les éventuelles exigences de dégagement.
- Exigences particulières en matière de profil de refusion : Si votre carte a une masse thermique élevée, un boîtier mixte avec différents alliages de soudure ou un composant qui ne peut pas tolérer des températures élevées, spécifiez les contraintes du profil de refusion.
- Exigences de nettoyage : Si la carte nécessite un processus de nettoyage spécifique après l'assemblage, comme pour une application médicale ou aérospatiale, indiquez-le.
- Conditions de manipulation et de stockage MSD : spécifiez la durée maximale pendant laquelle un composant peut être exposé aux conditions ambiantes avant la refusion.
- Exigences de soudure manuelle : Si un composant doit être soudé à la main, notez-le. Le brasage manuel introduit de la variabilité et doit être évité si possible.
Erreurs courantes dans le RFQ
- Omission du niveau MSD : L'assembleur suppose que le composant n'est pas sensible à l'humidité et ne le cuit pas. Le résultat est des vides dans le joint de soudure.
- Fournir un fichier centroïde sans le système de coordonnées : L'assembleur suppose que l'origine est au coin de la carte, mais elle est au centre de la carte. Chaque composant est mal placé.
- Ne précise pas les exigences d'inspection : l'assembleur effectue AOI uniquement et un vide BGA s'échappe vers le champ.
Pour une perspective plus large sur la manière dont les tendances de fabrication et d'approvisionnement PCB affectent votre RFQ, consultez Comment évaluer le risque d'assemblage de SMT à partir des tendances de fabrication et d'approvisionnement PCB.
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Erreurs courantes et quand impliquer le fabricant
Les ingénieurs commettent plusieurs erreurs prévisibles lors de l'évaluation du risque d'assemblage SMT. Reconnaître ces erreurs vous aide à les éviter.
Erreur 1 : supposer que BOM est terminé
Un BOM avec les numéros de pièces n'est pas complet. Vous devez vérifier les niveaux MSD, les dimensions du package et les sources alternatives. Il s’agit de la source la plus courante de retards d’approvisionnement et de défauts de redistribution.
Erreur 2 : ignorer la conception de l'ouverture du pochoir
Pour les BGA à pas fin et les petits composants passifs, l'ouverture du pochoir est aussi importante que le motif du terrain. Une mauvaise conception d’ouverture entraîne des problèmes de libération de pâte, conduisant à un volume de soudure incohérent.
Erreur 3 : s'appuyer sur AOI pour les joints cachés
AOI ne peut pas voir sous un package BGA ou QFN. Vous devez prévoir une inspection aux rayons X, au moins pour le FAI et pour l'échantillonnage de production.
Erreur 4 : ne pas spécifier les exigences du processus dans le RFQ
Si vous ne spécifiez pas le profil de refusion, le nettoyage ou la gestion MSD, l'assembleur utilisera son processus standard. Ce processus n’est peut-être pas adapté à votre conseil.
Quand impliquer le fabricant
Impliquez le fabricant dès le début, idéalement lors de la revue de conception ou avant le RFQ. Le fabricant peut vérifier la conception de votre pochoir, votre fichier centroïde et BOM pour vérifier qu'ils sont complets. Ils peuvent également exécuter une simulation de placement ou un petit FAI pour vérifier que votre conception est réalisable. Ceci est particulièrement important pour les cartes avec des composants BGA, QFN ou 0201 et plus petits.
Pour savoir comment les tendances PCB en matière d'assemblage et de puces embarquées (COB) affectent votre évaluation des risques, consultez Comment évaluer le risque d'assemblage SMT à partir de PCB Tendances en matière d'assemblage et de COB. Pour une perspective au niveau du marché qui influence la disponibilité des composants et les délais de livraison, consultez Comment évaluer le risque d'assemblage de SMT à partir de PCB tendances des perspectives du marché et de l'industrie.
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FAQ
Pourquoi est-il important d'évaluer le risque d'assemblage SMT avant la production ?
L'évaluation des risques d'assemblage SMT avant la production vous aide à éviter des reprises coûteuses, des retards dans les calendriers et des pannes sur le terrain. En examinant les fichiers de conception, l'exhaustivité BOM et l'emballage des composants dès le début, vous pouvez identifier les problèmes qui affectent la qualité des joints de soudure, la couverture des inspections et la fiabilité à long terme.
Où les ingénieurs commettent-ils généralement des erreurs lors de l'évaluation du risque d'assemblage SMT ?
Une erreur courante consiste à supposer qu'un BOM avec les numéros de pièce est complet. Les ingénieurs négligent souvent les niveaux de dispositifs sensibles à l'humidité (MSD), les dimensions des emballages ou les autres statuts d'approvisionnement, ce qui peut entraîner des défauts de refusion ou des retards d'approvisionnement. Une autre erreur consiste à ignorer la conception de l'ouverture du pochoir pour les composants à pas fin ou BGA, ce qui entraîne un mauvais démoulage de la pâte et des défauts de joint de soudure.
Comment puis-je vérifier le risque d'assemblage SMT avant de m'engager dans une build ?
Vous pouvez vérifier le risque en effectuant un examen de conception pour la fabricabilité (DFM) qui vérifie les modèles de terrain par rapport à IPC-7351, en examinant le BOM pour les niveaux MSD selon J-STD-033 et en confirmant que le fichier centroïde correspond aux données de sélection et de placement. Demandez également une inspection du premier article (FAI) et une inspection aux rayons X pour les emballages BGA ou QFN avant la production complète.
Quelles informations dois-je fournir dans un RFQ pour aider l'assembleur à évaluer le risque SMT ?
Incluez le BOM complet avec les numéros de pièces du fabricant, les quantités et les sources alternatives ; le fichier centroïde ; Fichiers Gerber ; dessins d'assemblage ; et toutes les exigences particulières du processus telles que le profil de refusion ou le nettoyage. Précisez également les niveaux de MSD et les conditions de stockage, et notez tous les composants nécessitant une soudure manuelle ou une manipulation particulière.
Comment les tendances actuelles des assemblages PCBA affectent-elles le risque SMT ?
Les tendances telles que les composants passifs plus petits (0201, 01005), le pas BGA plus fin et l'utilisation accrue de boîtiers QFN augmentent le risque de défauts de joints de soudure tels que des ouvertures, des courts-circuits et des vides. Ces tendances nécessitent une conception de pochoir plus stricte, un placement plus précis et des méthodes d'inspection avancées telles que la 3D AOI et les rayons X.