Retour d’expérience en assemblage de cartes Exemples d ... · Retour d’expérience en...
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Retour d’expérience en assemblage de cartes
Exemples d’erreurs de conception etdes principales difficultés de l’assemblage.
From Design To Final Product, We Build Long Term Reliability
Nicolas FEYFANT Captronic, 27 mars 2013 [email protected]
From Design To Final Product, We Build Long Term Reliability
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Pressfit
Dégrappage
Vernissage
Test
Définition
Achats
CE
Stockage
From Design To Final Product, We Build Long Term Reliability
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
La définition
• L’environnement (aéro, médical, ferroviaire, industriel…) --> classe IPC
• Le Schéma électrique (format pdf searchable) --> pour TE / dépannage
• La BOM (format Excel)• Les données CAO
• Les plans d’implantations/d’intégrations
• Les Gerbers (format 274D, 274X, Odb++,…)
• Les softs embarqués composants (problématiques OTP, SEE, etc…)
• Réparabilité
Les normes applicables
• EN9100, ISO13485, IRIS, ISO16949,…
• IPCA600, IPCA610, IPC222x, IPC4101, …
• NFC93-7xx dernière MAJ octobre 1989 !• UL
• Rohs
• Reach
• Feu Fumée
• Etc…
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PCB/PCBA : identification, repères et traçabilité
Selon vos besoins, il faut définir :
• les marquages nécessaires (UL, Date Code AA/SS ou SS/AA, Logo Fabricant, logo Rohs, etc…)• leur format (en cuivre, en épargne de VEB) attention à la largeur des traits !
• leur position (pour qu’ils soient visibles en fin de process/non masqué par des composants)
http://database.ul.com/cgi-bin/XYV/template/LISEXT/1FRAME/index.html
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Composants : compatibilité thermique
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Composants : compatibilité thermique
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Composants : compatibilité au nettoyage
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Les différentes finitions des circuit imprimés
HAL
Sn Pb ou Sn100C
Cuivre passivé
OSP
Nickel Or Chim. Sélectif
ENIG
Etain Chimique
Sn
Duré stockage (mois) 12 6 12 6
Planéité - + + +
Sensibilité à l’étuvage + - + -
Nbr de process maxi 3 à 4 2 3 à 4 2
Durée entre 2 process > 3mois 1 semaine > 3 mois 2 semaines
Sensibilité au toucher + - - -
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Achats : les notions clés
Fabricants homologués / impératifs / indicatifs / free
Ordering code (gamme de température, conditionnement, finition des broches,…)Les noms de boitiers différents entre chaque fabricant
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
LW
H
W1 ou F
?
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Achats : les notions clés
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
Distribution / Cataloguiste / Open Market
MOQ / Traçabilité / Délais / AllocationsPCN / EOL
EAR / ITAR
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Claquage ESD en bord de grille d’un PMOS
Les décharges électrostatiques (ESD) :
la maitrise de l’environnement de la réception à l’expédition.
Panne irrémédiable :
Un composant détruit empêche complètement le fonctionnementde la carte. La panne est évidente, le module ne fonctionne plus.
Panne latente :Un composant fragilisé donne des résultats non fiables.
Il peut parfaitement passer des tests de contrôle et produire despannes aléatoires.
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Contrôle d’entrée : les notions clés
Chip to Stock
Unitaire/conditionnement d’origineDimensionnel
DocumentationFAI / RPAMicro section / coupe métallographique
Traçabilité
1 mm
0,1 mm
800µm
700µm
1000µm
AR< 25µm
AR< 25µm
Øland = Øfini + 2 x Annular ring + Tolérance de fab
Øland = 700+ 2x50 + 400 = 1150µm > 1000µm
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Stockage :
MSL
ESDPCB
ComposantsEcrans de sérigraphieCrème à braser
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Etuvage
Durée d’étuvage
TempératureTemps avant reprise d’humidité
Air SecPCB/FPCFinitions
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
design asymétrique = circuits voilés
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Etuvage
Lors des chocs thermiques, la vaporisation de l’eau peut engendrer la destruction par explosion (effet pop-corn)
ou délaminage
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Selon IPC/JEDEC J-STD-033
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Etuvage
PCBComposants MSL >= 3
Sérigraphie
∼ Pochoir
∼ Jet print
Crème à braser
Fichiers GERBER
Report de
composants
∼ Nombre de valeurs
différentes
∼ Conditionnement
Composants
• BOM
• Fichier placement
• Plans d’équipements
CMS : le process
Eutectique / granulométrie
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
Four à refusion
∼ Convection forcée
∼ Infrarouge
∼ Phase vapeur
Air /Eau à 15°C
Profils Top/Bottom
Plomb/Rohs/HT
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CMS : les dimensions et bords techniques
La forme de votre circuit imprimé n’est pas forcément adaptée à un processus de fabrication industriel.
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
Il convient donc de rajouter des bandes techniques ou d’effectuer une mise en flan qui doivent tenir compte de :
• Dimensions minimum des cartes (50 * 50 mm)
• Dimensions maximum (420 * 350 mm)
• L’outillage d’assemblage (sérigraphie, refusion,…)
• L’outillage de dégrappage (V-Scoring, Breakaway Tabs)
• Impact sur la surface disponible pour le routage
• Ratio PCB « utile » / PCB « perdu »
• Optimisation de la quantité de PCB sur un flan / panneau de travail
• Poses HS
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Les convoyages sont aujourd’hui à base de courroies :
• Aspect extérieur du PCB de forme rectangulaire• Les 2 bords de cartes servant de convoyage doivent être exempts
de composants sur une largeur de 5 mm sur les 2 faces.
Tous les programmes (sérigraphie, report) ont besoins de points d’origines : les mires de centrage
• 3 Mires asymétriques (2 rondes + 1 carré)• aux extrémités du panneau
• Ø1mm (Ø ouverture VEB 3mm)• à plus de 5mm du bord• sur les 2 faces
CMS : le convoyage
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CMS : les erreurs à éviter
Les via :
• Ne pas implanter de via non bouchés dans les plages des composants CMS ou trop proche des plages d’accueils
-->risque de migration de crème --> joint insuffisant-->risque de remontée de bulles d’air --> voids
• Ne pas oublier d’ouvrir le VEB des 2 côtés dans le cas de finitions chim. sélectives
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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KO
OK
CMS : les erreurs à éviter
Les pistes entre les plages --> amoindrissements
Les pistes trop proches de plans de cuivre --> CCMask Over Coating (≤50µm)
Les traits de VEB <100µm
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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CMS : les erreurs à éviter
Le repérage des composants :
• orientation / positionnement• Favoriser le repérage en cuivre
• Utiliser l’épargne de VEB si besoin• Sérigraphie interdite pour des composants au pas fin
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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CMS : les erreurs à éviter
Penser à homogénéiser les plages des composants tel que BGA, LGA ou QFN
• SMD (Solder Mask Defined) / NSMD• Freins thermiques
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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CMS : les erreurs à éviter
Ne pas réaliser de réduction et/ou agrandissement (1:1)
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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CMS : Pin In Paste
Réduction du nombre de phase d’assemblage
Robustesse du procédéQualité
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Pressfit
Cette technique permet la suppression de la soudure pour relier mécaniquement et électriquement une pièce
mécanique à un circuit imprimé.
+++ Pas de vieillissement des joints brasés
+++ 1 process thermique en moins
- - - Il faut que les perçages soient d’un diamètre identique et tolérancés à +/-0,05mm
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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FER à souder
Tous les composants traversants ne sont pas forcément compatibles avec un process standard, certains nécessitent
des temps de contact très courts et de faibles températures de fer .
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Nettoyage
Effacement des marquages (partiel ou total)
Altération de la matière et des composantsAltération gaine thermo
Dégradation des Traitements de surfacesEtanchéité réelle (relais, selfs, etc…)
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Dégrappage : type timbre post
Les attaches doivent comporter des µperçages pour ne pas générer de délaminage, et ce des 2 côtés
Les largeurs de détourage possibles sont : 1,5mm, 2mm ou 2,5mmUn reliquat de matière peut subsister si le design des µperçages n’est pas adapté.
Un design particulier doit être apporté pour les PCB de forme arrondie
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Dégrappage : rainurage ou V-Scoring
Le V-Scoring consiste à pratiquer 2 rainures situées en vis-à-vis de façon à rendre sécable le PCB.
Il est important de spécifier l’épaisseur de matière résiduelle pour ne pas avoir une liaison soit trop flexible, soit trop rigide (1/3 de l’épaisseur du circuit, 0,8mm max)
+++ L’opération de dégrappage est simple et rapide- - - épaisseur de matière résiduelle à prendre en compte- - - découpe d’une longueur complète obligatoire --> incompatible avec des composants débordants de la carte
- - - incompatible avec les FPC
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Dégrappage : fraisage numérique
Les attaches ne comportent pas de µ-perçages type « timbres poste »
Il faut prévoir des trous de locating pour bloquer les PCB avec des plots pour empêcher la carte de tournerNécessite de réaliser des programmes de détourage --> adaptée à la grande série
Les vibrations peuvent endommager certains composantsGénère de la poussière
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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KO
Attache sous
un connecteur
Dégrappage : les risques
Positionnement des points d’accroches par rapport à leur environnement.
Quantité des points d’attache. Pour une bonne rigiditéDégagement nécessaire à un composant qui déborde de la carte.
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
OK
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Dégrappage : les risques
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Dégrappage : les risques
Des outillages spécifiques sont utilisés pour séparer les cartes ou détacher les bandes techniques, la séparation
manuelle abîme bien souvent les composants. En règle générale, on cherchera à éviter de placer des CMS et des vias à proximité des zones de séparation.
• Risque de fracture du joint à causes des contraintes mécaniques• Dégradation des composants / casse des composants céramiques• Casse des vias
• Délaminage
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Test & Déverminage
Point de test accessibles = non recouvert par du VEB ou des composants
Composants sensibles aux variations/mises sous tensions (Tantal)Taux de couverture
First Pass Yield
Courbes de température adaptées
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage – Dégrappage - Test - Vernissage
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Vernissage et enrobage
Définir les zones à épargner/masquer
Définir les zones devant être tropicalisées spécialementNe pas positionner de vias sous les connecteurs / migration / capillarité
Composants à pas fins = réglages particuliers sinon phénomène de bulles
Définition – Achats – CE – Stockage – Etuvage – CMS – Pressfit - Fer – Nettoyage– Dégrappage - Test - Vernissage
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Bureau d’étudeBureau d’étudeBureau d’étudeBureau d’étude
Fabricant circuit impriméFabricant circuit impriméFabricant circuit impriméFabricant circuit imprimé EMSEMSEMSEMS
Industrialiser un produit électronique demande une étroite collaboration entre chacun des acteurs.
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