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 n.feyfant@fedd.fr

From Design To Final Product, We Build Long Term Reliability

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Pressfit

Dégrappage

Vernissage

Test

Définition

Achats

CE

Stockage

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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

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Composants : compatibilité thermique

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Composants : compatibilité thermique

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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

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LW

H

W1 ou F

?

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Achats : les notions clés

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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CMS : les erreurs à éviter

Ne pas réaliser de réduction et/ou agrandissement (1:1)

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CMS : Pin In Paste

Réduction du nombre de phase d’assemblage

Robustesse du procédéQualité

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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

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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 .

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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

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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

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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

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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.

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OK

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Dégrappage : les risques

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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

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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

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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

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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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n.feyfant@fedd.fr