Vysoce spolehlivá montáž desek plošných spojů: Řízení procesu a sledovatelnost

Společnost Highleap Electronics vyrábí vysoce spolehlivé sestavy desek plošných spojů (PCB) pro produkty, u kterých má provozní selhání následky nad rámec záruční vrácení: zdravotnické prostředky, automobilová elektronika, průmyslové řídicí a energetické systémy, letecký a obranný průmysl a infrastruktura, která musí běžet bez obsluhy po mnoho let. Vyrábíme holé desky plošných spojů a montujeme je podle třídy zpracování, materiálů a ověřovacích kroků definovaných ve vašich požadavcích.

Vysoká spolehlivost není označení, které se připisuje na konci výrobní linky. Je stanovena třemi rozhodnutími učiněnými před samotnou výrobou: kritérii přijetí, podle kterých jsou desky vyráběny a kontrolovány, materiály a procesy, které určují stárnutí pájených spojů a laminátů, a důkazy, které musí výrobce poskytnout, že každá šarže splňuje požadavky. Tato stránka vysvětluje, jak se tato rozhodnutí promítají do specifikace desek plošných spojů, které procesy a testy jsou důležité a co je třeba ověřit při kvalifikaci výrobce.

Definování požadavků na vysokou spolehlivost pro desku plošných spojů (PCBA)

„Vysoká spolehlivost“ znamená v různých odvětvích různé věci. Objednávka, která uvádí pouze „vysoká spolehlivost“, nechává výrobce na dohady a dva dodavatelé nabídnou dva různé produkty. Užitečný požadavek uvádí následující:

Systémy kvality v průmyslu přidávají svá vlastní očekávání: ISO 13485 pro zdravotnické prostředky, IATF 16949 pro dodavatelské řetězce v automobilovém průmyslu a požadavky zákazníků z leteckého a obranného průmyslu. Certifikace systémů kvality společnosti Highleap jsou uvedeny na naší stránce s certifikacemi ; v poptávce uveďte normu, pod kterou váš produkt spadá, aby byla dokumentace k výrobě nastavena od první šarže.

Montáž IPC třídy 3: Jaké změny se chystají

Většina programů s vysokou spolehlivostí specifikuje IPC třídy 3. Rozdíl oproti třídě 2 nespočívá v jiném stroji, ale v užším přijímacím období a větším úsilí o kontrolu, a proto jsou desky třídy 3 dražší.

• Pokovená výplň průchozího otvoruTřída 3 vyžaduje vyšší minimální vertikální pájecí výplň v průchozích otvorech než třída 2. Silné desky a spojení s velkými měděnými deskami vyžadují procesy pro výrobu průchozích otvorů a tepelný návrh, které ji dosáhnou.
• Umístění komponentPřípustný boční přesah a odsazení koncového spoje jsou menší, takže přesnost umístění a konstrukce podložky musí ponechávat menší prostor pro chyby.
• Smáčení a profil spáryPodmínky akceptované jako indikátory procesu ve třídě 2 mohou být vadami ve třídě 3.
• Holá deskaStandard IPC-6012 třídy 3 vyžaduje silnější měděné stěny otvoru a větší prstence, což ovlivňuje konstrukci vrtáku a vrtací plošky.

Třída 3 by měla být specifikována ve fázi návrhu, nikoli přidávána ve fázi objednávky. Rozvržení navržené podle pravidel pro plošky a prstence třídy 2 nemusí být vyrobitelné pro třídu 3 beze změn. Naše srovnání osazování desek plošných spojů třídy 2 a třídy 3 dle IPC podrobně pokrývá rozdíly v akceptaci.

Potřebuje každá deska ve vysoce spolehlivém produktu třídu 3?

Ne vždy. Specifikace třídy 3 pouze tam, kde ji funkce vyžaduje, například řídicí deska, ale nikoli deska rozhraní displeje, může ovlivnit náklady. Rozhodnutí by měl učinit technický tým produktu na základě následků selhání a příslušné průmyslové normy.

Holá deska a výběr materiálů, které ovlivňují spolehlivost

Mnoho dlouhodobých poruch pole začíná v holé desce spíše než v pájených spojích. Tepelné cyklické namáhání v pokovených průchozích otvorech podél osy Z; opakované přetavování a přepracování namáhá laminát; ve vlhkém prostředí může docházet k růstu vodivých anodických vláken mezi těsně rozmístěnými otvory.

• Teplota rozkladu laminátu (Tg) a teplota rozkladuBezolovnaté reflow, oboustranná montáž a přepracování vyžadují lamináty s odolností proti vícenásobným teplotním výkyvům.
• Rozšíření osy ZNižší součinitel tepelné roztažnosti (CTE) v ose Z snižuje namáhání pokovených válců během tepelného cyklování, což je důležité pro silné desky s vysokým počtem vrstev.
• Průchozí strukturaSkládané mikrootvory, vyplněné otvory a otvory v kontaktní plošce vyžadují procesní kvalifikaci; střídavě uspořádané mikrootvory jsou často upřednostňovány tam, kde je kritická rezerva spolehlivosti.
• povrchová úpravaENIG, ENEPIG, imerzní stříbro a OSP se liší trvanlivostí, rovinností a chováním spoje. Vyberte na základě komponentů a doby skladování před montáží.

Holé desky pro programy s vysokou spolehlivostí by měly být ověřovány, nikoli předpokládány. Mikroskopická analýza vzorků a testy spolehlivosti pokovených otvorů, jako jsou zátěžové testy propojení, poskytují důkaz, že struktura propojení odolá tepelným cyklům.

Řízení procesů pro spolehlivé pájené spoje

Spolehlivý spoj má správné množství pájky, úplné smáčení a omezené dutiny. To vše pochází z kontrolovaného procesního kroku, nikoli z finální kontroly.

Tisk pájecí pasty

Většina vad SMT začíná u tiskárny. Tloušťka šablony a návrh otvoru řídí objem pasty; kontrola pájecí pasty měří objem a polohu usazeniny před jejím umístěním, takže nedostatečné nebo přemostěné usazeniny jsou zachyceny dříve, než se stanou spoji.

Profilování přetavením

Profil je nastaven pro samotnou desku s termočlánky na nejtěžších a nejcitlivějších součástkách. Velké BGA desky, silné měděné desky a malé pasivní součástky na stejné desce potřebují profil, který je všechny smáčí, aniž by je přehříval.

Vyprázdnění pod termálními podložkami

Dutiny pod tepelnými podložkami QFN a výkonových zařízení snižují přenos tepla a pevnost spoje. Otvory šablony s okénky na velkých podložkách, úprava a nastavení profilu snižují tvorbu dutin a výsledek potvrzuje rentgenové měření. Pokud má vaše aplikace limit tvorby dutin, uveďte jej v požadavcích.

Vlhkost, elektrostatický výboj a čistota

Zařízení citlivá na vlhkost se zpracovávají podle jejich MSL jmenovitého limitu a po překročení životnosti podlahy se vypalují, aby se zabránilo praskání pouzdra během přetavování. Zbytky tavidla, které jsou přijatelné pro spotřební výrobky, mohou způsobit netěsnost nebo korozi ve vlhkých nebo vysokonapěťových aplikacích; pokud výrobek vyžaduje čištění a ověření iontové čistoty, specifikujte to.

Inspekce, testování a ochrana desek

U vysoce spolehlivých produktů jsou inspekce a testování plánovány jako vrstvy, z nichž každá zachytí to, co předchozí nedokáže.

Záložní testy specifikuje zákazník podle rizikového profilu produktu; zvyšují náklady a čas a jsou nejužitečnější tam, kde je v praxi nákladné odhalovat poruchy v rané fázi životnosti.

Konformní nátěr a mechanická ochrana

Desky vystavené vlhkosti, kondenzaci, prachu nebo chemické kontaminaci obvykle vyžadují konformní nátěr . Specifikujte typ nátěru, oblasti, které mají být maskovány (konektory, testovací body, nastavitelné díly) a požadovanou tloušťku. Těžké součásti ve vibračním prostředí mohou také vyžadovat lepení kolíků nebo podložení, což by mělo být znázorněno na montážním výkresu.

Sledovatelnost a řízení změn

Když vysoce spolehlivý produkt selže v praxi, vyšetřování závisí na záznamech o výrobě. Bez nich je jedinou bezpečnou reakcí považovat každou jednotku za podezřelou.

• Identifikace na úrovni představenstva: sériové číslo nebo kód šarže na každé desce, propojené se záznamem o sestavení.
• Záznamy o šaržích komponentů: datové kódy a čísla šarží kritických komponent, propojené s šarží desky. Dohodněte se, které komponenty to vyžadují, protože úplné sledování šarže každého pasivního prvku zvyšuje náklady.
• Záznamy o procesechprofil přetavení, výsledky kontrol a zkoušek podle šarže nebo sériového čísla.
• Oznámení o změněŽádné změny materiálů, součástí, procesu nebo místa výroby bez souhlasu zákazníka. Toto je často nejdůležitější ustanovení ve smlouvě o vysoce spolehlivých dodávkách.

Naše stránka o sledovatelnosti desek plošných spojů popisuje záznamy, které lze uchovávat, a jak se vztahují ke každé zásilce.

Pravost komponent

Padělané nebo nesprávně zacházené komponenty představují riziko pro spolehlivost, které žádný montážní proces nemůže napravit. U programů s vysokou spolehlivostí by měly být komponenty nakupovány od výrobců nebo autorizovaných distributorů, s výjimkou schválenou zákazníkem. Uveďte tento požadavek a veškeré potřebné datum výroby nebo záznamy o šarži v poptávce (RFQ), aby byly zahrnuty do plánu získávání komponent pro váš program.

Kvalifikace výrobce vysoce spolehlivých desek plošných spojů

Certifikát dokazuje, že existuje systém kvality. Neukazuje, jak bude konkrétní deska vyrobena. Během kvalifikace dodavatele si vyžádejte důkazy, které se vztahují na váš produkt:

• Certifikáty pro standard systému kvality, který vaše odvětví vyžaduje, s rozsahem zahrnujícím osazování desek plošných spojů.
• Jak se na trati uplatňuje a ověřuje schválení třídy 3 a jak jsou inspektoři školeni podle kritérií IPC.
• Ukázka zprávy o prvním článku a ukázkový záznam o šarži, abyste viděli, jaké důkazy jsou dodávány s každou šarží.
• Jak se nakládá s neshodnými výrobky: segregace, likvidace, analýza hlavních příčin a nápravná opatření.
• Proces oznamování změn a způsob zaznamenávání schválení zákazníkem.
• Zda je holá deska vyrobena interně nebo zakoupena a jak se v obou případech ověřuje kvalita holé desky.

Doporučujeme kvalifikaci s prvním článkem, který vychází z vašeho skutečného produktu. První článek a záznam o šarži ukazují, jak byly požadavky aplikovány v praxi, což dotazník o způsobilosti nedokáže. Programy specifické pro dané odvětví jsou popsány na našich stránkách o montáži desek plošných spojů pro lékařství a montáži desek plošných spojů pro letectví a obranu.

Často kladené otázky k vysoce spolehlivé montáži desek plošných spojů

Je vysoce spolehlivá montáž desek plošných spojů stejná jako u IPC třídy 3?

Třída 3 je nejběžnějším požadavkem na zpracování v programech s vysokou spolehlivostí, ale spolehlivost závisí také na materiálech, konstrukci, procesních kontrolách, testovací strategii a sledovatelnosti. Deska s deskou může být kontrolována na třídu 3 a přesto předčasně selhat, pokud laminát nebo struktura propojovacích otvorů není vhodná pro dané tepelné prostředí.

O kolik dražší je montáž třídy 3?

Zvýšení závisí na představenstvu. Je způsobeno užšími časovými rámcemi procesu, větším úsilím o kontrolu a přepracování, dodatečnou dokumentací a někdy i změnami designu nebo materiálu. Pokud se rozhodujete, kterou třídu specifikovat, uveďte obě.

Můžete vyrobit dle našich vlastních řemeslných specifikací?

Ano, za předpokladu, že je dodáno s RFQ. Pokud se specifikace zákazníka liší od IPC-A-610, měl by dokument zákazníka uvádět, která má přednost.

Podporujete pájení s obsahem olova pro vysoce spolehlivé produkty?

Některé letecké, obranné a lékařské produkty jsou vyňaty ze směrnice RoHS a vyžadují pájku s cínem a olovem. Uveďte v poptávce požadavky na pájecí slitinu, abychom mohli potvrdit proces a povrchovou úpravu součástí.

Mohou být desky před odesláním natřeny a otestovány?

Ano. Konformní nátěr, funkční testování a zapálení mohou být zahrnuty, pokud je specifikováno. Zkušební postupy a kritéria pro úspěšné provedení by měly být poskytnuty nebo dohodnuty během cenové nabídky.