Montaż PCB w wersji pilotażowej w celu walidacji produkcji

Montaż płytki PCB w wersji pilotażowej to ostatnia szansa na ujawnienie ryzyka produkcyjnego przed złożeniem zamówienia na dużą skalę. Prototypy dowodzą, że koncepcja projektowa może się sprawdzić raz. Pilotaż udowadnia, że ​​tę samą płytkę można produkować wielokrotnie, w realistycznym tempie, z użyciem materiałów, narzędzi i metod testowania przeznaczonych dla produkcji masowej. Niniejszy artykuł opisuje podejście firmy Highleap Electronics do montażu płyt pilotażowych: co musi zostać faktycznie zweryfikowane przez pilota, jak ustalana jest ilość, jakie dowody muszą zostać przedstawione oraz jakie kryteria wyjścia muszą zostać podpisane przed dopuszczeniem płytki do masowej produkcji.

1. Co powinno zostać sprawdzone podczas pilotażowego uruchomienia montażu PCB

Celem pilotażu nie jest wykazanie, że da się złożyć płytkę – na to pytanie odpowiedziano już podczas prototypowania. Pilot musi zweryfikować cztery oddzielne kategorie ryzyka, a każda kategoria wymaga osobnego dowodu.

Ryzyko projektowe produktu. Pilot potwierdza, że ​​opublikowany projekt zachowuje się zgodnie z założeniami w rzeczywistych warunkach montażu, a nie na próbkach wykonanych ręcznie. Odciski, które działały z użyciem pęsety, mogą ulec uszkodzeniu po umieszczeniu ich na maszynie. Zachowanie termiczne, które wyglądało dobrze na próbce laboratoryjnej, może ulec zmianie po zbudowaniu płytki do prawidłowej wagi miedzi i ułożenia warstw.

Ryzyko związane z produkcją PCB. Płytki drukowane używane w pilotażu powinny pochodzić od tego samego producenta, mieć ten sam układ warstw i specyfikację materiałową, co planowane dla produkcji seryjnej. Jeśli płytki prototypowe były szybko budowane na generycznym laminatu FR-4, a plan produkcji seryjnej zakłada kontrolowaną impedancję na konkretnym laminacie, to z punktu widzenia produkcji są to dwa różne produkty.

Ryzyko związane z procesem montażu. Projekt szablonu, pasta, profil reflow, program rozprowadzania, sekwencja THT i zasady przeróbek – wszystkie te elementy muszą być testowane na poziomie wielkości pilotażowej. Defekty występujące raz na 3 płytki prototypowe mogą wystąpić dziesięciokrotnie na 30 płytkach pilotażowych – wskaźnik ten jest niewidoczny przy dużej liczbie prototypów, ale dyskwalifikuje przy dużej ilości.

Ryzyko związane z gotowością do testów i produkcji. Progi AOI, zasięg promieniowania rentgenowskiego, skrypty ICT lub sondy latającej , limity testów funkcjonalnych oraz procedury programowania powinny być uruchamiane na płytkach pilotażowych w warunkach produkcyjnych. Program testowy, który wychwytuje każdy defekt na 5 ręcznie wybranych płytkach, może generować nadmierne fałszywe zgłoszenia lub pomijać rzeczywiste defekty przy dużej liczbie testów.

Próba pilotażowa, w ramach której wyprodukowano jedynie działające jednostki, a nie przedstawiono dowodów na istnienie tych czterech kategorii, nie spełniła swojego zadania.

2. Ile jednostek powinno zostać zbudowanych w ramach pilotażu?

Nie ma jednej wielkości pilotażowej, która miałaby zastosowanie do każdego projektu. Każdy, kto ją podaje, podaje pakiet usług, a nie plan walidacji. Prawidłowa wielkość pilotażowa wynika z samego projektu.

Liczba egzemplarzy pilotażowych powinna również uwzględniać spodziewane złomowanie. Jeśli płytka jest obarczona znanym ryzykiem produkcyjnym lub montażowym w fazie pilotażowej, cel dla próbki roboczej musi zostać osiągnięty po akceptowalnych stratach. Podane tutaj wartości mają charakter kierunkowy i nie stanowią obowiązkowego minimum Highleap; ostateczna ilość jest potwierdzana podczas planowania pilotażu w odniesieniu do zakresu testów i potrzeb dotyczących próbek niszczących.

3. Kontrola materiałów i komponentów w wersji pilotażowej

Pilot reprezentuje wolumen tylko wtedy, gdy materiały w nim zawarte reprezentują wolumen. To najczęstszy powód, dla którego po „udanym” pilotażu następuje niestabilne uruchomienie produkcji.

• Materiał PCB i wykończenie zamrożone. Gołe płytki powinny mieć przewidzianą dla produkcji grubość warstwy, gatunek laminatu, gramaturę miedzi i wykończenie powierzchni. Zastąpienie ENIG HASL „tylko dla pilota” unieważnia większość dowodów montażowych.
• Tylko zatwierdzone źródła komponentów. Każda pozycja zamówienia powinna pochodzić z listy AVL, która będzie używana do określania wolumenu. Zamienniki, które nie byłyby dopuszczalne w wersji produkcyjnej, nie są również dopuszczalne w wersji pilotażowej, która ma służyć do walidacji produkcji.
• Oznaczono i określono ilościowo tymczasowe zastąpienia. Jeśli termin realizacji zamówienia na kluczową część jest długi i konieczne jest zastosowanie zamiennika, aby dotrzymać harmonogramu, zamiennik jest dokumentowany, a związane z nim ryzyko jest zgłaszane — nie jest to decyzja, którą monter podejmuje po cichu.
• Części o krótkim i długim czasie realizacji zidentyfikowane na wstępie. Każdy komponent, którego czas realizacji zbliża się do okna pilotażowego lub go przekracza, jest zamawiany z wyprzedzeniem lub uznawany za ryzyko harmonogramu przed rozpoczęciem pilotażu za pośrednictwem standardu pozyskiwanie komponentów recenzji.
• Kontrolowany stan MSL i pakowania. Urządzenia wrażliwe na wilgoć są wypiekane, pakowane i przechowywane zgodnie z tymi samymi standardami, co w przypadku produkcji seryjnej. Wersje pilotażowe, w których pominięto obsługę MSL, mogą powodować wady typu popcorn, których nie dałoby się zaobserwować w produkcji seryjnej.
• Odnotowano ekspozycję na wiele partii. Jeśli części pilotażowe docierają w ramach wielu partii lub o różnych kodach dat, należy to odnotować, ponieważ produkcja seryjna może obejmować węższy lub szerszy asortyment partii, a ich zachowanie może się różnić.

Podstawową zasadą jest to, że projekt pilotażowy zbudowany z materiałów klasy prototypowej jest prototypem składającym się z większej liczby jednostek, a nie walidacją przedprodukcyjną.

4. Walidacja procesu montażu podczas uruchomienia pilotażowego

Pilotaż to etap, w którym zamierzona ścieżka montażu jest testowana od początku do końca, a każdy etap procesu generuje dowody uzasadniające przejście na produkcję seryjną. Zestaw rekordów zazwyczaj obejmuje:

• Projekt szablonu i wklejenie: strategia apertury dla podkładek termicznych QFN, układów scalonych o małym skoku i małych elementów pasywnych; parametry stopu pasty, przechowywania i drukarki
• Umiejscowienie: mapa podajnika, wybór dyszy, nauczanie wizji i wszelkie części wymagające nadpisania wizji maszynowej
• Profil reflow: mierzone na próbce z instrumentem, a nie po prostu ustawione na domyślne wartości producenta pasty — zarejestrowane namaczanie, szczyt i czas powyżej likwidusu
• Zachowanie przy dwustronnym reflowie: w stosownych przypadkach dowód, że drugie przejście nie zakłóca połączeń pierwszego przejścia
• Montaż przelotowy: selektywne parametry lutowania lub fali, instrukcje dotyczące lutowania ręcznego i kolejność względem SMT
• Lutowanie selektywne i ręczne: dla złączy i elementów wrażliwych na ciepło, które nie są kompatybilne z lutowaniem rozpływowym, z odniesieniami do osprzętu
• Czyszcząca: jeśli pozostałości topnika nie spełniają wymagań funkcjonalnych lub niezawodnościowych, parametry czyszczenia i jakość wody płuczącej
• Powłoka ochronna lub zalewanie: warunki maskowania, grubości i utwardzania tam, gdzie produkt tego wymaga
• Etykietowanie i serializacja: format etykiety, miejsce umieszczenia, czytelność kodu kreskowego i możliwość śledzenia wpisu w bazie danych
• Opakowanie: Nośniki zgodne z ESD, ochrona przed wilgocią w razie potrzeby i bezpieczna orientacja podczas transportu

Każdy z tych elementów powinien mieć dołączoną do pliku pilotażowego instrukcję pracy, zapis pomiarów lub zdjęcie. Ten zestaw zapisów pozwala na powtarzanie tego samego procesu w dużych ilościach, niezależnie od tego, kto akurat przeprowadzał pilotaż.

5. Zakres inspekcji, programowania i testów funkcjonalnych

Pilot to punkt, w którym mierzona jest ścieżka inspekcji i testu — nie tylko pod kątem tego, co jest wykrywane na płytkach, ale także tego, jak dobrze sprawdza się samo pokrycie.

AOI powinno być uruchamiane dla każdej płytki pilotażowej, a program powinien być dostrajany w trakcie pilotażowego procesu, a nie pozostawiany z ustawieniami domyślnymi. Wskaźnik fałszywych wywołań jest śledzony, aby linia objętości nie została zakłócona przez kontrolę operatora. Pokrycie rentgenowskie jest definiowane przez typ komponentu — każde złącze BGA, QFN i LGA w pilocie powinno zostać sprawdzone, aby przed uruchomieniem pilota poznać zachowanie się pustych przestrzeni i mostków. Kontrola pierwszego artykułu na początku pilotażowego procesu stanowi punkt odniesienia, z którym porównywana jest każda kolejna płytka. Programowanie jest weryfikowane za pomocą konkretnego obrazu, opcji urządzenia i kontroli po flashowaniu, które będą uruchamiane w trybie objętościowym. Wybór ICT lub sondy w ruchu jest podejmowany na podstawie ilości i dostępności osprzętu; sonda w ruchu jest zazwyczaj przeprowadzana podczas pilotażowego procesu, gdy osprzęt ICT jest nadal w trakcie produkcji. Test funkcjonalny sprawdza rzeczywisty przypadek użycia produktu w odniesieniu do mierzalnych limitów pozytywnych i negatywnych — patrz podejście do testowania funkcjonalnego . Dopasowanie mechaniczne do docelowej obudowy jest sprawdzane na co najmniej podzbiorze jednostek pilotażowych. Jeśli klient przeprowadza oddzielny test akceptacyjny, test ten jest planowany w oknie pilotażowym, a nie po zatwierdzeniu ilości.

Pod koniec odcinka pilotażowego powinny stać się jasne trzy rozróżnienia:

• Jakie testy istnieją, aby wykryć wady produkcyjne (AOI, prześwietlenie rentgenowskie, ICT) — przenoszą się one na produkcję seryjną
• Które testy potwierdzają funkcjonalność produktu (FCT, weryfikacja programowania) — przekładają się również na wolumen
• Które testy przeprowadzono wyłącznie w celu walidacji pilotażowej (analiza niszcząca, próbki niezawodności, testy zgodności) — nie trzeba ich powtarzać na każdej jednostce objętości, ale muszą zostać zamknięte przed zwolnieniem objętości

6. Kryteria wyjścia przed produkcją masową

Kryteria wyjścia to warunki, które muszą zostać spełnione przed zamknięciem pilotażu i autoryzacją montażu wolumenu. Powinny zostać uzgodnione przed rozpoczęciem pilotażu, a nie negocjowane później na podstawie ustaleń.

Kryteria wyjścia definiowane dopiero po poznaniu wyników pilotażu prowadzą do rozbieżności co do zakresu. Zamrożenie ich z góry przekształca wyniki pilotażu w jasną decyzję o kontynuowaniu lub odrzuceniu.

7. Prześlij pakiet montażowy PCB do testów pilotażowych

Firma Highleap Electronics realizuje wersje pilotażowe w ramach tej samej ścieżki produkcyjnej, która będzie wykorzystywana w produkcji masowej: na tej samej linii produkcyjnej SMT , w tym samym kanale zaopatrzenia i w tej samej komórce testowej. To właśnie ta ciągłość sprawia, że ​​dowody z wersji pilotażowych są przydatne – nie jest to wersja laboratoryjna, którą trzeba ponownie zakwalifikować do rzeczywistej produkcji fabrycznej. Zmiany wersji, uwagi inżynierów i korekty procesów są obsługiwane za pośrednictwem standardowego rejestru zmian, dzięki czemu nic nie zmienia się bezgłośnie między wersją pilotażową a produkcją masową.

Aby rozpocząć przegląd pilota, podaj:

• Docelowa liczba pilotażowa i uzasadnienie (próby walidacyjne, test niszczący, próba rynkowa)
• Prognoza oczekiwanego wolumenu rocznego
• Aktualna rewizja PCB i BOM
• Gerber, drill i stackup — lub odpowiednik pakiet plików montażowych
• BOM z numerami MPN, zatwierdzonymi zamiennikami i oznaczeniem DNP
• Rysunek montażowy i wszelkie notatki dotyczące procesu specjalnego
• Plan testów obejmujący ICT/sonda latająca, FCT i zakres programowania
• Znane otwarte problemy przeniesione z prototypu
• Docelowa data zakończenia pilotażu i planowana data rozpoczęcia emisji
• Niezależnie od tego, czy zaopatrzenie w komponenty jest kompleksowe, realizowane w ramach wysyłki czy w sposób hybrydowy