Asamblare PCB de înaltă fiabilitate: Controlul procesului și trasabilitate

Highleap Electronics produce ansambluri PCB de înaltă fiabilitate pentru produse pentru care o defecțiune pe teren are consecințe dincolo de returnarea în garanție: dispozitive medicale, electronică auto, sisteme industriale de control și alimentare, echipamente aerospațiale și de apărare și infrastructură care trebuie să funcționeze nesupravegheată ani de zile. Fabricăm plăcile goale și le asamblăm conform clasei de manoperă, materialelor și etapelor de verificare definite în cerințele dumneavoastră.

Fiabilitatea ridicată nu este o etichetă aplicată la capătul liniei. Este stabilită prin trei decizii luate înainte de construcție: criteriile de acceptare după care sunt construite și inspectate plăcile, materialele și procesele care determină modul în care îmbătrânesc îmbinările de lipire și laminatele și dovezile pe care producătorul trebuie să le furnizeze că fiecare lot îndeplinește cerințele. Această pagină explică modul în care aceste decizii se traduc într-o specificație PCBA, ce procese și teste contează și ce trebuie verificat atunci când se califică un producător.

Definirea cerințelor de fiabilitate ridicată pentru un PCBA

„Fiabilitate ridicată” înseamnă lucruri diferite în industrii diferite. O comandă de achiziție care menționează doar „fiabilitate ridicată” lasă producătorul să ghicească, iar doi furnizori vor oferi oferte pentru două produse diferite. O cerință utilă prevede următoarele:

Sistemele de calitate din industrie adaugă propriile așteptări: ISO 13485 pentru dispozitive medicale, IATF 16949 pentru lanțurile de aprovizionare din industria auto și cerințele clienților din industria aerospațială și de apărare. Certificările sistemului de calitate Highleap sunt listate pe pagina noastră de certificări ; menționați standardul în care se încadrează produsul dvs. în cererea de ofertă, astfel încât documentația de construcție să fie configurată încă de la primul lot.

Asamblare IPC Clasa 3: Ce schimbări se vor produce pe linie

Majoritatea programelor de fiabilitate ridicată specifică Clasa IPC 3. Diferența față de Clasa 2 nu este o mașină diferită, ci o fereastră de acceptare mai restrânsă și un efort de inspecție mai mare, motiv pentru care plăcile din Clasa 3 costă mai mult.

• Umplere placată cu gaură traversantăClasa 3 necesită o umplere verticală minimă a lipirii în găurile străpunse mai mare decât Clasa 2. Plăcile groase și conexiunile la planuri mari de cupru necesită procese pentru găuri străpunse și un design termic care să o atingă.
• Amplasarea componentelorConsola laterală admisă și decalajul îmbinării de capăt sunt mai mici, așadar precizia de plasare și designul plăcuței trebuie să lase o marjă de eroare mai mică.
• Umezire și profil al îmbinăriiCondițiile acceptate ca indicatori de proces în Clasa 2 pot fi defecte în Clasa 3.
• Scândura goalăIPC-6012 Clasa 3 necesită cupru mai gros pentru pereții găurii și inele inelare mai mari, ceea ce afectează designul burghiului și al plăcuței.

Clasa 3 ar trebui specificată în faza de proiectare, nu adăugată în etapa de comandă. O configurație proiectată conform regulilor Clasei 2 pentru plăcuțe și inele inelare poate să nu poată fi fabricată conform Clasei 3 fără modificări. Comparația noastră dintre ansamblul PCB IPC Clasa 2 și Clasa 3 acoperă în detaliu diferențele de acceptare.

Are nevoie fiecare placă dintr-un produs de înaltă fiabilitate de clasa 3?

Nu întotdeauna. Specificarea Clasei 3 doar acolo unde funcția o impune, de exemplu o placă de control, dar nu o placă de interfață de afișare, poate controla costurile. Decizia ar trebui luată de echipa de ingineri a produsului pe baza consecințelor defecțiunii și a standardului industrial aplicabil.

Placă de bază și alegeri de materiale care afectează fiabilitatea

Multe defecțiuni pe termen lung în câmp încep în placa goală, mai degrabă decât în ​​îmbinările de lipire. Tensiunile termice ciclate exercită asupra găurilor traversante placate de-a lungul axei Z; refolosirea și prelucrarea repetată solicită laminatul; creșterea filamentului anodic conductiv poate apărea între găuri apropiate în medii umede.

• Temperatura de descompunere și temperatura de Tg a laminatuluiRefluxarea fără plumb, asamblarea pe ambele fețe și prelucrarea necesită laminate rezistente la fluctuații termice multiple.
• Extinderea axei ZCTE-ul inferior pe axa Z reduce tensiunea asupra cilindrilor placați în timpul ciclului termic, ceea ce este important pentru plăcile groase, cu un număr mare de straturi.
• Structura prin intermediulmicroviile stivuite, vialele umplute și via-in-pad necesită calificarea procesului; microviile decalate sunt adesea preferate acolo unde marja de fiabilitate este critică.
• FinisajENIG, ENEPIG, argintul de imersie și OSP diferă în ceea ce privește durata de valabilitate, planeitatea și comportamentul la îmbinare. Alegeți în funcție de componente și de timpul de depozitare înainte de asamblare.

Plăcile goale pentru programele de fiabilitate ridicată ar trebui verificate, nu presupuse. Analiza microsecțională a cupoanelor și testele de fiabilitate a găurilor placate, cum ar fi testele de stres la interconectare, oferă dovezi că structura via rezistă ciclului termic.

Controale de proces pentru îmbinări de lipire fiabile

O îmbinare fiabilă are volumul potrivit de lipire, umezire completă și goluri limitate. Fiecare dintre acestea provine dintr-o etapă controlată a procesului, mai degrabă decât dintr-o inspecție finală.

Imprimarea pastei de lipit

Majoritatea defectelor SMT încep la imprimantă. Grosimea șablonului și designul aperturii controlează volumul pastei; inspecția pastei de lipit măsoară volumul și poziția depunerii înainte de plasare, astfel încât depunerile insuficiente sau în punte sunt detectate înainte ca acestea să se transforme în îmbinări.

Profilare de reflow

Profilul este setat pentru placa propriu-zisă, cu termocupluri pe componentele cele mai grele și mai sensibile. BGA-urile mari, plăcile de cupru groase și componentele pasive mici de pe aceeași placă necesită un profil care să le umezească pe toate fără a le supraîncălzi.

Urinare sub absorbante termice

Golurile de sub plăcuțele termice QFN și ale dispozitivelor de alimentare reduc transferul de căldură și rezistența îmbinării. Deschiderile șablonului cu ferestre de pe plăcuțele mari, prin tratament și ajustare a profilului, reduc golurile, iar măsurarea cu raze X confirmă rezultatul. Dacă aplicația dumneavoastră are o limită de goluri, specificați-o în cerințe.

Umiditate, ESD și curățenie

Dispozitivele sensibile la umiditate sunt manipulate conform standardului MSL și sunt coapte atunci când durata de viață a ambalajului este depășită, pentru a preveni fisurarea ambalajului în timpul refluxului. Reziduurile de flux care sunt acceptabile pentru produsele de larg consum pot provoca scurgeri sau coroziune în aplicații umede sau de înaltă tensiune; dacă produsul necesită curățare și verificare a curățeniei ionice, specificați acest lucru.

Inspecție, testare și protecție a plăcii

Pentru produsele de înaltă fiabilitate, inspecția și testarea sunt planificate ca straturi, fiecare surprinzând ceea ce precedentul nu poate surprinde.

Testarea la rodaj este specificată de client în funcție de profilul de risc al produsului; aceasta adaugă costuri și timp și este cea mai utilă acolo unde defecțiunile din faza incipientă sunt costisitoare de găsit pe teren.

Acoperire conformă și protecție mecanică

Plăcile expuse la umiditate, condens, praf sau contaminare chimică necesită de obicei un strat protector conformabil . Specificați tipul de strat protector, zonele care trebuie mascate (conectori, puncte de testare, piese reglabile) și grosimea necesară. Componentele grele în medii cu vibrații pot necesita, de asemenea, fixare adezivă sau umplere subțire, care ar trebui indicate în desenul de asamblare.

Trasabilitate și controlul schimbărilor

Când un produs de înaltă fiabilitate cedează pe teren, investigația depinde de înregistrările de fabricație. Fără acestea, singurul răspuns sigur este tratarea fiecărei unități ca fiind suspectă.

• Identificare la nivel de consiliu: număr de serie sau cod de lot pe fiecare placă, legat de înregistrarea construcției.
• Înregistrări lot componente: coduri de dată și numere de lot ale componentelor critice, legate de lotul plăcii de bază. Stabiliți care componente necesită acest lucru, deoarece urmărirea completă a lotului fiecărui component pasiv adaugă costuri.
• Înregistrări de procesprofil de reflow, rezultate ale inspecției și testelor pe lot sau număr de serie.
• Notificare de schimbareNicio modificare a materialelor, componentelor, procesului sau locației de fabricație fără aprobarea clientului. Aceasta este adesea cea mai importantă clauză dintr-un acord de furnizare cu fiabilitate ridicată.

Pagina noastră de trasabilitate a PCB-urilor descrie înregistrările care pot fi păstrate și modul în care acestea sunt legate de fiecare expediere.

Autenticitatea componentelor

Componentele contrafăcute sau manipulate greșit reprezintă un risc de fiabilitate pe care niciun proces de asamblare nu îl poate corecta. Pentru programele de fiabilitate ridicată, componentele trebuie achiziționate de la producători sau distribuitori autorizați, cu orice excepție aprobată de client. Menționați această cerință și orice cod de dată sau înregistrare a lotului de care aveți nevoie în cererea de ofertă, astfel încât aceasta să fie integrată în planul de aprovizionare cu componente pentru programul dumneavoastră.

Calificarea unui producător de PCBA de înaltă fiabilitate

Un certificat arată că există un sistem de calitate. Nu arată cum va fi construită o anumită placă. În timpul calificării furnizorului, solicitați dovezi care se aplică produsului dumneavoastră:

• Certificate pentru standardul sistemului de calitate impus de industria dumneavoastră, cu acoperire pentru asamblarea PCB-urilor.
• Cum se aplică și se verifică acceptarea Clasei 3 pe linie și cum sunt instruiți inspectorii conform criteriilor IPC.
• Un exemplu de raport privind primul articol și o înregistrare a lotului exemplu, pentru a vedea ce dovezi sunt incluse în fiecare lot.
• Cum este gestionat produsul neconform: segregare, eliminare, analiza cauzei principale și acțiuni corective.
• Procesul de notificare a modificărilor și modul în care este înregistrată aprobarea clientului.
• Dacă placa nefinisată este fabricată intern sau cumpărată și cum se verifică calitatea plăcii nefinisate în ambele cazuri.

Vă recomandăm să vă calificați cu un prim articol construit pe baza produsului dumneavoastră real. Primul articol și înregistrarea lotului arată modul în care cerințele au fost aplicate în practică, lucru pe care un chestionar de capabilitate nu îl poate face. Programele specifice industriei sunt descrise pe paginile noastre dedicate asamblării PCB-urilor medicale și asamblării PCB-urilor din domeniul aerospațial și al asamblării PCB-urilor din domeniul asamblării .

Întrebări frecvente despre asamblarea PCB de înaltă fiabilitate

Ansamblul PCB de înaltă fiabilitate este același cu IPC Clasa 3?

Clasa 3 este cea mai comună cerință de manoperă în programele de fiabilitate ridicată, dar fiabilitatea depinde și de materiale, design, controale de proces, strategia de testare și trasabilitate. O placă poate fi inspectată conform Clasei 3 și totuși să se defecteze devreme dacă structura laminatului sau a via este nepotrivită pentru mediul său termic.

Cât mai costă asamblarea în clasa a 3-a?

Creșterea depinde de placă. Aceasta provine din ferestre de proces mai restrânse, mai mult efort de inspecție și refacere, documentație suplimentară și uneori modificări de proiectare sau materiale. Menționați ambele clase dacă vă decideți pe care să o specificați.

Puteți construi conform specificațiilor noastre de manoperă?

Da, cu condiția să fie furnizat odată cu cererea de ofertă. În cazul în care o specificație a clientului diferă de IPC-A-610, documentul clientului trebuie să precizeze care dintre acestea are prioritate.

Susțineți aliajele de lipit care conțin plumb pentru produse de înaltă fiabilitate?

Unele produse aerospațiale, de apărare și medicale sunt exceptate de la RoHS și specifică aliaje de lipit staniu-plumb. Menționați cerința privind aliajul de lipit în cererea de ofertă, astfel încât să putem confirma procesul și finisajele componentelor.

Pot fi plăcile acoperite și testate înainte de expediere?

Da. Acoperirea conformă, testarea funcțională și testarea prin rodare pot fi incluse atunci când sunt specificate. Procedurile de testare și criteriile de trecere trebuie furnizate sau convenite în timpul ofertei.