Высоконадежная сборка печатных плат: контроль процесса и отслеживаемость.

Компания Highleap Electronics производит высоконадежные печатные платы для изделий, где отказ в процессе эксплуатации влечет за собой последствия, выходящие за рамки гарантийного возврата: медицинские приборы, автомобильная электроника, системы промышленного управления и электропитания, аэрокосмическое и оборонное оборудование, а также инфраструктура, которая должна работать без присмотра в течение многих лет. Мы изготавливаем платы без корпуса и собираем их в соответствии с классом качества, материалами и этапами проверки, определенными в ваших требованиях.

Высокая надежность — это не просто маркировка, наносимая в конце производственной линии. Она определяется тремя решениями, принятыми до начала сборки: критериями приемки, которым соответствуют платы, материалы и процессы, определяющие старение паяных соединений и ламинатов, а также доказательствами, которые производитель должен предоставить, подтверждающими соответствие каждой партии требованиям. На этой странице объясняется, как эти решения отражаются в спецификации печатной платы, какие процессы и испытания имеют значение и что необходимо проверить при квалификации производителя.

Определение высоких требований к надежности печатной платы

Понятие «высокая надежность» в разных отраслях означает разные вещи. Заказ на покупку, в котором указано только «высокая надежность», оставляет производителю гадать, и два поставщика предложат два разных продукта. Полезное требование звучит следующим образом:

Системы управления качеством в промышленности предъявляют свои собственные требования: ISO 13485 для медицинских изделий, IATF 16949 для автомобильных цепочек поставок, а также требования заказчиков аэрокосмической и оборонной отраслей. Сертификаты системы качества Highleap перечислены на нашей странице сертификатов ; укажите стандарт, которому соответствует ваш продукт, в запросе предложений, чтобы документация по сборке была подготовлена ​​с первой партии.

Сборка IPC класса 3: какие изменения происходят на производственной линии?

В большинстве программ обеспечения высокой надежности указывается класс IPC 3. Отличие от класса 2 заключается не в другом оборудовании, а в более узком диапазоне приемки и больших усилиях по контролю качества, поэтому платы класса 3 стоят дороже.

• Заполнение сквозных отверстий с помощью покрытияДля класса 3 требуется более высокий минимальный уровень вертикального заполнения припоем сквозных отверстий, чем для класса 2. Толстые платы и соединения с большими медными плоскостями требуют использования технологического процесса сквозного монтажа и теплового проектирования, обеспечивающего необходимый уровень заполнения.
• Размещение компонентовДопустимые боковые выступы и смещение торцевого соединения меньше, поэтому точность установки и конструкция площадки должны оставлять меньший запас для погрешности.
• Профиль увлажнения и стыковУсловия, принимаемые в качестве индикаторов процесса класса 2, могут быть дефектами класса 3.
• Голая доскаСтандарт IPC-6012 Class 3 требует использования более толстой медной проволоки в стенках отверстий и более крупных кольцевых элементов, что влияет на конструкцию сверла и контактной площадки.

Класс 3 следует указывать на этапе проектирования, а не добавлять на этапе заказа. Разводка, разработанная в соответствии с правилами контактных площадок и кольцевых элементов класса 2, может быть невозможна для изготовления в соответствии с классом 3 без изменений. В нашем сравнении сборок печатных плат IPC класса 2 и класса 3 подробно рассматриваются различия в приемочных характеристиках.

Требуется ли класс 3 для каждой платы в высоконадежном изделии?

Не всегда. Указание класса 3 только там, где этого требует функция, например, на плате управления, но не на плате интерфейса дисплея, может помочь контролировать затраты. Решение должно приниматься инженерной группой производителя на основе последствий отказа и применимого отраслевого стандарта.

Выбор печатной платы и материалов, влияющих на надежность.

Многие долговременные отказы в эксплуатации начинаются на самой плате, а не в паяных соединениях. Термические циклы создают напряжения в металлизированных сквозных отверстиях вдоль оси Z; многократная оплавление и доработка создают напряжение в ламинате; в условиях повышенной влажности между близко расположенными отверстиями может происходить рост проводящих анодных нитей.

• Температура стеклования ламината и температура разложенияДля бессвинцовой пайки оплавлением, двухсторонней сборки и доработки требуются ламинаты, рассчитанные на многократные температурные колебания.
• Расширение по оси ZБолее низкий коэффициент теплового расширения по оси Z снижает нагрузку на металлизированные контакты во время термических циклов, что важно для толстых плат с большим количеством слоев.
• Через структуру: многослойные микропереходы, заполненные переходы и переходы в контактной площадке требуют квалификации технологического процесса; в случаях, когда запас надежности имеет решающее значение, предпочтительнее использовать микропереходы со смещением.
• Чистота поверхностиENIG, ENEPIG, иммерсионное серебро и OSP различаются по сроку годности, ровности поверхности и свойствам соединения. Выбирайте, исходя из компонентов и времени хранения перед сборкой.

Для программ с высокой надежностью следует проводить проверку работоспособности печатных плат без покрытия, а не полагаться на предположения. Микроанализ образцов и испытания на надежность с металлизированными отверстиями, такие как стресс-тестирование межсоединений, подтверждают, что структура переходных отверстий выдерживает термические циклы.

Управление технологическими процессами для обеспечения надежных паяных соединений

Надежное соединение характеризуется правильным объемом припоя, полным смачиванием и минимальным количеством пустот. Каждый из этих факторов достигается на контролируемом этапе процесса, а не в ходе окончательной проверки.

Печать паяльной пастой

Большинство дефектов поверхностного монтажа начинаются на этапе печати. ​​Толщина трафарета и конструкция отверстий контролируют объем паяльной пасты; проверка паяльной пасты измеряет объем и положение нанесенного слоя перед укладкой, поэтому недостаточный или перекрывающийся слой обнаруживается до того, как он превратится в соединение.

Профилирование оплавления

Профиль задается для конкретной платы, с термопарами на самых тяжелых и чувствительных компонентах. Для больших BGA-чипов, толстых медных слоев и небольших пассивных компонентов на одной плате необходим профиль, который обеспечит равномерное распределение тепла по всем этим элементам без перегрева ни одного из них.

Просачивание под термопрокладками

Пустоты под термопрокладками QFN и силовых устройств снижают теплопередачу и прочность соединения. Оконные отверстия в трафарете на больших площадках, обработка сквозных отверстий и регулировка профиля уменьшают образование пустот, а рентгеновский контроль подтверждает результат. Если в вашем применении установлен предел образования пустот, укажите его в требованиях.

Влажность, защита от электростатического разряда и чистота

Устройства, чувствительные к влаге, обрабатываются в соответствии с их рейтингом MSL и подвергаются термообработке после превышения срока службы корпуса, чтобы предотвратить растрескивание упаковки во время оплавления. Остатки флюса, допустимые для потребительских товаров, могут вызывать протечки или коррозию во влажных условиях или при высоком напряжении; если изделие требует очистки и проверки ионной чистоты, это следует указать в описании.

Проверка, тестирование и защита платы

Для высоконадежных изделий контроль и тестирование планируются как многоуровневые процессы, каждый из которых выявляет то, что не удается обнаружить на предыдущем этапе.

Проведение испытаний на долговечность определяется заказчиком в соответствии с профилем риска продукта; это увеличивает затраты и время, и наиболее полезно в тех случаях, когда обнаружение отказов на ранних этапах эксплуатации обходится дорого в полевых условиях.

Защитное покрытие и механическая защита

Платы, подверженные воздействию влажности, конденсата, пыли или химического загрязнения, обычно нуждаются в защитном покрытии . Укажите тип покрытия, области, которые необходимо замаскировать (разъемы, контрольные точки, регулируемые детали), и требуемую толщину. Тяжелые компоненты, работающие в условиях вибрации, могут также потребовать клеевого крепления или заполнения подложки, что должно быть показано на сборочном чертеже.

Отслеживаемость и управление изменениями

Когда высоконадежный продукт выходит из строя в процессе эксплуатации, расследование основывается на производственных записях. Без них единственным безопасным решением является рассматривать каждый экземпляр как подозрительный.

• Идентификация на уровне совета директоров: серийный номер или код партии на каждой плате, связанный с записью о сборке.
• Записи о партиях компонентовКоды даты изготовления и номера партий критически важных компонентов, привязанные к партии печатной платы. Необходимо согласовать, какие компоненты требуют этого, поскольку полное отслеживание партии каждого пассивного компонента увеличивает стоимость.
• Технологические записиПрофиль оплавления, результаты проверки и испытаний по партии или серийному номеру.
• Изменить уведомление: Запрещается вносить изменения в материалы, компоненты, технологический процесс или место производства без одобрения заказчика. Зачастую это наиболее важный пункт в договоре поставки, гарантирующем высокую надежность.

На нашей странице , посвященной отслеживанию печатных плат, описано, какие записи можно вести и как они связаны с каждой отгрузкой.

Подлинность компонентов

Поддельные или неправильно обработанные компоненты представляют собой риск для надежности, который невозможно устранить никаким процессом сборки. Для программ с высокой надежностью компоненты следует закупать у производителей или авторизованных дистрибьюторов, за исключением случаев, одобренных заказчиком. Укажите это требование, а также любые необходимые коды даты или данные о партии, в запросе предложений, чтобы оно было включено в план закупки компонентов для вашей программы.

Квалификация производителя высоконадежных печатных плат

Сертификат подтверждает наличие системы качества. Он не показывает, как будет изготовлена ​​конкретная плата. В процессе квалификации поставщика запросите доказательства, относящиеся к вашей продукции:

• Сертификаты соответствия стандартам системы качества, требуемым вашей отраслью, с областью применения, охватывающей сборку печатных плат.
• Как осуществляется приемка класса 3 на производственной линии и как проводится обучение инспекторов в соответствии с критериями IPC.
• Пример отчета о первом изделии и пример записи о партии товара, чтобы показать, какие документы поставляются с каждой партией.
• Порядок обработки некачественной продукции: сортировка, утилизация, анализ первопричин и корректирующие действия.
• Процесс уведомления об изменениях и порядок регистрации согласия клиента.
• Выясняется, изготавливается ли печатная плата собственными силами или закупается, и как в обоих случаях проверяется качество печатной платы.

Мы рекомендуем проводить квалификацию с помощью первого образца, изготовленного на основе вашего реального продукта. Первый образец и протокол партии показывают, как требования применялись на практике, чего нельзя сделать с помощью анкеты оценки возможностей. Отраслевые программы описаны на страницах, посвященных сборке печатных плат для медицинской промышленности и аэрокосмической и оборонной промышленности.

Часто задаваемые вопросы по сборке высоконадежных печатных плат

Является ли высоконадежная сборка печатных плат тем же самым, что и сборка печатных плат класса 3 по стандарту IPC?

Класс 3 — наиболее распространенное требование к качеству изготовления в программах с высокой надежностью, но надежность также зависит от материалов, конструкции, контроля технологических процессов, стратегии тестирования и прослеживаемости. Плата может быть проверена на соответствие классу 3 и все равно выйти из строя на ранней стадии, если структура ламината или переходных отверстий не подходит для окружающей ее тепловой среды.

Насколько дороже обойдется сборка оборудования 3-го класса?

Увеличение стоимости зависит от типа платы. Оно обусловлено более жесткими технологическими процессами, увеличением объема проверок и доработок, дополнительной документацией, а иногда и изменениями в конструкции или материалах. При выборе типа платы указывайте стоимость обоих вариантов.

Вы можете изготовить изделие в соответствии с нашими техническими требованиями к качеству работы?

Да, при условии, что это указано в запросе предложений. Если спецификация заказчика отличается от IPC-A-610, в документе заказчика должно быть указано, какой стандарт имеет приоритет.

Вы поддерживаете использование припоя, содержащего свинец, для изготовления высоконадежных изделий?

Некоторые изделия аэрокосмической, оборонной и медицинской отраслей освобождены от требований RoHS и предусматривают использование олово-свинцового припоя. Укажите требуемый сплав припоя в запросе предложений, чтобы мы могли подтвердить технологический процесс и качество отделки компонентов.

Можно ли нанести покрытие на платы и провести их тестирование перед отправкой?

Да. Защитное покрытие, функциональное тестирование и приработка могут быть включены в стоимость при наличии соответствующей спецификации. Процедуры тестирования и критерии прохождения испытаний должны быть предоставлены или согласованы при составлении коммерческого предложения.