Пилотный запуск сборки печатной платы для проверки в производственной среде

Пилотная сборка печатной платы — это последний шанс выявить производственные риски перед заключением серийного заказа. Создание прототипов доказывает, что концепция дизайна может работать один раз. Пилотный проект подтверждает, что одну и ту же плату можно производить многократно, в реалистичном темпе, используя материалы, оснастку и методы тестирования, предназначенные для серийного производства. В этой статье рассматривается подход Highleap Electronics к пилотным проектам: что именно необходимо проверить в ходе пилотного проекта, как определяется объем производства, какие доказательства должны быть предоставлены и какие критерии должны быть подписаны до запуска платы в серийное производство.

1. Что должна проверять пилотная сборка печатной платы?

Цель пилотного проекта не в том, чтобы продемонстрировать возможность сборки платы — этот вопрос уже был решен на этапе прототипирования. Пилотный проект должен подтвердить четыре отдельные категории рисков, и для каждой категории необходимы свои собственные доказательства.

Риски, связанные с проектированием продукта. Пилотный проект подтверждает, что выпущенная конструкция ведет себя должным образом в реальных условиях сборки, а не на образцах, изготовленных вручную. Контактные площадки, которые работали с помощью пинцета, могут выйти из строя при машинной установке. Тепловые характеристики, которые выглядели хорошо на лабораторном образце, могут измениться при сборке платы с правильным количеством меди и структурой слоев.

Риск, связанный с изготовлением печатных плат. Платы, используемые в пилотном проекте, должны быть от того же производителя, иметь ту же структуру и спецификацию материалов, что и планируемые для серийного производства. Если прототипные платы были быстро изготовлены на стандартном FR-4, а в плане серийного производства предусмотрено контролируемое сопротивление на конкретном ламинате, то с точки зрения производства это два разных продукта.

Риск, связанный с процессом сборки. Конструкция трафарета, паяльная паста, профиль оплавления, программа размещения компонентов, последовательность THT и правила доработки — все это необходимо отработать на опытном производстве. Дефекты, возникающие один раз на 3 опытных платах, могут возникать десять раз на 30 опытных платах — частота, которая незаметна на опытном производстве, но является препятствием для выпуска в серийное производство.

Риски, связанные с готовностью к тестированию и производству. Пороговые значения AOI, охват рентгеновского излучения, сценарии ICT или летающего зонда , пределы функционального тестирования и процедуры программирования — все это должно проверяться на опытных образцах в условиях производства. Программа тестирования, которая обнаруживает каждый дефект на 5 вручную отобранных образцах, может генерировать чрезмерное количество ложных срабатываний или пропускать реальные дефекты при массовом производстве.

Пилотный запуск, в ходе которого были получены только работоспособные образцы, без предоставления доказательств по этим четырем категориям, не выполнил свою задачу.

2. Сколько единиц продукции следует произвести за один пилотный запуск?

Не существует единого объема пилотного производства, подходящего для каждого проекта. Любой, кто указывает такой объем, предлагает пакет услуг, а не план валидации. Правильный объем пилотного производства определяется самим проектом.

При подсчете количества образцов на пилотном этапе следует также учитывать ожидаемый брак. Если на пилотном этапе существует известный риск, связанный с изготовлением или сборкой платы, целевой показатель количества рабочих образцов должен быть достигнут после учета допустимых потерь. Приведенные здесь значения являются ориентировочными и не представляют собой обязательный минимум Highleap; окончательное количество подтверждается в ходе планирования пилотного этапа с учетом объема испытаний и потребностей в разрушающих образцах.

3. Контроль материалов и компонентов для пилотной сборки.

Пилотный проект олицетворяет собой объёмный продукт только в том случае, если используемые в нём материалы соответствуют объёму производства. Это самая распространённая причина, по которой за «успешным» пилотным проектом следует нестабильный запуск серийного производства.

• Материал и отделка печатной платы зафиксированы. На печатных платах следует использовать предполагаемую структуру слоев, марку ламината, плотность меди и качество обработки поверхности. Замена ENIG на HASL «только для пилотного проекта» делает недействительными большинство доказательств сборки.
• Только утвержденные источники компонентов. Каждая позиция в списке должна соответствовать списку доступных объемов продукции (AVL), который будет использоваться для расчета объема. Замены, которые были бы неприемлемы при серийном производстве, также неприемлемы в пилотном проекте, предназначенном для проверки серийного производства.
• Временные замены отмечены и количественно оценены. Если поставка критически важной детали занимает много времени, и для соблюдения графика пилотного проекта необходимо использовать замену, то замена документируется, и указывается на связанные с ней риски — это не решение, которое сборщик принимает молча.
• Детали с коротким и длительным сроком поставки определяются заранее. Любой компонент, срок поставки которого приближается к пилотному периоду или превышает его, либо предварительно заказывается, либо признается риском срыва графика до начала пилотного проекта в соответствии со стандартом. компонентный источник рассмотрение.
• Уровень содержания метаболитов и упаковка под контролем государства. Устройства, чувствительные к влаге, подвергаются термической обработке, упаковываются в пакеты и хранятся в соответствии с теми же стандартами, что и серийное производство. В пилотных партиях, где не используется обработка с помощью MSL, могут возникать дефекты, похожие на попкорн, которые не были бы заметны при серийном производстве.
• Отмечено воздействие нескольких партий товара. Если опытные образцы поступают из нескольких партий или с разными датами выпуска, это следует зафиксировать, поскольку в серийном производстве ассортимент партий может быть уже или шире, и поведение деталей может отличаться.

Основной принцип заключается в том, что пилотный образец, созданный из материалов прототипного качества, является прототипом с большим количеством экземпляров, а не предсерийной проверкой.

4. Валидация процесса сборки во время пилотного запуска.

Пилотный проект — это этап, на котором отрабатывается запланированный маршрут сборки от начала до конца, и на каждом этапе процесса генерируются доказательства, которые оправдают переход к серийному производству. Как правило, набор документов включает в себя:

• Разработка трафарета и наклеивание: Стратегия формирования апертуры для термоплощадок QFN, микросхем с малым шагом выводов и малогабаритных пассивных компонентов; параметры состава пасты, хранения и печати.
• Размещение: Схема подачи, выбор сопла, обучение системы машинного зрения и любые детали, требующие управления с помощью машинного зрения.
• Профиль оплавления: Измерения проводились на образце, оснащенном измерительным прибором, а не просто по умолчанию, заданному производителем пасты — регистрировались время выдержки, пиковое значение и время пребывания в жидком состоянии.
• Двусторонняя пайка оплавлением: Если применимо, предоставить доказательства того, что второй проход не затрагивает суставы, обработанные первым проходом.
• Сквозная сборка: Выбор параметров пайки или волновой пайки, инструкции по ручной пайке и последовательность действий относительно поверхностного монтажа.
• Выборочная и ручная пайка: Для разъемов и термочувствительных компонентов, несовместимых с пайкой оплавлением, с указанием артикулов приспособлений.
• Очистка: если остатки флюса не соответствуют функциональным требованиям или требованиям надежности, параметрам очистки и качеству промывочной воды.
• Защитное покрытие или заливка компаундом: маскирование, толщина и условия отверждения там, где это необходимо для продукта.
• Маркировка и сериализация: формат этикетки, место размещения, читаемость штрихкода и ввод данных в базу данных для отслеживания.
• Упаковка: Контейнеры, соответствующие требованиям защиты от электростатического разряда, защита от влаги там, где это необходимо, и ориентация для безопасной транспортировки.

К каждому из этих элементов должна быть прикреплена либо рабочая инструкция, либо запись измерений, либо фотография, относящиеся к пилотному проекту. Именно этот набор записей позволяет повторять тот же процесс в больших объемах, не завися от отдельных операторов, которые выполняли пилотный проект.

5. Проверка, программирование и функциональное тестирование.

Пилотный этап — это точка, где оценивается эффективность всего процесса проверки и тестирования — не только с точки зрения того, что он выявляет на панелях, но и с точки зрения качества самого покрытия.

AOI следует проводить на каждой пилотной плате, при этом программа должна быть настроена во время пилотного проекта, а не оставлена ​​с настройками по умолчанию. Отслеживается частота ложных срабатываний, чтобы объем производства не застревал при проверке оператором. Рентгеновское покрытие определяется типом компонента — каждое соединение BGA, QFN и LGA на пилотной плате должно быть проверено, чтобы определить поведение при образовании пустот и перемычек до начала серийного производства. Первичная проверка образца в начале пилотного проекта служит эталонной точкой для сравнения всех последующих плат. Программирование проверяется с помощью конкретного изображения, параметров устройства и проверок после прошивки, которые будут выполняться в серийном производстве. Выбор между ICT (имплантационный контроль) и летающим зондом зависит от количества и наличия приспособлений; летающий зонд обычно используется во время пилотного проекта, когда приспособление для ICT еще находится в процессе изготовления. Функциональное тестирование проверяет реальные условия эксплуатации продукта на соответствие измеримым пределам прохождения и непрохождения — см. подход к функциональному тестированию . Механическая совместимость с предполагаемым корпусом проверяется как минимум на части пилотных образцов. Если заказчик проводит отдельное приемочное тестирование, это тестирование планируется в рамках пилотного проекта, а не после начала серийного производства.

К концу пилотного проекта должны стать ясны три основных момента:

• Какие существуют методы диагностики производственных дефектов (АОИ, рентгеновский контроль, ИКТ) — они влияют на объем производства?
• Какие тесты подтверждают работоспособность продукта (FCT, проверка программирования) — это также влияет на объем производства?
• Какие испытания проводились только для пилотной проверки (разрушающий анализ, образцы на надежность, испытания на соответствие стандартам) — их не нужно повторять на каждом экземпляре, но их необходимо завершить до выпуска в продажу?

6. Критерии выхода перед началом серийного производства.

Критерии выхода — это условия, которые должны быть выполнены до завершения пилотного проекта и разрешения на серийную сборку. Они должны быть согласованы до начала пилотного проекта, а не обсуждаться после его завершения на основании полученных результатов.

Критерии завершения, определяемые только после получения результатов пилотного проекта, провоцируют разногласия по поводу их масштаба. Закрепление этих критериев на начальном этапе превращает результаты пилотного проекта в четкое решение «да/нет».

7. Предоставьте пакет документов по сборке печатной платы для пилотного запуска.

Компания Highleap Electronics проводит пилотные сборки в рамках того же производственного процесса, который будет использоваться для серийного производства: та же линия поверхностного монтажа , тот же канал закупок, та же испытательная камера. Именно эта преемственность делает результаты пилотных сборок полезными — это не лабораторная сборка, которую нужно повторно квалифицировать для реального завода. Изменения версий, отзывы инженеров и корректировки процесса обрабатываются через стандартный журнал изменений, поэтому ничего не меняется незаметно между пилотными и серийными сборками.

Для начала пилотного исследования предоставьте следующую информацию:

• Целевое количество образцов для пилотного тестирования и обоснование (валидационные образцы, разрушающие испытания, рыночные испытания)
• Ожидаемый годовой объем продаж
• Текущая версия печатной платы и спецификации материалов.
• Gerber, сверло и сборка — или эквивалент пакет файлов сборки
• Спецификация материалов (BOM) с номерами MPN, утвержденными альтернативными вариантами и маркировкой DNP.
• Сборочный чертеж и любые примечания к технологическому процессу.
• План тестирования, охватывающий ИКТ/летающий зонд, FCT и область программирования.
• Известные нерешенные проблемы перешли из прототипа.
• Целевая дата завершения пилотного проекта и запланированная дата начала серийного производства.
• Независимо от того, осуществляется ли закупка компонентов «под ключ», по контракту или в гибридном формате, это может быть закупка комплектующих.