Високонадійне складання друкованих плат: контроль процесу та відстеження

Компанія Highleap Electronics виробляє високонадійні друковані плати для продуктів, наслідки яких виходять за рамки гарантійного повернення: медичні прилади, автомобільна електроніка, промислові системи керування та живлення, аерокосмічне та оборонне обладнання, а також інфраструктура, яка повинна працювати без нагляду роками. Ми виготовляємо плати без нагляду та збираємо їх відповідно до класу виготовлення, матеріалів та етапів перевірки, визначених вашими вимогами.

Висока надійність – це не етикетка, яку наклеюють наприкінці виробничого процесу. Вона встановлюється трьома рішеннями, прийнятими до складання: критеріями прийнятності, за якими виготовляються та перевіряються плати, матеріалами та процесами, що визначають старіння паяних з'єднань та ламінатів, а також доказами, які виробник повинен надати, що кожна партія відповідає вимогам. На цій сторінці пояснюється, як ці рішення перетворюються на специфікацію друкованої плати, які процеси та випробування мають значення, і що слід перевіряти під час кваліфікації виробника.

Визначення високих вимог до надійності для друкованої плати (PCBA)

«Висока надійність» означає різні речі в різних галузях. Замовлення на придбання, в якому зазначено лише «висока надійність», залишає виробника на розсуд здогадок, і два постачальники запропонують два різні продукти. Корисна вимога говорить про наступне:

Системи якості в галузі додають власні вимоги: ISO 13485 для медичних виробів, IATF 16949 для автомобільних ланцюгів поставок, а також вимоги клієнтів в аерокосмічній та оборонній галузях. Сертифікати систем якості Highleap перелічені на нашій сторінці сертифікацій ; вкажіть стандарт, до якого належить ваш продукт, у запиті цінових пропозицій, щоб документація з виробництва була налаштована з першої партії.

Збірка IPC класу 3: що змінюється на лінії

Більшість програм високої надійності визначають IPC класу 3. Різниця від класу 2 полягає не в іншій машині, а у вужчому вікні приймання та більших зусиллях з перевірки, тому плати класу 3 коштують дорожче.

• Заповнення наскрізних отворів з покриттямКлас 3 вимагає більшого мінімального вертикального заповнення наскрізних отворів припоєм, ніж Клас 2. Товсті плати та з'єднання з великими мідними площинами потребують процесів наскрізного виготовлення отворів та теплового проектування, які його забезпечують.
• Розміщення компонентівДопустимий бічний звис та зміщення торцевого з'єднання менші, тому точність розміщення та конструкція колодки повинні залишати менший запас на похибку.
• Змочування та профіль стику: умови, прийняті як індикатори процесу у класі 2, можуть бути дефектами у класі 3.
• Гола дошкаКлас 3 стандарту IPC-6012 вимагає товстіших мідних стінок отвору та більших кільцевих кілець, що впливає на конструкцію свердла та площадки.

Клас 3 слід вказувати на етапі проектування, а не додавати на етапі замовлення. Макет, розроблений відповідно до правил розміщення контактних майданчиків та кільцевого кільця класу 2, може бути невиробним для класу 3 без змін. Наше порівняння складання друкованих плат класу 2 та класу 3 за стандартом IPC детально охоплює відмінності у прийнятності.

Чи кожна плата у високонадійному продукті потребує класу 3?

Не завжди. Вказівка ​​класу 3 лише там, де цього вимагає функція, наприклад, плата керування, але не плата інтерфейсу дисплея, може контролювати вартість. Рішення має прийматися командою інженерів продукту на основі наслідків відмови та відповідного галузевого стандарту.

Гола плата та вибір матеріалів, що впливають на надійність

Багато довготривалих польових збоїв починаються на голій платі, а не в паяних з'єднаннях. Термоциклічні напруження в наскрізних отворах вздовж осі Z; повторне оплавлення та повторна обробка напружують ламінат; ріст провідних анодних ниток може відбуватися між близько розташованими отворами у вологому середовищі.

• Температура розкладання та температура стиснення ламінатуДля безсвинцевого оплавлення, двостороннього складання та повторної обробки потрібні ламінати, розраховані на багаторазові температурні коливання.
• Розширення по осі Zнижчий КТР по осі Z зменшує навантаження на гальванізовані стволи під час термоциклування, що важливо для товстих плит з великою кількістю шарів.
• Через структуруБагатошарові мікропереходи, заповнені перехідні отвори та перехідні отвори в контактній площадкі потребують кваліфікації процесу; шахові мікроперехідні отвори часто є кращими, коли запас надійності є критичним.
• чистота поверхніENIG, ENEPIG, іммерсійне срібло та OSP відрізняються терміном зберігання, площинністю та характеристиками з'єднання. Вибирайте на основі компонентів та часу зберігання перед складанням.

Для програм високої надійності голих плат слід перевіряти, а не припускати їх. Аналіз мікрошліфів зразків та випробування на надійність гальванічних отворів, такі як стрес-випробування міжз'єднань, свідчать про те, що структура переходного отвору витримує циклічне нагрівання.

Контроль процесу для надійних паяних з'єднань

Надійне з'єднання має правильний об'єм припою, повне змочування та обмежене утворення пустот. Все це є результатом контрольованого етапу процесу, а не остаточної перевірки.

Друк паяльною пастою

Більшість дефектів поверхневого монтажу (SMT) починаються ще на принтері. Товщина трафарету та конструкція отвору контролюють об'єм пасти; перевірка паяльної пасти вимірює об'єм та положення нальоту перед його розміщенням, тому недостатні або перекриті нальоти виявляються до того, як вони стануть з'єднаннями.

Профілювання оплавленням

Профіль налаштовано для фактичної плати, з термопарами на найважчих і найчутливіших компонентах. Великі BGA, товсті мідні пластини та невеликі пасивні компоненти на одній платі потребують профілю, який змочує їх усі, не перегріваючи жодного з них.

Порожнини під термопрокладками

Порожнечі під термопрокладками QFN та силових пристроїв зменшують теплопередачу та міцність з'єднання. Віконні отвори трафарету на великих площадках, обробка та регулювання профілю зменшують утворення пустот, а результат підтверджують рентгенівські вимірювання. Якщо у вашому застосуванні є обмеження щодо утворення пустот, вкажіть це у вимогах.

Вологість, електростатичний розряд та чистота

Прилади, чутливі до вологи, обробляються відповідно до їхнього MSL-номінального класу та випалюються після перевищення терміну служби підлоги, щоб запобігти розтріскуванню корпусу під час оплавлення. Залишки флюсу, прийнятні для споживчих товарів, можуть спричинити витік або корозію у вологих або високовольтних умовах; якщо виріб потребує очищення та перевірки іонної чистоти, вкажіть це.

Огляд, випробування та захист плат

Для високонадійних продуктів перевірка та випробування плануються як шари, кожен з яких не може вловлювати попередній.

Випробування на працездатність визначаються замовником відповідно до профілю ризику продукту; вони збільшують витрати та час і є найбільш корисними там, де виявлення несправностей на ранніх етапах експлуатації є дорогим у польових умовах.

Конформне покриття та механічний захист

Плати, що піддаються впливу вологості, конденсату, пилу або хімічного забруднення, зазвичай потребують конформного покриття . Вкажіть тип покриття, ділянки, які потрібно замаскувати (роз'єми, контрольні точки, регульовані деталі) та необхідну товщину. Важкі компоненти в умовах вібрації також можуть потребувати клейового кріплення або заповнення нижньою частиною, що має бути показано на складальному кресленні.

Відстеження та контроль змін

Коли високонадійний продукт виходить з ладу в польових умовах, розслідування залежить від протоколів складання. Без них єдиною безпечною відповіддю є ставлення до кожного пристрою як до підозрілого.

• Ідентифікація на рівні ради директорів: серійний номер або код партії на кожній платі, пов'язаний із записом про збірку.
• Записи про партії компонентів: коди дат та номери партій критичних компонентів, пов'язані з партією плати. Узгодьте, які компоненти цього потребують, оскільки повне відстеження партії кожного пасивного елемента збільшує витрати.
• Записи процесів: профіль оплавлення, результати контролю та випробувань за номером партії або серійним номером.
• Сповіщення про зміну: жодних змін до матеріалів, компонентів, процесу чи місця виробництва без схвалення замовника. Це часто найважливіший пункт угоди про високонадійне постачання.

На нашій сторінці відстеження ПХБ описано, які записи можна зберігати, та як вони пов’язані з кожною відправкою.

Автентичність компонентів

Підроблені або неправильно використані компоненти становлять ризик для надійності, який не може виправити жоден процес складання. Для програм високої надійності компоненти слід купувати у виробників або авторизованих дистриб'юторів, за винятком випадків, схвалених замовником. Вкажіть цю вимогу, а також будь-який код дати або запис партії, який вам потрібен, у запиті цінових пропозицій (RFQ), щоб це було включено до плану постачання компонентів для вашої програми.

Кваліфікація виробника високонадійних друкованих плат

Сертифікат підтверджує існування системи якості. Він не показує, як буде виготовлена ​​конкретна плата. Під час кваліфікації постачальника запитайте докази, що стосуються вашого продукту:

• Сертифікати на стандарт системи якості, необхідний вашій галузі, зі сферою застосування, що охоплює складання друкованих плат.
• Як застосовується та перевіряється приймання класу 3 на лінії, а також як інспектори проходять навчання за критеріями IPC.
• Зразок звіту про першу статтю та зразок запису про партію, щоб побачити, які докази постачаються з кожною партією.
• Як поводяться з невідповідною продукцією: сегрегація, утилізація, аналіз першопричин та коригувальні дії.
• Процес повідомлення про зміни та спосіб реєстрації схвалення клієнтом.
• Чи виготовляється гола плата власними силами чи купується, і як перевіряється якість голої плати в обох випадках.

Ми рекомендуємо кваліфікуватися, створюючи першу статтю, розроблену на основі вашого фактичного продукту. Перша стаття та запис про партію показують, як вимоги застосовувалися на практиці, чого не може зробити анкета з можливостями. Галузеві програми описані на наших сторінках , присвячених складання медичних друкованих плат та складання друкованих плат аерокосмічної та оборонної промисловості.

Найчастіші запитання щодо складання високонадійних друкованих плат

Чи є високонадійна збірка друкованої плати такою ж, як і IPC класу 3?

Клас 3 є найпоширенішою вимогою до якості виготовлення у програмах високої надійності, але надійність також залежить від матеріалів, конструкції, контролю процесу, стратегії тестування та простежуваності. Плата може бути перевірена на відповідність класу 3 і все одно вийти з ладу раніше терміну, якщо ламінат або структура переходу не підходять для свого теплового середовища.

Наскільки дорожче коштує складання 3-го класу?

Збільшення залежить від ради директорів. Це пов'язано з меншими часовими рамками процесу, більшою кількістю зусиль щодо перевірки та переробки, додатковою документацією, а іноді й змінами дизайну чи матеріалів. Вкажіть обидва класи, якщо ви вирішуєте, який саме вказати.

Чи можете ви виготовити за нашими власними специфікаціями щодо виготовлення?

Так, за умови, що це надається разом із запитом цінової пропозиції (RFQ). Якщо специфікація замовника відрізняється від IPC-A-610, у документі замовника має бути зазначено, яка з них має пріоритет.

Чи підтримуєте ви використання свинцево-вмісних припоїв для високонадійних виробів?

Деякі аерокосмічні, оборонні та медичні вироби звільнені від RoHS та вимагають використання олов'яно-свинцевого припою. Вкажіть вимоги до сплаву припою в запиті цінових пропозицій, щоб ми могли підтвердити процес та обробку компонентів.

Чи можна покрити та протестувати дошки перед відправкою?

Так. Конформне покриття, функціональні випробування та випалювання можуть бути включені, якщо це зазначено. Процедури випробувань та критерії проходження мають бути надані або узгоджені під час складання цінової пропозиції.