La mise au tombeau (Chip Standing) : Causes et prévention à Pick et Place

Trois mots : arrêtez de deviner.

La mise au tombeau est l'un de ces défauts qui provoquent des conflits au sein des équipes. Les opérateurs accusent le pick-and-place. Les ingénieurs des procédés accusent la refusion. La qualité blâme les “matériaux”. Pendant ce temps, votre véritable ennemi est l'asymétrie - forces de mouillage inégales, chauffage inégal, volume de pâte inégal, conception inégale des pastilles - empilée jusqu'à ce qu'un 0201 décide qu'il préfère se tenir debout plutôt que de faire son travail.

Et oui, je vais être franc : si votre premier geste est de “recalibrer le monteur”, vous perdez souvent des heures.

Parce que la mise en place d'une pierre tombale (chip standing) dans le choix et le lieu est rarement née lors du placement. Il est généralement activée là et exécuté dans le four.

Que se passe-t-il en réalité ?

Une résistance/condensateur à puce a deux terminaisons. Lors de la refusion, la soudure à l'une des extrémités se mouille en premier ou tire plus fort. Cette extrémité s'ancre. L'autre extrémité est à la traîne. La tension superficielle devient une petite grue. Le composant tourne à la verticale. Vous obtenez un circuit ouvert, un mal de tête latent en matière de fiabilité, ou les deux.

Si vous expédiez un volume suffisant, ce problème passe du statut de “défaut gênant” à celui d“”événement limitant la carrière". Le dossier du régulateur américain est plein de rappels que les défauts des joints de soudure peuvent devenir des problèmes de sécurité - comme les documents de rappel de la NHTSA décrivant des joints de soudure fissurés sur un circuit imprimé entraînant des problèmes de visibilité arrière. Il ne s'agit pas d'une mise au tombeau, mais de la même leçon morale : les processus échappent à l'échelle et deviennent des problèmes publics. (static.nhtsa.gov)

La dure vérité sur l'idée que “c'est le choix du lieu qui a causé la maladie”

Le pick-and-place peut y contribuer. Mais ce n'est généralement pas la cause première.

Voici la hiérarchie à laquelle je me fie lorsque je regarde des graphiques de rendement et que je discute avec des personnes qui veulent un seul méchant :

1. Impression au pochoir + tampographie créer le déséquilibre
2. Gradients thermiques + profil de refusion amplifier le déséquilibre
3. Placement soit réduit le risque (bon contact, centré, Z correct), soit l'augmente (biais, rebond, mauvaise assise).

C'est pourquoi les équipes les plus rapides ne “chassent pas les pierres tombales”. Elles instrumentent la ligne. Elles analysent les données SPI. Elles établissent une corrélation entre les appels AOI et les décalages de l'imprimante. Elles traitent le profil de refusion comme une expérience contrôlée, et non comme une recette populaire.

Si ce n'est pas déjà le cas, commencez par la colonne vertébrale de votre processus, c'est-à-dire votre système interne de gestion de l'information. contrôles de la qualité des processus et la discipline ennuyeuse mais efficace qui en découle.

Les causes de la mise au tombeau dans les SMT : la vraie liste (pas la liste polie)

1) Déséquilibre du volume de la pâte (l'imprimante l'a fait, sans bruit)

Un tampon donne plus de pâte. Ou les dépôts de pâte s'étalent. Ou la conception de l'ouverture du pochoir alimente un côté différemment.

Délinquants typiques :

• Inadéquation de l'ouverture pad gauche contre pad droit
• Colmatage sur des ouvertures fines (pâte de type 3 prétendant pouvoir faire du 01005 toute la journée)
• Dérive de la pression et de la vitesse de la raclette la création d'un biais de volume directionnel
• Questions relatives au soutien du conseil d'administration provoquant un manque d'homogénéité dans l'étanchéité

A quoi ressemblent les données :

• SPI montre qu'un pad a un volume constant de +15-30% par rapport à son homologue (mêmes désignateurs de référence, même tendance d'emplacement).
• Les pierres tombales sont regroupées dans le sens de l'imprimante (bord gauche, bord arrière, même quadrant).

Si vous voulez que le “chip standing defect pick and place” tombe rapidement, c'est dans la discipline de l'imprimante que se trouve l'argent.

2) Conception des pastilles et déséquilibre du cuivre (la disposition de votre circuit imprimé constitue un piège).

Les tampons ne sont pas vraiment symétriques. Le cuivre tire la chaleur. Le relief thermique diffère. Les vias sont situés près d'une pastille. Les définitions des masques de soudure diffèrent.

La situation s'envenime :

• 0402 → 0201 → 01005 mise à l'échelle
• cartes avec plans de cuivre lourds d'un côté d'une puce
• les quartiers à masse thermique mixte (de minuscules passives placées à côté de gros inducteurs ou connecteurs)

Si vous utilisez des SAC305 sans plomb (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5), le temps de mouillage est moins tolérant que l'ancien SnPb. Ce n'est pas de la nostalgie. C'est une question de physique et de fenêtre de processus.

3) Le timing du profil de refusion (votre four a “corrigé” un défaut en en créant un autre).

Taux de rampe, temps d'imprégnation, TAL, pic - tout le monde a des opinions. La plupart n'ont pas été testées.

Le tombage augmente lorsqu'un tampon atteint les conditions de mouillage plus tôt que l'autre. Des rampes agressives et un comportement de trempage inégal peuvent aggraver ce phénomène, en particulier avec les pièces miniaturisées. Des travaux universitaires montrent comment les paramètres de refusion interagissent avec la miniaturisation et l'intégrité des joints. Ils valent la peine d'être lus si vous voulez moins d'arguments et plus de boutons que vous pouvez réellement contrôler. Par exemple, cette étude de 2023 sur les facteurs du profil de refusion et la miniaturisation se concentre sur l'intégrité des joints de soudure sous différents profils. (Article de Springer) (Springer)

Mon point de vue, qui n'est pas très populaire, est le suivant : de nombreuses lignes ont des profils “rapides” parce que le débit est tangible, alors que le risque de défaut est abstrait. C'est alors que la file d'attente des retouches devient le véritable goulot d'étranglement.

4) Mécanique de placement (le monteur n'est pas à l'origine de la physique, mais il peut la déclencher)

Les questions de placement qui augmenter la probabilité de mise au tombeau:

• Placement décentré (une terminaison à peine la pâte de contact)
• Hauteur de placement trop élevée (le composant “flotte”, la pâte ne colle pas uniformément)
• Force de placement excessive (la pâte s'écrase de manière asymétrique)
• Usure/contamination de la buse provoquant un micro-basculement
• Placement à grande vitesse sur de minuscules éléments passifs avec un soutien marginal du conseil d'administration

C'est là que le “pick and place” a sa place dans l'histoire : non pas en tant que principal suspect, mais en tant que multiplicateur de risques.

Si votre ligne est un mélange de NPI et de volume, réglez les réglages différemment. Ne prétendez pas qu'une ligne prototype et une ligne de production de masse partagent la même fenêtre de stabilité. Si vous recherchez ce type de flexibilité, votre référence devrait être quelque chose comme installations de lignes SMT pour prototypes et petites séries contre lignes de production de masse à grande vitesse, car les hypothèses de fonctionnement sont différentes.

5) Variabilité des matériaux (l'excuse qui est parfois réelle)

J'ai vu un “même numéro de pièce” se comporter différemment d'un lot à l'autre parce que le placage de terminaison, la soudabilité et l'historique de stockage n'étaient pas aussi cohérents que les acheteurs voulaient le croire.

Mais ne commencez pas par là. C'est le piège classique : blâmer le vendeur est émotionnellement satisfaisant et techniquement paresseux.

Tombage vs skewing vs bridging (arrêtez de les mélanger)

Tombée : une extrémité se soulève complètement. Skewing : la puce tourne mais reste en bas. Pontage : la soudure relie des plots qui ne devraient pas l'être.

Ils ont les mêmes parents (impression + refusion), mais ils ne partagent pas le même mécanisme dominant. La solution que vous utilisez pour le pontage (réduire la pâte, resserrer l'ouverture) peut augmenter le tombstoning si elle crée un tampon “à faible teneur en pâte” d'un côté. C'est la raison pour laquelle l'optimisation d'un seul paramètre est à l'origine de l'instabilité des lignes.

Une séquence de dépannage prête à l'emploi (rapide, mais pas élégante)

Phrase courte. Commencer à SPI.

Maintenant, faites-le comme si vous étiez payé pour des résultats, et non pour des théories : tirez les 200 à 500 derniers placements de volume/hauteur/surface SPI pour les désignateurs de référence de tombstoning, découpez-les par emplacement de carte, mettez-les en corrélation avec le côté/décalage de l'imprimante, puis vérifiez si les groupes de défauts s'alignent sur une seule famille d'ouverture de pochoir ou un seul voisinage thermique - parce qu'une fois que vous aurez vu le modèle, vous cesserez de blâmer la mauvaise machine.

Question rhétorique : pourquoi argumenter quand on peut tracer ?

Par ailleurs, si vous n'avez pas la confiance de vos collaborateurs pour effectuer cette analyse, suivez une formation liée à la résolution des problèmes, et non à des démonstrations de vente - c'est exactement là que se situe le problème. la formation et l'assistance après-vente rembourse.

Les chiffres qui comptent (et ce qu'ils révèlent)

Vous trouverez ci-dessous une “carte des causes profondes” pratique. Elle n'est pas théorique. C'est la façon de trier le signal du bruit sur une ligne SMT en fonctionnement.

Une autre “vérité dure” : les défaillances de fiabilité des joints de soudure n'attendent pas poliment. Un article de synthèse publié en 2024 dans Matériaux souligne la prédominance des mécanismes de défaillance liés aux joints de soudure dans les emballages et les assemblages électroniques, et met en évidence les raisons pour lesquelles les échappées de processus sont plus importantes que l'aspect cosmétique. (Article MDPI) (MDPI)

Des méthodes de prévention qui résistent à l'échelle

Rendre la symétrie à nouveau ennuyeuse

• Faire correspondre les ouvertures gauche/droite pour les passives, sauf si vous prouver vous avez besoin d'un déséquilibre intentionnel
• Utiliser des limites SPI qui comparent le volume d'un pavé à l'autre, et pas seulement le volume absolu.
• Suivre le type de pâte en fonction de la classe de conception (Type 4/5 pour les pâtes ultrafines ; ne pas “faire fonctionner” avec des moyens héroïques).

Accorder la refonte comme une expérience et non comme une tradition

• Placer des thermocouples sur les deux plots d'une même puce dans une zone à problème.
• Optimiser la synchronisation du mouillage, et pas seulement la température maximale
• Valider les changements à l'aide du taux de défectuosité et des données relatives à la résistance à l'arrachement/au cisaillement, si possible.

Traiter le pick-and-place comme un système de précision, rappel : il dérive

Si vous utilisez une Yamaha, une Panasonic, une JUKI, une Hanwha, une Fuji - peu importe - les schémas de dérive sont différents, mais la dérive existe. Les buses s'usent. Les chargeurs vieillissent. L'étalonnage Z n'est pas immortel.

Et c'est là que les affirmations de votre vendeur “nous vous aiderons” sont mises à l'épreuve. Si vous vous intéressez à la manière dont l'assistance fonctionne réellement, lisez l'article intitulé promesse de service avec le même scepticisme que celui que vous appliquez aux brochures sur l'exactitude des placements.

Documenter la solution pour qu'elle tienne la route

La différence entre une bonne ligne et une ligne chaotique réside dans le fait que la solution devient une norme. Si vous voulez réduire le nombre de défauts récurrents, montrez les données à l'équipe et conservez les preuves dans votre base de connaissances interne.

Si vous avez besoin de flux de travail de référence, de votre propre solutions clés en main pour les lignes SMT La documentation doit comprendre des boucles de fermeture des défauts, et pas seulement des listes d'équipements.

FAQ

Qu'est-ce que le tombstoning (chip standing) en SMT ?

Le tombstoning est un défaut de soudure par refusion où un petit composant passif (typiquement une résistance ou un condensateur) se soulève et se tient debout parce que la soudure mouille une extrémité plus tôt ou tire plus fort, créant un couple de tension de surface déséquilibré qui fait pivoter la pièce en position verticale et laisse un circuit ouvert. Après cette définition, le point clé est le suivant : le tombstoning est un timing et symétrie problème. Les solutions qui rétablissent une mouillabilité égale aux deux extrémités sont généralement couronnées de succès.

Pourquoi les puces tombent-elles pendant la refusion ?

Les puces tombent pendant la refusion parce que les deux terminaisons subissent des forces et des temps de mouillage différents, souvent en raison d'un volume de pâte à braser inégal, d'un chauffage inégal de la pastille/cuivre ou d'un profil de refusion qui fait qu'un côté atteint le liquidus et se mouille en premier, ce qui permet à la tension superficielle de faire pivoter le composant vers le haut. Si vous voulez des preuves, placez des thermocouples sur les deux pads de la même puce et comparez le temps de mouillage après les modifications du profil.

Le tombstoning est-il dû à la précision du pick-and-place ou à la refusion ?

Le Tombstoning est principalement un défaut de déséquilibre de mouillage créé pendant la refusion, tandis que la précision du pick-and-place et la mécanique de placement influencent principalement la probabilité en changeant la qualité du contact de chaque terminaison avec la pâte et la symétrie de la condition de départ lorsque la carte entre dans le four. Donc, oui, le placement a son importance, mais c'est dans le four que se produit le “redressement”.

Quel est le meilleur profil de refusion pour réduire le tombstoning ?

Le meilleur profil de refusion pour réduire le tombstoning est celui qui synchronise le mouillage sur les deux pads en contrôlant le taux de rampe, l'uniformité du trempage et le temps au-dessus du liquide de sorte qu'aucune extrémité de la puce n'atteigne des conditions de mouillage solides significativement plus tôt que l'autre extrémité, en particulier sur les pièces 0201/01005. Dans la pratique, les équipes réduisent souvent l'agressivité de la rampe et stabilisent le trempage pour réduire les différences de température entre les plaquettes.

Comment résoudre le problème du tombstoning rapide sur une ligne en cours d'exécution ?

Le moyen le plus rapide de résoudre un problème de tombstoning est de corréler les appels de défauts AOI avec le déséquilibre volume/hauteur SPI entre les plots et le regroupement des emplacements de cartes, puis d'effectuer un test A/B contrôlé qui ne modifie qu'une seule variable (paramètres de l'imprimante, cadence de nettoyage de l'ouverture ou rampe/trempage de la refusion) pour voir quel changement rompt le schéma. Si vous ne pouvez pas le représenter graphiquement, c'est que vous avez deviné. Si vous pouvez le représenter graphiquement, vous n'êtes pas loin du but.

En quoi le tombstoning diffère-t-il du skewing et du bridging ?

Le tombstoning est un soulèvement vertical d'une terminaison causé par un déséquilibre des forces de mouillage, le skewing est une rotation latérale alors que le composant reste en bas (souvent à cause d'un décalage de placement ou d'une pâte inégale), et le bridging est un court-circuit électrique où la soudure connecte des plots adjacents parce que le volume de pâte, l'espacement des plots ou le comportement de refusion permet à la soudure de se fusionner. Mélanger ces deux types de problèmes fait perdre du temps, car la “meilleure solution” pour l'un d'entre eux peut en aggraver un autre.

Conclusion

Si vous le souhaitez, envoyez-moi la taille de vos composants (0402/0201/01005), l'alliage de soudure (SAC305 vs SnPb), le type de pâte (Type 3/4/5), et votre rampe/trempage/TAL actuel. Je vous dirai ce que je testerais en premier et ce que j'ignorerais. Commencez ici : contacter notre équipe