Décollage de composants pendant la refusion : Stratégies de prévention

Petit défaut. Grand signal.

Je n'ai jamais aimé la façon dont certaines usines parlent du décollement des composants. Elles le disent comme s'il s'agissait d'un problème de four excentrique, presque un changement d'humeur dans la zone de refusion, alors que le défaut est généralement beaucoup plus révélateur que cela. Le NIST décrit le décollement comme le résultat d'une tension superficielle inégale de la brasure en fusion aux deux extrémités du composant, et il énumère des déclencheurs familiers : chauffage ou refroidissement non uniforme, excès de pâte à braser, placement imprécis, pastilles trop grandes, masse thermique inégale et alliage de pâte à braser inadapté. Il ne s'agit pas d'un comportement aléatoire. Il s'agit d'un processus qui s'explique de lui-même. (tsapps.nist.gov)

Et les enjeux ne sont pas minces. En 2023, Ford a procédé à un rappel de sécurité aux États-Unis concernant 931 véhicules BEV F-150 parce qu'un module électronique de chauffage du liquide de refroidissement de l'habitacle pouvait être fabriqué avec un joint de soudure manquant, lié à la ligne secondaire à faible volume d'un fournisseur qui ne disposait pas des contrôles nécessaires pour empêcher une unité mal soudée d'avancer. En 2024, Hyundai a signalé que les joints de soudure des circuits imprimés des caméras de recul pouvaient se fissurer pendant la fabrication et s'aggraver avec le temps, réduisant ainsi la visibilité arrière. Un “petit problème de soudure” peut très vite devenir un problème de conformité. Voir le rapport de Ford Partie 573 du rapport de rappel de sécurité et de Hyundai Partie 573 du rapport de rappel de sécurité.

Ce que signifie réellement la levée de composants sur une ligne SMT

Le soulèvement d'un composant pendant la refusion signifie qu'une extrémité d'une pièce SMD perd le contact stable avec sa pastille pendant que la soudure est en fusion ou qu'elle gèle, laissant le composant incliné, partiellement soulevé ou complètement à la verticale après le cycle de chauffage. Dans les petites puces passives, la version dramatique est le tombstoning. Mais je pense que cette étiquette étroite peut cacher un problème plus important, car tous les défauts de décollage dangereux ne se dressent pas proprement devant la caméra. Certains ne se relèvent que suffisamment pour créer un joint faible ou intermittent. (tsapps.nist.gov)

Cette distinction est importante dans la production réelle. Une pierre tombale complète est évidente. Un soulèvement partiel est sournois, et les défauts sournois sont ceux qui échappent aux contrôles visuels, atterrissent dans les tests ou se révèlent plus tard comme des défaillances sur le terrain. Ainsi, lorsque je parle de “décollement d'un composant”, je parle d'une famille de défauts, et pas seulement de la version photogénique dont les opérateurs plaisantent sur la ligne de production. Cette vision plus large correspond à la physique décrite par le NIST et à la façon dont les défaillances se comportent réellement en production. (tsapps.nist.gov)

Pourquoi le défaut commence généralement avant la refusion

Le four est là où vous le voyez. Ce n'est pas là qu'il commence.

Beaucoup d'équipes continuent à résoudre ce problème à l'envers. Elles commencent par la température de crête, la vitesse du convoyeur et l'équilibre des zones avant même d'avoir examiné la symétrie de la pastille, le transfert du pochoir, le décalage des composants ou la distribution locale du cuivre. Ce n'est pas le bon ordre. L'explication du NIST pointe déjà vers l'amont, et un résumé de thèse de 2024 de l'université de Binghamton sur les déplacements de composants passifs pendant la refusion aborde le même point sous un autre angle : l'auto-alignement pendant la refusion est façonné par le volume de la pastille de pâte à braser et l'emplacement du décalage capturés par SPI, et l'étude a rapporté une aptitude moyenne de 99% pour son meilleur modèle de prédiction SVR dans toutes les directions. En clair, le mouvement des composants pendant la refusion n'est pas mystérieux. Il est mesurable et en partie prévisible. Voir l'étude Résumé de l'Université de Binghamton. (tsapps.nist.gov)

Ainsi, lorsqu'un passif se soulève, je ne demande pas seulement : “Que s'est-il passé dans le four ?” Je demande : “Quel déséquilibre est entré dans le four déjà chargé ?” Ce cadrage change tout. Il vous oblige à retracer le défaut à travers la conception, l'impression et le placement au lieu de blâmer la dernière station parce qu'elle s'est avérée être la plus visible. (tsapps.nist.gov)

Conception des tampons et déséquilibre thermique : Le déclencheur silencieux

C'est la partie que beaucoup d'usines éludent.

La géométrie des pastilles et l'équilibre du cuivre jouent un rôle beaucoup plus important que ce que l'on veut bien admettre. La norme IPC-7530A stipule que le profilage thermique est propre à chaque PWBA entièrement remplie et explique pourquoi : tous les joints de soudure doivent atteindre la température de soudure minimale sans pousser les composants au-delà des limites de sécurité. Elle précise également que les cartes comportant des composants de masse thermique très importante et des composants de très petite taille posent un problème d'équilibre à l'ingénieur en charge des processus. Ce langage est important, car le décollement des composants est souvent le résultat visible d'un mauvais équilibre. (électronique.org)

Et le NIST soutient le côté défectueux de cet argument. Une masse thermique inégale au niveau des pastilles opposées et des pastilles trop grandes figurent toutes deux parmi les causes du “tombstoning”. Si l'on réunit ces deux sources, le message est clair : si les deux extrémités du composant ne bénéficient pas des mêmes conditions thermiques et de mouillage, le ménisque de la soudure ne se comportera pas poliment simplement parce que votre fichier de recette indique "profil sans plomb rév. 12". (tsapps.nist.gov)

C'est pourquoi je préférerais que l'examen de la DFM soit directement lié à la qualité du processus Il n'est pas nécessaire d'organiser une réunion distincte avec des excuses distinctes. Une mauvaise disposition des pastilles peut créer un problème de refusion avant même que l'imprimante ne touche la carte. Et une fois que cela se produit, le reste de la ligne ne fait qu'essayer de survivre à un choix de conception médiocre. (tsapps.nist.gov)

Le contrôle du volume de la pâte à braser est plus important qu'on ne l'admet

La pâte n'affecte pas seulement les ponts et les insuffisances. Elle affecte l'équilibre des forces.

Le NIST cite explicitement l'excès de pâte à braser comme un déclencheur de tombstoning, et les travaux de Binghamton établissent un lien entre le mouvement des composants pendant la refusion, le volume du tampon de pâte à braser et l'emplacement du décalage vu par le SPI. Il est difficile d'ignorer cette combinaison. Si un côté d'une puce bénéficie d'une traction de mouillage plus forte ou plus précoce parce que le dépôt est plus grand, plus propre ou mieux placé, le composant peut tourner ou s'élever avant que l'autre côté ne le rattrape. Il ne s'agit pas d'un phénomène folklorique. Il est cohérent avec la mécanique des défauts et les travaux prédictifs récents. (tsapps.nist.gov)

J'ai vu des usines perdre des jours à régler les paramètres du four alors que le véritable problème résidait dans l'équilibre de l'ouverture, le support du pochoir, la discipline d'essuyage ou l'état de la pâte. C'est la raison pour laquelle je vérifierais l'imprimante et le four. Système d'inspection SMT avant de commencer à réécrire les recettes de refusion. Si vos données SPI présentent déjà une asymétrie, le four est sur le point de l'exposer. Il ne s'agit pas de la corriger.

La précision du placement, la géométrie des composants et la stabilité de la machine sont toujours d'actualité

L'alignement sur soi est utile. Jusqu'à ce que ce ne soit plus le cas.

La version romantique du SMT dit que la soudure en fusion remet les pièces en place. C'est parfois le cas. Parfois, elle les pousse à la rupture parce que la position de départ était déjà mauvaise et que l'équilibre du mouillage était déjà faible. Le NIST cite le placement imprécis des composants comme une cause connue de tombstoning, et la recherche de Binghamton renforce encore ce point en reliant le comportement de décalage à l'emplacement du décalage. Alors non, le décollage n'est pas seulement une histoire thermique. Les erreurs de placement réduisent la marge dont dispose l'auto-alignement pour sauver la pièce. (tsapps.nist.gov)

C'est là que l'état de la machine devient un élément de la prévention des défauts, et pas seulement de la paperasserie de maintenance. La répétabilité de l'alimentation, l'usure de la buse, la qualité de la prise, le support de la carte et les dérives mineures de placement peuvent tous pousser les pièces limites à se décoller une fois que la soudure devient active. C'est pourquoi il est logique de relier la réduction des défauts à la qualité de la soudure. les machines "pick-and-place, Le problème n'est pas seulement lié à la refusion, mais aussi à l'état de l'alimentation et à la stabilité de la ligne. (tsapps.nist.gov)

Profil de refusion pour la prévention du décollage

Nous arrivons maintenant au four. Enfin.

Mais même dans ce cas, la solution paresseuse est généralement la mauvaise. La norme IPC-7530A stipule que chaque produit nécessite des réglages de four et une vitesse de bande uniques pour obtenir le profil souhaité sur la PWBA, et explique que les pièces plus petites et sensibles à la température doivent être protégées pendant que tous les joints atteignent encore la température minimale au-dessus du liquidus. En d'autres termes, copier la recette de la semaine dernière n'est pas un contrôle des processus. C'est un vœu pieux avec un nom de fichier. (électronique.org)

La même famille IPC rend le point de contrôle encore plus précis. La liste ANSI pour IPC-7801A indique que la norme fournit des exigences pour le contrôle du processus des fours de refusion de soudure à convoyeur, tandis que IPC-7530A définit le profil thermique spécifique au produit. Prises ensemble, les normes vous poussent vers une vérification reproductible, et non vers une configuration unique. C'est pourquoi un bon profileur thermique de refusion et stable fours de refusion ont plus d'importance que les affirmations générales sur le nombre de zones ou la réputation de la marque. (webstore.ansi.org)

Je mettrais l'accent sur quatre points : un chauffage équilibré sur l'ensemble de l'assemblage, un temps suffisant au-dessus du liquidus pour que les deux terminaisons se mouillent correctement, un refroidissement qui ne crée pas de gradients locaux disgracieux et un contrôle de la recette qui survit aux changements. Rien de tout cela n'est prestigieux. Mais cela fonctionne quand même. (électronique.org)

Mise au tombeau et décollage des composants : pourquoi la distinction est-elle encore utile ?

Certains ingénieurs lèvent les yeux au ciel devant cette distinction. Ce n'est pas mon cas.

La mise au tombeau est la forme la plus évidente de décollage : le passif s'élève et reste attaché à une seule extrémité. Le soulèvement d'un composant est plus large. Il peut s'agir d'un soulèvement partiel, d'une inclinaison angulaire ou d'une faible séparation qui ne laisse pas le composant debout. La raison pour laquelle je garde les deux termes en jeu est simple : l'étiquette large aide les équipes à rechercher les cas marginaux, et pas seulement les cas dramatiques. Cela correspond au mécanisme de défaut décrit par le NIST et à ce qui échappe à l'inspection dans les usines réelles. (tsapps.nist.gov)

Et oui, le langage que vous utilisez modifie ce que les gens inspectent. Si l'équipe ne recherche que les “pierres tombales”, elle risque de ne pas voir les parties soulevées qui semblent encore suffisamment plates à première vue. C'est ainsi que les échappées de ligne se produisent. Sans bruit. (tsapps.nist.gov)

Des stratégies de prévention qui réduisent réellement les taux de défectuosité

Pas de solution miracle. Il suffit d'empiler les contrôles.

Une étude sur le contrôle de la qualité des circuits imprimés en 2023, publiée dans PMC, indique que les améliorations apportées par l'AMDE ont permis de réduire le taux de rejet des lots de 5 500 PPM à 900 PPM, avec une diminution des défauts de 0,76%. Cette étude était plus large que le simple tombstoning, mais je pense que la leçon à en tirer est claire : le contrôle structuré l'emporte sur le dépannage aléatoire. Et le rappel de Ford est un bon rappel de ce à quoi ressemble une discipline de processus faible dans la nature : une ligne de fournisseurs secondaire, à faible volume, sans contrôles pour empêcher un module mal soudé de passer à l'opération suivante. ([pmc.ncbi.nlm.nih.gov][4])

Voici le modèle de prévention auquel je fais le plus confiance :

Ce tableau est ma synthèse de la mécanique des défauts du NIST, des règles de profilage de l'IPC-7530A, de l'orientation du contrôle des processus de l'IPC-7801A et de la manière dont les récents travaux universitaires et industriels sur la qualité encadrent l'auto-alignement et la réduction des défauts. Ce n'est pas de la magie. Il s'agit simplement d'un meilleur ordre des opérations. (tsapps.nist.gov)

Un contrôle des processus qui empêche les défauts de réapparaître

C'est là que de nombreuses lignes échouent. Elles colmatent le symptôme et préservent la faiblesse du système.

Je pense que trop d'usines traitent encore les défauts de refusion comme des événements isolés et non comme des défaillances de contrôle. Mais les sources vont dans le sens contraire. L'IPC-7530A indique que chaque produit a besoin de son propre profil, l'ANSI indique que l'IPC-7801A fournit des exigences de contrôle de processus pour les fours de refusion à convoyeur, Binghamton lie le comportement d'auto-alignement à des entrées SPI et offset mesurables, et l'étude PMC montre ce qui se passe lorsque la réduction des défauts est gérée de manière systématique plutôt qu'émotionnelle. La tendance est évidente : les bonnes usines réduisent les pertes en construisant une boucle de contrôle, et non en se réjouissant d'un essai chanceux. (électronique.org)

C'est également la raison pour laquelle une architecture de ligne plus large est importante. Si votre imprimante, votre machine de placement, votre outil de profilage et votre station d'inspection produisent tous des données mais que personne ne ferme la boucle, vous n'avez pas une ligne intelligente. Vous avez un isolement coûteux. La prévention réelle ressemble davantage à ce qui suit solutions clés en main pour les lignes SMT lié à un examen discipliné, soutenu par la formation et l'assistance après-vente lorsque l'équipe a besoin d'aide pour transformer la capacité de la machine en un rendement stable. (webstore.ansi.org)

FAQ

Qu'est-ce que le décollement des composants pendant la refusion ?

Le soulèvement d'un composant pendant la refusion est un défaut de soudure en surface dans lequel une extrémité d'un composant perd partiellement ou totalement le contact stable avec sa plaque de circuit imprimé pendant que la soudure est en fusion ou pendant qu'elle se solidifie, laissant la pièce inclinée, surélevée ou électriquement faible après le cycle de chauffage. Dans les composants passifs à puce, la version la plus visible est le tombstoning, où une extrémité reste soudée et l'autre se soulève. (tsapps.nist.gov)

Quelles sont les causes du décollement des composants lors de l'assemblage des circuits imprimés ?

Le décollement d'un composant lors de l'assemblage d'un circuit imprimé est généralement dû à une force de mouillage inégale entre les deux extrémités d'une pièce, et ce déséquilibre provient souvent d'un chauffage ou d'un refroidissement non uniforme, d'un excès de pâte à braser, d'un placement imprécis, de pastilles surdimensionnées ou d'une masse thermique inégale entre les deux joints de soudure. C'est la raison pour laquelle le défaut est souvent lié à une faiblesse combinée du processus plutôt qu'à un mauvais réglage unique. (tsapps.nist.gov)

Comment éviter que les composants ne se soulèvent pendant la refusion ?

La meilleure façon d'empêcher le décollement des composants pendant la refusion est de contrôler la symétrie de la pastille, le volume de pâte à braser, la précision du placement et le profilage thermique spécifique à la carte comme un processus lié, car le défaut se forme lorsque ces conditions cessent de donner aux deux terminaisons des chances égales de se mouiller et de se fixer correctement. En pratique, cela signifie qu'il faut vérifier l'équilibre SPI, le décalage de placement et les profils de produits réels avant d'apporter des modifications importantes au four. (tsapps.nist.gov)

La mise au tombeau est-elle la même chose que le décollage d'un composant ?

La forme la plus évidente de décollement d'un composant est le “tombstoning”, où un petit élément passif se soulève ou bascule brusquement tout en restant collé à une seule extrémité, mais le terme plus large de "décollement d'un composant" englobe également des cas moins spectaculaires dans lesquels la pièce ne se soulève que légèrement tout en créant un joint faible ou intermittent. Le terme plus général est plus utile dans le cadre du contrôle de la qualité, car tous les défauts dangereux n'ont pas l'air dramatiques. (tsapps.nist.gov)

Pourquoi le lift-off apparaît-il souvent après un changement de produit ?

Le décollage apparaît souvent après un changement de produit, car chaque assemblage entièrement peuplé a besoin de son propre profil thermique, et une recette qui a fonctionné sur une carte précédente peut ne pas convenir à l'équilibre en cuivre, au mélange de masse thermique, à la densité de petits éléments passifs ou au risque de placement de la nouvelle carte. C'est pourquoi les paramètres enregistrés ne sont pas la même chose que le contrôle vérifié. (électronique.org)

Besoin de réduire la levée des composants sur votre ligne SMT ? Le décollage d'un composant est rarement le résultat d'une erreur isolée. Il s'agit généralement d'un problème de contrôle plus large concernant l'impression, la mise en place, le profilage et l'inspection. Passez en revue vos qualité du processus, Pour cela, étudiez si votre configuration actuelle correspond bien à votre gamme de produits et utilisez le système de gestion de l'information. page de contact si vous avez besoin d'une aide pratique en matière de stabilité des lignes, de vérification de la refusion ou de planification de l'équipement.

[4]: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9838248/ ” Analyse des modes de défaillance et de leurs effets pour le processus de contrôle de la qualité - PMC “