Trois mots sont importants : la géométrie d'abord, toujours.
J'ai vu trop d'équipes SMT blâmer les têtes de placement, le vide de la buse, le pas de l'alimentateur ou le profil de refusion alors que la pièce elle-même était déjà mauvaise avant que la machine ne la touche. C'est un mauvais diagnostic, et un mauvais diagnostic coûte cher. Lorsqu'un fil en forme d'aile de mouette arrive plié, tordu ou en dehors de son plan de pose prévu, la machine de prélèvement et de placement ne “résout” pas le problème. Elle ne fait qu'automatiser l'erreur plus rapidement.
Et voici la dure réalité. Plus vos objectifs de production sont serrés, moins votre ligne a de patience pour une géométrie de composant négligée. En février 2024, IPC a déclaré que 66% des fabricants d'électronique étaient confrontés à une hausse des coûts de la main-d'œuvre et plus de 44% à une hausse des coûts des matériaux, ce qui signifie que chaque boucle de reprise évitable fait plus mal qu'il y a quelques années. Les déchets ne sont plus un problème secondaire ; ils affectent immédiatement les marges. Le point sur l'industrie en février 2024 le rend très clair. (électronique.org)
Pourquoi la coplanarité du plomb est-elle mal diagnostiquée ?
La coplanarité des fils est la cohérence verticale des fils d'un composant par rapport à un plan d'assise. En clair, tous les fils qui sont censés toucher la pâte à braser lors de la mise en place doivent arriver à peu près à la même hauteur et au même angle, et non pas en décalage, en suspension ou à moitié soulevés. Cela semble évident. Mais ce n'est pas le cas. Sur les lignes très fréquentées, les gens repèrent souvent le symptôme tardivement et désignent rapidement la mauvaise cause.
Que se passe-t-il alors ? Une pièce se place. Elle semble même “assez proche” en 2D. Puis un coin flotte, un orteil est à peine mouillé ou le corps bascule pendant la refusion. Le défaut apparaît en aval, mais l'erreur a commencé en amont.
A janvier 2024 Note d'application de Melexis sur l'assemblage SMT est inhabituellement direct à ce sujet : il lie la coplanarité à la qualité du brasage et à l'inclinaison verticale finale, fait référence à la norme JESD22-B108 pour mesurer la coplanarité et indique que la variation de l'angle de courbure du fil est un facteur important. Il mentionne également une règle de conception pratique que la plupart des opérateurs n'entendent jamais sur le terrain : l'angle de courbure du fil doit être d'au moins 90° pour un contact correct avec la pâte à braser imprimée, avec une épaisseur de pâte à braser citée de 6 mils, ou 152 μm, dans cet exemple. (Melexis)
C'est pourquoi je n'aime pas l'expression “déformation mineure du plomb”. Mineure pour qui ? Pour l'acheteur qui regarde les plateaux ? Peut-être. Pour le joint de soudure qui présente désormais une pression de contact initiale inégale et une géométrie de mouillage instable ? Pas du tout.
Ce que les données récentes révèlent sur le problème
Il ne s'agit pas d'une vieille paranoïa du CMS. Les emballages deviennent plus denses, plus petits et moins tolérants. Une étude réalisée en 2024 par des chercheurs, dont Duane Boning du MIT, indique que l'emballage à haute densité crée de nouveaux problèmes de performance et de fiabilité, et que la fiabilité est devenue une priorité absolue sur les marchés de l'automobile, de l'industrie et de l'informatique dématérialisée. Voilà qui devrait réveiller les esprits. L'emballage n'est plus une boîte passive autour du silicium, c'est une variable de rendement active. Tendances modernes en matière de tests de fiabilité des emballages microélectroniques le dit clairement. (MDPI)
Le NIST a tenu des propos similaires dans son rapport sur la session spéciale 2024 de l'ECTC : la métrologie joue un rôle essentiel dans l'emballage et l'assemblage, et de meilleures mesures sont nécessaires pour améliorer la qualité, le rendement et l'efficacité de la fabrication. Je suis d'accord. Les opinions tranchées mises à part, nous sommes au cœur du problème : les usines qui considèrent les mesures géométriques comme facultatives misent sur l'espoir en matière de rendement. Rapport 2024 du NIST sur la métrologie en microélectronique lie directement la mesure à la précision, à la fiabilité, au rendement et à l'efficacité. (NIST)
Il existe également un signal pratique du côté du fabricant. En 2024, Intel a révisé les valeurs de coplanarité et de planéité dans plusieurs dessins mécaniques de boîtiers, y compris les dessins N15168 et N33898. J'y vois une réalité technique vivante, et non une spécification de catalogue statique : les limites de coplanarité des boîtiers sont encore affinées parce que la variable est importante dans des conditions d'assemblage réelles. Il s'agit d'une déduction, certes, mais elle est fondée. Dessin de l'emballage Intel N15168 montre une mise à jour en 2024 de la coplanarité des billes BGA et de la planéité de la face inférieure, et Dessin de l'emballage Intel N33898 montre également des révisions liées à la coplanarité de 2024. (cdrdv2-public.intel.com)
Là où la planéité des composants est vraiment perdue avant le placement
Pas au même endroit. C'est là le problème.
Parfois, les dommages commencent au moment de l'emballage et du transport. La géométrie de la pochette de ruban n'est pas correcte. La pression d'empilage des plateaux est trop élevée. Le contrôle de l'humidité est ignoré, puis quelqu'un cuit mal les pièces et introduit une distorsion mécanique. Parfois, le processus de formage du plomb du fournisseur dérive. Parfois, l'inspection à la réception est trop superficielle et un lot de plomb plié passe au travers parce que la taille de l'échantillon a été choisie en fonction de la vitesse et non du risque.
Et oui, c'est parfois votre propre équipe qui en est la cause. Manipulation manuelle. Dommages partiels aux bobines. Mauvais ré-assemblage. Chargement maladroit du chargeur. Trop de confiance dans le fait que “cela se corrige tout seul lors de la refusion”. Ce n'est pas le cas. Pas de manière fiable.
Pour les boîtiers à aile de mouette, la zone de danger est évidente dès que l'on commence à la chercher : variation de la hauteur de la pointe du plomb, géométrie inégale du talon, angles courbés, basculement du corps et position asymétrique sur le plan d'assise. Pour les QFP et les boîtiers de puissance, une rangée de fils peut sembler acceptable sous un certain angle mais être fausse dans l'espace tridimensionnel. C'est pourquoi un Système d'inspection SMT gagne sa place avant que vous ne commenciez à blâmer l'alignement de l'imprimante ou l'usure des buses.
J'irais même plus loin. Si la configuration de votre ligne dépend encore davantage de la vue de l'opérateur que de contrôles géométriques quantifiés, vous ne gérez pas une discipline moderne de contrôle des processus. Vous improvisez.
Ce qu'il faut régler avant que la buse ne descende
Je ne crois pas à une solution miracle. Je crois en une discipline ennuyeuse. Celle qui permet d'économiser de l'argent.
Premièrement, resserrer les critères de réception par famille de boîtiers. N'utilisez pas une logique générique d'acceptation/refus pour les boîtiers SOIC, QFP, SOT, les boîtiers à aile de mouette de forme irrégulière et les boîtiers de capteurs spécialisés. Les modes de géométrie étant différents, les règles de sélection doivent l'être également.
Deuxièmement, il convient de distinguer les déformations esthétiques des déformations liées à la soudabilité. Un corps rayé est une chose. Un changement d'angle d'attaque qui modifie le contact avec la pâte en est une autre. La note de Melexis est utile parce qu'elle impose cette distinction et lie la variation de l'angle au comportement réel de la soudure. (Melexis)
Troisièmement, vérifier la planéité du corps et la position des fils avant le placement lorsque la famille de pièces a des antécédents connus de fils pliés, de gauchissement des plateaux ou de longues distances d'expédition. Il peut s'agir simplement de contrôles plus agressifs à la réception pour les travaux de faible volume, ou de contrôles structurés par des portiques de vision avant le placement sur les lignes de plus grand volume.
Quatrièmement, il faut cesser de prétendre que l'entretien et la qualité sont des sujets distincts. Les composants mécaniques usés donnent l'impression d'être encore plus mauvais que les autres. Une tête à la dérive, une vérification incohérente de la hauteur en Z, un vide insuffisant ou une présentation collante de l'alimentateur amplifieront le comportement d'une mauvaise pièce. C'est pourquoi je préférerais que les usines fassent la paire. processus qualité ressources avec des la formation et l'assistance après-vente au lieu de rechercher des améliorations isolées de la machine.
Cinquièmement, il faut savoir s'abstenir. Si un lot présente une dérive systématique de la coplanarité du plomb, ne laissez pas la production en juger. Mettez-le en quarantaine. Examinez l'historique des lots du fournisseur. Comparez le comportement des bobines, des plateaux et des codes de date. Décidez ensuite s'il est judicieux de le reformer, de le trier à nouveau ou de le rejeter.
Un tableau de décision pratique avant le placement
Voici le cadre que j'utiliserais sur un vrai plancher.
| État observé avant le placement | Cause première la plus probable | Action immédiate | Prochaine étape intelligente |
|---|---|---|---|
| Un coin de piste levé sur un paquet d'ailes de mouette | Dérive de la forme du plomb ou dommages dus à la manipulation | Cessez d'utiliser le terrain pour l'auto-placement | Comparer les échantillons entre les différentes positions des bobines/plateaux ; faire remonter l'information au fournisseur. |
| L'ensemble de l'offre s'adapte au contrôle des places assises | Chaîne du corps ou rangée d'introduction irrégulière | Tenir le lot et le vérifier à l'aide d'une vision ou d'un appareil de mesure. | Renforcer le contrôle à la réception pour cette famille de colis |
| Inclinaison répétée après le placement sur la même famille d'appareils | Coplanarité plus contrôle marginal des z | Vérifier d'abord la géométrie de la pièce, puis la répétabilité en z de la machine | Examen de l'étalonnage de la tête et de la recette spécifique à l'emballage |
| Ouvertures intermittentes après refusion avec une impression par ailleurs stable | Contact initial inégal entre le plomb et la pâte | Angle d'attaque de l'audit et comportement du plan d'assise | Vérification croisée avec les données de tendance AOI/SPI |
| Le problème n'apparaît que sur les bobines stockées depuis longtemps | Stress liés au stockage, à l'humidité ou à l'emballage | Séparer les stocks concernés | Réexaminer les contrôles de stockage et la politique en matière de durée de conservation |
| Le taux de défauts augmente après le changement de bobine | Chargement de l'alimentateur ou emballage endommagé | Inspecter les premiers éléments de la bobine | Normaliser le traitement des bobines et l'approbation du premier article |
Cette table n'est pas glamour. C'est une bonne chose. Le travail sur le terrain l'est rarement.
Pour les usines qui créent des lignes cellulaires plus larges, c'est exactement là que se situe le problème. solutions clés en main pour les lignes SMT et le droit portefeuille de machines pick-and-place La logique d'inspection, le contrôle des recettes et le comportement de la machine doivent se renforcer mutuellement, et non se combattre.
Les opérateurs qui s'en rendent compte à temps économisent le plus d'argent.
Vous voulez un avis tranché ? La voici. La personne la plus précieuse dans de nombreuses usines SMT n'est pas celle qui peut expliquer la chimie de refusion dans des diapositives PowerPoint bien léchées. C'est l'opérateur ou l'ingénieur qui voit une position de plomb légèrement erronée avant que ce composant ne brûle une heure de temps de ligne et deux rounds de discussion.
Car une fois que la mauvaise coplanarité atteint le placement, l'arbre des défauts se propage. Vous perdez du temps en inspection. Vous déclenchez de fausses recherches de causes profondes. Vous retravaillez des cartes qui n'auraient jamais dû être fabriquées. Vous entamez la confiance dans la capacité de la machine alors que la pièce était déjà non conforme.
C'est pourquoi je préfère étudier les cas clients dans la production SMT et de renforcer la logique d'inspection plutôt que de continuer à répéter le cliché industriel selon lequel “la précision du placement résout la plupart des problèmes d'assemblage”. Ce n'est pas le cas. La précision du placement résout les problèmes de précision du placement. Les défauts de géométrie sont une autre paire de manches.
FAQ
Qu'est-ce que la coplanarité des fils dans l'assemblage SMT ?
La coplanarité des fils dans l'assemblage SMT est la condition dans laquelle les fils d'un composant partagent une même assise par rapport au circuit imprimé, de sorte qu'ils peuvent entrer en contact avec la pâte à braser de manière uniforme lors de la mise en place ; lorsqu'un ou plusieurs fils sont placés haut, bas ou à un angle incorrect, la formation du joint de soudure devient instable et le risque de défaut s'accroît.
Après cette définition directe, la conclusion pratique est simple : la coplanarité n'est pas seulement une tolérance de dessin. Elle affecte le contact initial de la pâte, le comportement d'auto-alignement pendant la refusion, la forme finale du joint et la question de savoir si le boîtier est de niveau ou s'incline sous l'effet de la charge thermique. La note d'application 2024 de Melexis établit un lien explicite entre la coplanarité, la qualité de la soudure et l'inclinaison verticale finale. (Melexis)
Comment fixer la coplanarité des fils avant le placement ?
La correction de la coplanarité des fils avant la mise en place signifie qu'il faut contrôler les pièces pour détecter les déviations du plan d'assise, les dérives de l'angle d'attaque ou les bornes tordues avant qu'elles n'atteignent le cycle de prélèvement et de mise en place, puis utiliser le confinement, l'escalade du fournisseur, le nouveau contrôle ou le reformage contrôlé plutôt que d'espérer que la tête de mise en place ou le four de refusion compensera la mauvaise géométrie des composants.
En production réelle, je commencerais par la ségrégation des lots, les contrôles d'entrée spécifiques à la famille d'emballage et la vérification du premier article après les changements de bobine. Si le défaut est systématique, il s'agit d'un problème de fournisseur ou d'emballage. S'il est sporadique, il faut se pencher sur la manutention, le stockage et le chargement des distributeurs. Ce que je ne ferais pas, c'est de faire avancer le lot simplement parce qu'il “a l'air bien dans l'ensemble”.”
Pourquoi la coplanarité du plomb de l'aile de mouette est-elle si sensible ?
La coplanarité du plomb de l'aile de mouette est sensible car le joint de soudure dépend de l'angle du plomb, du contact avec la pointe et de la cohérence du plan d'assise au moment où la pièce rencontre la pâte à braser humide, de sorte que même de petites variations peuvent modifier l'inclinaison, l'équilibre du mouillage et le risque de joint ouvert plus que ne le prévoient de nombreuses équipes.
C'est exactement la raison pour laquelle la note 2024 de Melexis souligne les règles de conception SMT en aile de mouette, telles qu'un angle de courbure du fil d'au moins 90° pour un contact correct, et fait référence à la norme JESD22-B108 pour la mesure de la coplanarité. Le paquet ne pardonne pas une géométrie paresseuse. Il s'en prend à vous plus tard. (Melexis)
Une meilleure métrologie améliore-t-elle vraiment le rendement du SMT ?
Une meilleure métrologie améliore le rendement du SMT car elle transforme les variations géométriques invisibles en données de processus mesurables, ce qui permet aux ingénieurs de séparer les défauts de la pièce des défauts de la machine et d'éviter les rebuts, les retouches et les faux dépannages évitables avant que ces coûts ne se répercutent sur l'impression, la mise en place, l'inspection et la refusion.
Le rapport 2024 du NIST sur la métrologie des emballages établit un lien direct entre la mesure et la qualité, le rendement et l'efficacité de la fabrication, et je pense que c'est le bon cadre. La métrologie n'est pas de la paperasserie. C'est une protection des marges. (NIST)
Si votre ligne est confrontée à un basculement inexpliqué, à des joints faibles ou à des ouvertures post-reflux “mystérieuses”, arrêtez de regarder uniquement la machine. Commencez par la pièce. Passez en revue vos contrôles de géométrie, inspectez le plan d'assise et resserrez la barrière de préplacement. C'est là que l'argent s'échappe.
