Randamentul ridicat pentru testele de calitate necesită ca toate procesele din linia de fabricaţie să fie sub control

22 MAI 2009

În practică, o influenţa majoră asupra calităţii într-o linie de producţie este dată de maşina Pick & Place. Caracteristica cea mai importantă a calităţii pentru maşina Pick & Place este nivelul de defecte la un milion, din moment ce acesta spune clienţilor randamentul la care se pot aştepta. Calculele randamentului sunt relativ simple şi definite în două standarde IPC relaţionate (IPC-9261A şi IPC-7912A). Pe scurt, complexitatea unei plăci este exprimată ca numărul de Oportunităţi de defectare, în timp ce calitatea/fiabilitatea procesării este determinată de datele istoricului numărului real de Defecte. Acest lucru oferă o valoare al coeficientului DPMO (Defects Per Million Opportunities) pentru dimensiunea lotului, astfel obţinându-se cifra medie a defectelor pe o placă anume şi astfel şi randamentul.
Compatibilităţile liniilor de producţie diferă, cu cea mai semnificativă diferenţă în practică provenind (iar) de la construcţia maşinii Pick & Place. Cu tehnica de plasare în paralel, mai multe capete plasează componente în paralel cu mişcări line. Acest lucru este mult mai controlat decât cu plasarea secvenţială, unde un sigur cap lucrează cu viteze ridicate – cu vibraţii mai puternice, existând posibilitatea de deplasare a componentelor pe vârful duzelor etc. Datele de teren arată că maşinile de plasare paralelă ale Assembléon au valori DPMO sub 10, faţă de până la 50 şi chiar peste pentru plasările secvenţiale care domină restul industriei.
Această rutină oferă un randament în jur de 95-99%, în loc de aproximativ 70-80%. Aceasta conduce la o diferenţă uriaşă în rebuturile şi re-prelucrarea plăcilor populate scumpe. Dar aceasta înseamnă optimizarea fiecăruia dintre cele trei etape principale ale procesului de montare pe suprafaţă prezentate în Figura 1: imprimarea cu şablon, Pick & Place şi lipirea prin recristalizare (cea mai bună tehnică de lipire pentru producţia de electronice de densitate ridicată).

Imprimarea cu şablon – lipirea potrivită la locul potrivit
Imprimarea cu şablon foloseşte un şablon subţire metalic sau folie, care are mici găuri (aperturi) care se aliniază cu dimensiunea necesară pe substrat. Cantităţi precis definite de pastă de lipire umplu găurile, iar o racletă metalică transferă pasta de pe şablon pe substrat.
Trebuie controlaţi câţiva parametri. Şablonul trebuie să aibă grosimea potrivită cu dimensiunea şi forma corectă a aperturii pentru a permite transferul cantităţii potrivite de pastă de lipire pe suporturile de lipire de pe placă. Racleta trebuie să aibă o geometrie şi o viteză regulată şi să preseze pe şablon cu o presiune constantă. Pasta de lipire trebuie să aibă granulaţie corectă (regula degetului: dimensiunea aperturii > 5 * diametrul pastei de lipit) şi trebuie să curgă uniform (“reologie”). În fine, suportul plăcii ar trebui să fie rigid şi stabil. Tabelul 1 prezintă defectele relaţionate majore ale serigrafiei.
Deşi interspaţierea de până la 100 µm nu este o problemă pentru maşinile Pick & Place, acesta nu este în mod normal adevărat pentru maşinile serigrafice. PCB-urile combină de obicei componente mici şi mari, care necesită cantităţi diferite de material de lipire pentru a realiza o conexiune viabilă. Până ce maşinile serigrafice nu încorporează caracteristicii speciale, componentele mari pot să rămână cu puţin material de lipit iar componentele mici, cum sunt tipurile 0201(0603mm), cu prea mult. Acest lucru poate avea un impact serios asupra calităţii – imprimarea defectuoasă cu material de lipit este estimată a cauza peste 50% din defectele echipamentelor.
Assembléon a introdus recent o nouă maşină serigrafică pentru aplicaţii cu ciclu scurt care depune cantitatea exactă de material de lipit necesară de fiecare componentă. Capul 3S (Single Swing Squeegee) utilizează o racletă cu acţionare servo cu unghi de atac variabil care îmbunătăţeşte reumplerea (nivelurile de umplere). Racleta imprimă la calitate ridicată cu grosimea şablonului de până la 80-100 µm şi lucrează cu şabloane semi-bordurate (half edging stencils) care au nivele de la 30 la 50 µm. Curăţarea şablonului este realizată în timpul transportului PCB, folosind un sistem rapid umed sau uscat folosind curăţirea cu vacuum.
Calitatea bună în imprimarea cu şablon înseamnă în cele din urmă livrarea cantităţii potrivite de pastă de lipit la locul potrivit pe substrat. Stratul final de pastă ar trebui să fie întins, cu grosime uniformă de-a lungul depunerii, cu forma corectă (rezoluţia modelului).

Pick & Place – componenta potrivită, locul potrivit
Procesul Pick & Place ar trebui să fie acum capabil să plaseze componenta potrivită la locul potrivit pe substrat. Aici, ca în orice altă parte a asamblării, secretul stă în folosirea buclelor de control cât mai scurte. Maşinile trebuie să prevină posibilitatea apariţiei unui defect (Tabelul 2) mai degrabă decât să le corecteze după ce acestea apar (în cazul în care mai este posibil).
Auto-calibrarea de exemplu previne apariţia componentelor aliniate greşit. Verificarea instalării previne aşezarea defectuoasă pe banda de tractare şi erorile cauzate de aceasta. Vitezele reduse previn aşezarea eronată a componentelor, erorile de aliniere, şi alunecarea acestora de pe bandă. Mişcările de control (X,Y) lente şi controlate ale roboţilor dau acestora timpul necesar aşezării corecte a componentelor spre deosebire de mişcările rapide şi sacadate care nu mai permit verificarea procesului de plasare. Un sistem ar trebui să aibă capete individuale de plasare servo-controlate şi senzori individuali de aliniere a plăcii şi a componentelor. Asta aduce procesului “Pick & Place” un control total, fiecare pas al procesului fiind monitorizat. În timpul procesului de selecţie, de exemplu, Seriile A de la Assembléon verifică înălţimea aleasă, dacă componenta este prezentă, şi corectează orice neconcordanţă în poziţie. În timpul procesului de aşezare, verifică dacă componenta este încă acolo, verifică din nou alinierea, detectează dacă componenta este aşezată la limită şi o plasează cu o forţă optimă verificând dacă această operaţiune s-a realizat corect. Maşinile măsoară locul, modelul şi suprafaţa plăcii pentru a face calculele necesare ale forţei şi astfel să prevină defecte cum ar fi spargerea componentelor. Acest control complet este necesar atât pentru teste cât şi pentru loturi întregi de plăci, chiar dacă este vorba de un singur set de componente care trebuie lipit pe placă.

Lipirea prin recristalizare – profilul corect, recristalizarea corectă
În timpul lipirii prin recristalizare substratul, pe care sunt aşezate componentele în pasta de lipire, trece cu o anumită viteză printr-un cuptor de recristalizare. Profilul temperaturii trebuie să fie controlat corespunzător până la scurgerea pastei de lipire (zona de încălzire), în timpul folosirii agentului de flux (zona umedă) şi din nou până la solidificarea agentului de lipire topit (zona de răcire).
Pentru lipirea fără plumb, temperatura maximă este de 280°C (iar pentru cea cu plumb între 235 şi 240°C). Creşterea temperaturii trebuie să fie în general de 3°C/s, iar scăderea nu ar trebui să se facă mai rapid de 6°C/s. Profilul temperaturii este influenţat de masa termică a componentelor, astfel pentru o masă mai mare este necesar un timp mai mare de încălzire. Acest lucru este foarte important pentru evitarea apariţiei lipiturilor reci la componentele mari sau carbonizarea celor mici.
Dacă componentele au fost plasate corect pe placă şi profilul temperaturii setat corespunzător, nu ar trebui să apară probleme semnificative în cursul procesului de lipire. Pentru erori de aşezare de sub 25% tensiunea superficială din pasta de lipire face componentele să se aşeze singure pe centrul locului alocat. Totuşi, o eroare mai mare de aşezare poate produce forţa necesară să tragă piesa dintr-unul din punctele de lipire şi poate crea chiar efectul de tombstoning. Acesta, împreună cu alte câteva erori ale procesului de recristalizare cum ar fi lipirea superficială sau rupturile, îşi găsesc cauzele undeva în decursul procesului, tipul erorii ajutând la deducerea momentului la care au apărut. (Tabelul 3)

Şansele de defectare şi defecte
IPC-A-610D clasifică criteriile de control – modul de identificare a defectelor care sunt găsite după prelucrare. Aceasta se referă la două standarde relaţionate: IPC-9261A şi IPC-7912A. Acestea două, disting patru clase de defecte SMT, precum şi numărul posibil de şanse de defectare pe fiecare placă.
Cele patru tipuri de defecte sunt Oc (componentă defectă sau deteriorată), Op (plasare incorectă sau polaritate greşită), Ot (neconcordanţă între terminalele piesei şi locul alocat pentru lipire pe placă) şi Oa (defecte generale de fabricaţie care nu sunt incluse în celelalte trei).
De exemplu, un QFP52 va avea posibilitatea maximă de defect de Oc =1, Op=1 şi Ot=52 (PCB-ul nu este contabilizat pentru Op sau Ot). Acestea sunt doar şanse de defectare, dar dacă există erori în timpul prelucrării, aceste şanse se vor concretiza în defecte.
Cele patru tipuri de defecte în acest caz pot fi Dc (componente), Dp (plasare), Dt (finalizare), Da (montaj). Deci şansa maximă de apariţie a unui defect pentru un QFP52, ca număr, este 54 (Dc =1, Dp=1, Dt=52).
Figura 2 este importantă pentru producţie şi prezintă modalitatea în care randamentul depinde de numărul de oportunităţi de defectare şi – în particular – coeficientul DPMO. Cu un DPMO scăzut care provine de la procesele strict controlate (să zicem 5 până la 20, cele trei linii de sus), randamentul scade gradual şi virtual liniar cu creşterea numărului componentelor. Astfel, există o scădere relativ mică în randament cu plăcile şi mai mult populate. Pe măsură ce procesele devin mai slab controlate, randamentul scade într-o pantă din ce în ce mai abruptă până la zero pe măsură ce numărul componentelor creşte. Urmărind Figura 2 se observă că acesta necesită un DPMO de 20 sau superior pentru a menţine randamentul estimat la numai 80%, cu un DPMO de 10 sau superior pentru a ajunge la randamente de 90%. Cu procese bine controlate, chiar şi densităţile mari de componente vor avea randament bun.
Cu dimensiunea rezistoarelor şi condensatoarelor pasive şi pasul IC-urilor extrem de mic, inspecţia devine din ce în ce mai dificilă. Astfel, la fel şi re-prelucrarea. Evitându-le pe ambele este posibil ca numai prin îmbunătăţirea proceselor să fie crescute randamentele. Îmbunătăţirea proceselor presupune implicarea în fiecare parte a procesului pentru a reduce variaţia, şi astfel să se reducă limitele controlului procesului din ce în ce mai mult în limitele specificaţiilor. Menţinerea corectă în interiorul limitelor specificaţiilor (capacitatea proceselor superioare) înseamnă că procesele pot devia, dar încă pot fi capabile să producă echipamente bune în timp ce defectele sunt corectate. Aceasta este teoria de bază a îmbunătăţirii, valabilă şi critică pentru producerea cu succes a dispozitivelor electronice (profitabil în acelaşi timp).
Assembléon îşi ajută clienţii să crească şi să menţină randamentele la standarde etalon în industrie cu programul său Installed Base Solutions. Acesta a fost lărgit recent de programul APS (Assembléon Performance Solutions), care aduce echipamente de la alţi producători în bucla de îmbunătăţire.
www.consultek2.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre