Inspección del Primer Artículo (FAI) para PCBA: Guía de Lista de Verificación y Estándares de Calidad

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Una lista de verificación de inspección del primer artículo (FAI) para PCBA robusta asegura que el proceso de fabricación esté correctamente calibrado antes de que comience la producción en volumen. Este paso de validación previene defectos sistémicos como la colocación incorrecta de componentes, problemas de reflujo o discrepancias en la lista de materiales (BOM).

Verificar Coincidencia con la BOM: Confirmar que cada componente instalado coincide con el Número de Parte del Fabricante (MPN) y el valor en la Lista de Materiales.
Verificar Polaridad: Inspeccionar todos los diodos, circuitos integrados y condensadores electrolíticos para asegurar la orientación correcta con respecto a la serigrafía.
Calidad de la Soldadura: Validar los filetes de soldadura según los estándares IPC-A-610 (Clase 2 o 3); buscar humectación, puentes o uniones frías.
Uniones Ocultas: Usar rayos X para inspeccionar BGAs y QFNs, asegurando que el porcentaje de huecos esté dentro de los límites aceptables (típicamente <25%).
Primer Encendido: Medir la resistencia en los rieles de alimentación a tierra antes de aplicar voltaje para prevenir cortocircuitos catastróficos.
Documentación: Registrar todas las mediciones y evidencias visuales en un informe formal de FAI para la trazabilidad.

Cuándo aplica (y cuándo no)Inspección del Primer Artículo (FAI) para PCBA

Cuándo aplica (y cuándo no) la lista de verificación de inspección del primer artículo (FAI) para PCBA

Comprender cuándo activar un proceso completo de FAI ahorra tiempo mientras se mantiene el control de calidad.

Cuándo aplica:

Introducción de Nuevo Producto (NPI): La primera ejecución de un nuevo diseño requiere una validación completa del proceso de ensamblaje.
Revisiones de Diseño: Cualquier cambio en el diseño del cobre, los componentes de la lista de materiales (BOM) o el diseño de la plantilla requiere una nueva FAI.
Cambios de Proceso: Si la línea de ensamblaje se traslada a una nueva máquina o cambia la química de la pasta de soldar, la primera salida debe ser verificada.
Grandes Brechas en la Producción: Reanudar la fabricación después de una interrupción (por ejemplo, >12 meses) a menudo desencadena una revalidación para asegurar que la configuración de la máquina sigue siendo válida.
Cambios de Proveedor: Cambiar de fabricantes de PCB o casas de ensamblaje requiere un nuevo primer artículo para verificar sus capacidades específicas.

Cuando no aplica:

Producción Continua: Durante una producción de volumen estable, se utiliza el control estadístico de procesos (SPC) y el muestreo en lugar de una FAI completa en cada placa.
Sustituciones Menores No Críticas: Reemplazar una resistencia pasiva con una especificación idéntica de un proveedor aprobado diferente (AVL) puede no requerir una FAI completa si el factor de forma es idéntico.
Fabricación de Placas Desnudas: Si bien las placas desnudas se someten a su propia inspección, la inspección del primer artículo (FAI) para PCBA: lista de verificación se dirige específicamente al estado ensamblado, no solo al sustrato.
Solo Actualizaciones de Firmware: Si el hardware permanece sin cambios y solo se flashea el software, una FAI de hardware es innecesaria (aunque aún se requiere una prueba funcional).

Reglas y especificaciones

Un estricto conjunto de reglas define los criterios de aprobación/rechazo para el primer artículo. Estos parámetros aseguran que la placa cumpla con los estándares de fiabilidad antes de que se procese el resto del lote.

Regla	Valor/Rango Recomendado	Por qué es importante	Cómo verificar	Si se ignora
Presencia de Componentes	Coincidencia del 100% con la LDM	Las piezas faltantes anulan la funcionalidad inmediatamente.	Inspección visual o comparación AOI.	La placa falla la prueba funcional; retrabajo costoso.
Polaridad/Orientación	Coincidir con la serigrafía/plano de montaje	Los condensadores invertidos explotan; los circuitos integrados invertidos se queman.	Verificación visual de los marcadores del Pin 1.	Fallo catastrófico al encender.
Forma del Filete de Soldadura	Menisco cóncavo	Indica una humectación adecuada y una fuerte unión mecánica.	Microscopio (ángulo de 45°) o AOI.	Las uniones débiles se agrietan bajo ciclos térmicos.
Vacíos en BGA	< 25% del área de la bola (Clase IPC 2)	Los vacíos excesivos aumentan la resistencia térmica y debilitan las uniones.	Inspección por rayos X (2D o 3D).	Fallos de conexión intermitentes en el campo.
Puentes de Soldadura	0 cortocircuitos permitidos	Conecta redes no relacionadas, causando mal funcionamiento.	Prueba eléctrica o verificación visual magnificada.	Cortocircuitos; posible daño a los componentes.
Alineación de Componentes	< 50% de voladizo de la almohadilla permitido	La desalineación reduce el área de contacto y la fiabilidad.	AOI o microscopio de alta magnificación.	Efecto lápida (tombstoning) o contacto eléctrico débil.
Bolas de soldadura	Ninguna > 0.13mm (suelta)	Las bolas sueltas pueden desprenderse y causar cortocircuitos más tarde.	Inspección visual después del lavado.	Cortocircuitos aleatorios durante la vibración/operación.
Relleno de orificio pasante	> 75% de relleno vertical (Clase 2)	Asegura la resistencia mecánica para conectores/cables.	Análisis de rayos X o sección transversal.	Los cables del conector se sueltan bajo tensión.
Limpieza (Fundente)	< 1.56 µg/cm² equiv. de NaCl	Los residuos corrosivos degradan los circuitos con el tiempo.	Prueba ROSE o Cromatografía Iónica.	Crecimiento dendrítico y corrientes de fuga.
Deformación de PCB	< 0.75% de la diagonal	La curvatura excesiva estresa las uniones de soldadura y los componentes.	Medición en mesa plana con calibrador.	Grietas en MLCCs o bolas de soldadura BGA.

Pasos de implementación

La ejecución de una inspección del primer artículo (fai) para PCBA: lista de verificación requiere un enfoque sistemático. APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB) recomienda seguir estos pasos secuenciales para detectar errores a tiempo.

Verificación de la lista de materiales (BOM) y los datos
- Acción: Compare los componentes recibidos con la Lista de Materiales (BOM) aprobada y los archivos Gerber.
- Parámetro clave: Número de pieza del fabricante (MPN) y cantidad.
- Aceptación: Coincidencia del 100%; sin sustitutos no aprobados.
Inspección de la pasta de soldadura (SPI)
- Acción: Mida el volumen y la altura de la pasta de soldadura en la PCB desnuda antes de la colocación de componentes.
- Parámetro clave: Altura de la pasta (típicamente 100-150µm dependiendo de la plantilla).

Aceptación: Volumen dentro de ±50% del objetivo de apertura; sin puentes.

Montaje y Reflujo de la Primera Placa
- Acción: Pasar una única PCB por la máquina de pick-and-place y el horno de reflujo.
- Parámetro Clave: Perfil de reflujo (Tiempo por encima del Liquidus: 60-90s).
- Aceptación: El perfil de temperatura coincide con las especificaciones del fabricante de la pasta; los componentes permanecen en su lugar.
Inspección Óptica Automatizada (AOI)
- Acción: Escanear la placa soldada para verificar defectos visibles como sesgo, efecto lápida o piezas faltantes.
- Parámetro Clave: inspección AOI vs rayos X: qué defectos detecta cada una (AOI detecta problemas de línea de visión).
- Aceptación: Sin errores marcados; llamadas falsas verificadas manualmente.
Inspección por Rayos X (AXI)
- Acción: Inspeccionar uniones de soldadura ocultas bajo BGAs, QFNs y LGAs.
- Parámetro Clave: control de vacíos en BGA: criterios de plantilla, reflujo y rayos X (Porcentaje de vacíos).
- Aceptación: Vacíos < 25%; forma y alineación de bolas consistentes.
Inspección Visual Manual
- Acción: Un inspector humano verifica problemas cosméticos, colocación de etiquetas y componentes no estándar.
- Parámetro Clave: Estándares de mano de obra IPC-A-610.
- Aceptación: Sin arañazos, quemaduras o residuos.
Verificación de Impedancia y Seguridad Eléctrica
- Acción: Medir la resistencia entre los rieles VCC y GND antes de aplicar energía.
- Parámetro Clave: Resistencia > 100Ω (o valor de diseño esperado).

Aceptación: No hay cortocircuitos completos en las líneas de alimentación.

Pruebas Funcionales (FCT)
- Acción: Encender la placa y ejecutar el firmware de prueba para validar la lógica y las E/S.
- Parámetro Clave: Niveles de voltaje (ej., 3.3V ± 5%).
- Aceptación: Aprobar todos los casos de prueba funcionales.
Generación de Informe FAI
- Acción: Compilar todos los datos, imágenes y mediciones en un documento firmado.
- Parámetro Clave: Trazabilidad (Número de serie, Fecha, Inspector).
- Aceptación: Aprobación firmada del Ingeniero de Calidad.

Modos de fallo y resolución de problemas

Incluso con una lista de verificación rigurosa, el primer artículo puede fallar. Identificar la causa raíz rápidamente permite reanudar la producción.

1. Efecto Lápida (Componente apoyado en un extremo)

Causas: Calentamiento desigual, tamaños de almohadilla desequilibrados o problemas de apertura de la plantilla.
Verificaciones: Verificar el diseño de alivio térmico en las almohadillas; comprobar si una almohadilla está conectada a un plano de tierra grande sin alivio.
Solución: Ajustar el perfil de reflujo (zona de remojo) o modificar la plantilla para reducir la pasta en la almohadilla de fusión más rápida.
Prevención: Adherirse a las directrices DFM con respecto a la simetría de las almohadillas.

2. BGA Head-in-Pillow (HiP)

Causas: PCB o componente deformado, actividad de fundente insuficiente u oxidación de la pasta.
Verificaciones: Inspeccionar la coplanaridad del componente y la temperatura máxima del perfil de reflujo.
Solución: Cambiar a una pasta de soldadura de alta actividad o usar un entorno de reflujo de nitrógeno.
Prevención: Utilice materiales de PCB de menor deformación como Isola PCB para aplicaciones de alta temperatura.

3. Puentes de Soldadura (Cortocircuitos)

Causas: Exceso de pasta de soldadura, aberturas de la plantilla demasiado grandes o presión de colocación de componentes demasiado alta.
Verificaciones: Revise los datos de SPI para el volumen de pasta; verifique la configuración de altura Z de pick-and-place.
Solución: Reduzca el tamaño de la abertura de la plantilla en un 10% o limpie la parte inferior de la plantilla.
Prevención: Implemente ciclos frecuentes de limpieza de la plantilla.

4. Juntas de Soldadura Fría

Causas: Calor insuficiente durante el reflujo o junta perturbada durante el enfriamiento.
Verificaciones: Analice el perfil de reflujo en comparación con la hoja de datos de la pasta de soldadura.
Solución: Aumente la temperatura máxima o el tiempo por encima del liquidus (TAL).
Prevención: Perfilado regular del horno y comprobaciones de termopares.

5. Componentes Desalineados

Causas: Error de visión de pick-and-place, fallo en el reconocimiento de marcas fiduciales de la placa o vibración del transportador.
Verificaciones: Verifique la claridad de las marcas fiduciales y las coordenadas de visión artificial.
Solución: Recalibre la visión artificial o limpie las marcas fiduciales en la PCB.
Prevención: Asegúrese de que se incluyan marcas fiduciales claras en los datos de fabricación de la PCB.

6. Deshumectación (De-wetting)

Causas: Almohadillas contaminadas, terminales oxidados o pasta de soldadura caducada.
Verificaciones: Inspeccione la vida útil del acabado superficial de la PCB y la fecha de caducidad de la pasta.
Solución: Hornee las PCB para eliminar la humedad o cambie a pasta fresca.
Prevención: Almacenamiento adecuado de PCBs y dispositivos sensibles a la humedad (MSD).

Decisiones de diseño

El éxito de una inspección del primer artículo (FAI) para PCBA: lista de verificación a menudo depende de las decisiones tomadas durante la fase de diseño.

Puntos de prueba: Incluir puntos de prueba accesibles para todos los rieles de alimentación y señales críticas permite a los ingenieros verificar voltajes fácilmente durante la FAI sin sondear los pequeños pines de los componentes.
Indicadores de componentes: Las marcas claras de serigrafía para la polaridad (por ejemplo, un punto distintivo para el Pin 1 o una barra para los cátodos) reducen los errores de inspección manual.
Marcas de referencia (Fiduciales): La colocación de marcas de referencia globales y locales asegura que la máquina de pick-and-place alinee los componentes con precisión, reduciendo los defectos de sesgo.
Zonas de exclusión: Un espaciado adecuado alrededor de componentes grandes permite que las herramientas de retrabajo y el equipo de inspección (como las cámaras AOI de 45°) funcionen correctamente.
Selección de materiales: Elegir el sustrato adecuado, como el material Rogers para placas de RF, asegura que la placa resista las temperaturas de reflujo sin deformarse, lo cual es crítico para la planitud de los BGA.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el propósito principal de la FAI en PCBA? La FAI valida que el proceso de fabricación puede producir consistentemente placas que cumplen con las especificaciones de diseño. Actúa como un guardián antes de la producción en masa para prevenir el desecho por volumen.

¿Es obligatoria la inspección por rayos X para la FAI? Sí, si la placa contiene BGAs, QFNs u otros componentes con terminación inferior. Inspección AOI vs rayos X: los defectos que cada una detecta difieren; la AOI no puede ver debajo de estas piezas para verificar la calidad de las uniones de soldadura.

¿En qué se diferencia la FAI de la FAT (Pruebas de Aceptación en Fábrica)? La FAI se centra en el proceso de fabricación y la calidad física de la primera unidad. La FAT es una prueba más amplia de la funcionalidad del sistema terminado, a menudo realizada al final de la producción.

¿Qué sucede si el Primer Artículo falla? La producción se detiene. Se identifica la causa raíz (por ejemplo, plantilla incorrecta, pieza defectuosa), se corrige y se produce e inspecciona un nuevo Primer Artículo.

¿APTPCB realiza FAI para todos los pedidos? APTPCB realiza FAI para todos los pedidos nuevos y revisiones importantes. Para pedidos repetidos sin cambios, se utilizan controles de proceso estándar.

¿Cuánto tiempo dura el proceso de FAI? Normalmente añade de 12 a 24 horas al tiempo de entrega del primer lote. Este tiempo se invierte para asegurar que las miles de placas que le siguen sean correctas.

¿Puedo usar una "Placa Dorada" para FAI? Sí, una placa conocida como buena (Placa Dorada) se utiliza a menudo como referencia para que las máquinas AOI comparen con las nuevas unidades de producción.

¿Cuál es el estándar de aceptación para FAI? La mayoría de los productos electrónicos comerciales utilizan IPC-A-610 Clase 2. Las aplicaciones médicas, aeroespaciales y automotrices suelen requerir la Clase 3, que tiene tolerancias más estrictas.

¿La FAI verifica la PCB desnuda? La FAI de PCBA asume que la PCB desnuda es buena, pero sí verifica que se utilizó la revisión correcta de la PCB. La PCB desnuda se somete a su propia prueba eléctrica en la casa de fabricación.

¿Por qué son críticos los vacíos de BGA en la FAI? El control de vacíos de BGA: criterios de plantilla, reflujo y rayos X son vitales porque los vacíos reducen el rendimiento térmico y mecánico de la unión. Un alto nivel de vacíos en el primer artículo indica una desviación del proceso que debe corregirse.

¿Necesito pagar extra por la FAI? En muchos fabricantes por contrato, la FAI está incluida en los costos de NRE (Ingeniería No Recurrente) o de configuración. Es una parte estándar del aseguramiento de la calidad.

¿Se puede automatizar la FAI? Partes de ella pueden (AOI, SPI, AXI), pero la aprobación final generalmente requiere que un ingeniero de calidad humano revise los datos y manipule físicamente la placa.

¿Qué es una "FAI Delta"? Una FAI parcial realizada cuando solo se realiza un pequeño cambio (por ejemplo, reemplazar un valor de condensador). Solo se inspecciona el área afectada.

Páginas y herramientas relacionadas

Inspección del Primer Artículo (FAI): Comprenda qué se incluye en una FAI de ensamblaje y qué datos recibirá.
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Glosario (términos clave)

Término	Definición
FAI	Inspección del Primer Artículo; validación de la primera unidad de producción.
AOI	Inspección Óptica Automatizada; verificación basada en cámara para defectos visibles.
AXI	Inspección Automatizada por Rayos X; utiliza rayos X para ver uniones de soldadura ocultas.
BOM	Lista de Materiales; la lista de todos los componentes necesarios para el ensamblaje.
SPI	Inspección de Pasta de Soldadura; medición 3D de los depósitos de pasta antes de la colocación.
IPC-A-610	El estándar de la industria para la aceptabilidad de ensamblajes electrónicos.
Reflow Profile	La curva de temperatura vs. tiempo que experimenta la PCB en el horno.
Golden Board	Una placa verificada sin defectos utilizada para calibrar máquinas de inspección.
Tombstoning	Un defecto donde un componente se levanta por un extremo durante el reflujo.
Fiducial	Un marcador de cobre en la PCB utilizado por las máquinas para alineación óptica.
MPN	Número de Parte del Fabricante; la identificación específica de un componente.
NPI	Introducción de Nuevo Producto; la fase donde la FAI es más crítica.

Conclusión

Una inspección del primer artículo (fai) disciplinada para PCBA: lista de verificación es la diferencia entre un lanzamiento de producto exitoso y un retiro costoso. Al verificar la BOM, validar las uniones de soldadura mediante rayos X y AOI, y realizar verificaciones de seguridad eléctrica en la primera unidad, los ingenieros aseguran la integridad de toda la serie de producción. APTPCB integra estas rigurosas verificaciones en cada flujo de trabajo de NPI, asegurando que las especificaciones de su diseño se cumplan con precisión. Ya sea que esté creando prototipos o escalando a volumen, un primer artículo verificado le brinda la confianza necesaria para proceder.

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