Classification des défauts SMT

Dans le monde trépidant de la fabrication électronique, la différence entre une production rentable et un rappel coûteux se résume souvent à un seul processus : la classification des défauts SMT. Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) traitent des milliers de composants par heure. Sans un système robuste pour catégoriser, détecter et corriger les erreurs, les taux de rendement chutent.

Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), nous comprenons que l'identification d'un défaut n'est que la moitié de la bataille. La vraie valeur réside dans sa classification correcte pour déterminer la cause première et prévenir sa récurrence. Ce guide est une ressource complète pour les ingénieurs et les responsables des achats. Il couvre tout, des normes IPC et des métriques critiques à la sélection de la bonne technologie d'inspection pour vos besoins spécifiques.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT)

La hiérarchie compte : Tous les défauts ne sont pas égaux ; ils sont généralement classés comme Critiques, Majeurs ou Mineurs en fonction des risques de fonctionnalité et de fiabilité.
Standardisation : L'IPC-A-610 est la référence mondiale pour la définition des critères de joint de soudure et des niveaux d'acceptation.
Détection vs. Prévention : Une classification efficace vous permet de passer de la simple détection de cartes défectueuses à l'ajustement du processus pour les prévenir.
Le rôle de l'AOI : L'Inspection Optique Automatisée (AOI) est l'épine dorsale de la classification moderne, mais elle nécessite une programmation précise pour éviter les fausses alertes.
Décisions basées sur les données : Des métriques comme le DPMO (Défauts Par Million d'Opportunités) et le Rendement au Premier Passage sont essentielles pour valider votre stratégie de classification.
Validation : Des vérifications croisées régulières entre les données machine et la vérification humaine préviennent les défauts « échappés ».

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) (portée et limites)

Pour gérer efficacement la qualité, nous devons d'abord définir les limites de la classification des défauts SMT. Ce n'est pas simplement une liste de pièces défectueuses. C'est une approche structurée pour catégoriser les anomalies en fonction de leur impact sur la performance, la fiabilité et la conformité du produit final.

Les trois niveaux de classification

La plupart des normes industrielles, y compris celles utilisées chez APTPCB, suivent un système à trois niveaux dérivé des directives IPC :

Défauts critiques :
- Définition : Anomalies susceptibles d'entraîner des conditions dangereuses ou une défaillance catastrophique de l'appareil.
- Action : Arrêt immédiat de la ligne. Mise en quarantaine de l'ensemble du lot.
- Exemples : Courts-circuits électriques sur les lignes d'alimentation, composants de sécurité manquants ou contamination sévère affectant l'isolation.
Défauts majeurs :
- Définition : Anomalies susceptibles d'entraîner une défaillance ou de réduire matériellement l'utilisabilité du produit pour son usage prévu.
- Action : Retouche requise. Analyse des causes profondes initiée si la fréquence dépasse le seuil.

Exemples : Circuits ouverts, composants manquants, effet "tombstone" (pierre tombale), ou violations des critères de joint de soudure (par exemple, mouillage insuffisant).

Défauts mineurs :
- Définition : Anomalies qui n'affectent pas la forme, l'ajustement ou la fonction du produit mais violent les standards cosmétiques.
- Action : Surveiller les tendances. La reprise peut être facultative selon les exigences esthétiques du client (Classe 2 vs. Classe 3).
- Exemples : Légère décoloration, résidu de flux mineur, ou déplacement de composant qui ne viole pas l'espacement électrique.

Le rôle des normes IPC

La base de la classification des défauts SMT est la norme IPC-A-610 ("Acceptabilité des assemblages électroniques"). Cette norme fournit les critères visuels de ce qui est acceptable. Elle divise les produits en trois classes :

Classe 1 : Produits électroniques généraux (Électronique grand public).
Classe 2 : Produits électroniques à service dédié (Ordinateurs portables, communications).
Classe 3 : Haute performance/Environnement difficile (Aérospatiale, médical, automobile).

Un défaut de Classe 3 pourrait être acceptable en Classe 1. Par conséquent, la classification est toujours relative à l'application cible.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) qui comptent (comment évaluer la qualité)

Métriques de classification des défauts SMT qui comptent (comment évaluer la qualité)

Une fois que vous avez défini ce qui constitue un défaut, vous devez mesurer leur fréquence d'apparition. Se fier à son "intuition" est dangereux en fabrication. Vous avez besoin de données concrètes pour stimuler l'amélioration. Le tableau suivant présente les métriques essentielles pour le suivi de la qualité SMT.

Métrique	Pourquoi c'est important	Plage typique / Facteurs	Comment mesurer
First Pass Yield (FPY)	Indique le pourcentage de cartes qui passent toutes les inspections sans aucune reprise. Un FPY élevé signifie un processus stable.	95% - 99%+ (dépend fortement de la complexité de la carte).	(Bonnes unités / Total des unités entrant dans le processus) × 100
DPMO (Defects Per Million Opportunities)	La norme pour comparer la qualité entre différentes conceptions de cartes. Elle normalise les taux de défauts en fonction de la complexité.	< 50 pour une qualité de classe mondiale ; < 500 pour une qualité moyenne.	(Total des défauts / (Total des unités × Opportunités par unité)) × 1 000 000
False Call Rate (FCR)	Mesure la fréquence à laquelle la machine d'inspection (AOI) signale une bonne pièce comme mauvaise. Un FCR élevé provoque la fatigue de l'opérateur.	Cible < 5000 PPM. Un FCR élevé conduit à ignorer les défauts réels.	(Rejets faux / Total des opportunités) × 1 000 000
Escape Rate	La métrique la plus dangereuse : les défauts qui échappent à l'inspection et atteignent le client.	Cible : 0. Même une seule échappée peut nuire à la réputation.	(Défauts trouvés par le client / Total des défauts) × 100
Slip Rate	Défauts trouvés à un stade ultérieur (par exemple, ICT) qui auraient dû être détectés au SMT.	Varie. Indique une lacune dans la stratégie de classification des défauts SMT.	(Défauts trouvés à l'ICT / Total des défauts SMT)
Comprendre ces métriques vous permet d'auditer efficacement votre Système Qualité. Si votre FPY est faible mais que votre taux d'échappement est nul, votre inspection fonctionne, mais votre processus dérive.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) : guide de sélection par scénario (compromis)

Choisir la bonne méthode pour la classification des défauts SMT implique des compromis entre la vitesse, le coût et la profondeur de l'analyse. Toutes les cartes ne nécessitent pas une radiographie 3D, mais se fier uniquement à l'inspection manuelle pour les cartes haute densité est une recette pour l'échec.

Voici comment choisir le bon mix d'inspection en fonction de votre scénario de fabrication.

Scénario 1 : NPI et Prototypage

Contexte : Faible volume (1-10 cartes), délai rapide, conception non éprouvée.
Recommandation : Inspection Visuelle Manuelle (IVM) + Inspection du Premier Article (IPA).
Compromis : Coût de main-d'œuvre élevé par unité, mais temps de configuration nul pour les machines.
Pourquoi : Programmer un AOI pour 5 cartes prend plus de temps que de les inspecter manuellement. Les systèmes IPA vérifient la nomenclature (BOM) et la polarité avant que la production ne se poursuive.

Scénario 2 : Électronique grand public à grand volume

Contexte : Milliers d'unités, sensible aux coûts, composants standard (0402, QFP).
Recommandation : AOI 2D ou 3D en ligne.
Compromis : Coût d'équipement initial élevé, mais coût par unité extrêmement faible.
Pourquoi : Les bases de l'AOI stipulent que les caméras peuvent inspecter plus rapidement que les humains. L'AOI 3D est préférée pour mesurer le volume de soudure et la coplanarité.
En savoir plus : Services d'inspection AOI.

Scénario 3 : BGA et joints cachés

Contexte : Cartes utilisant des Ball Grid Arrays (BGA), des QFN ou des CSP où les joints de soudure sont sous le boîtier.
Recommandation : Inspection automatisée par rayons X (AXI).
Compromis : Temps de cycle plus lent et équipement coûteux.
Pourquoi : Les systèmes optiques (AOI) ne peuvent pas voir à travers le plastique ou le silicium. Les rayons X sont le seul moyen non destructif de classer les vides et les ponts sous les puces.

Scénario 4 : Pas fin et miniaturisation

Contexte : Composants 0201 ou 01005, connecteurs à pas fin.
Recommandation : Inspection de la pâte à souder (SPI) + AOI 3D.
Compromis : Ajoute une étape avant le placement des composants (SPI).
Pourquoi : 70 % des défauts SMT proviennent de l'étape d'impression. Le SPI détecte un volume de pâte insuffisant avant même que la pièce ne soit placée, ce qui permet d'économiser des coûts de reprise.

Scénario 5 : Haute fiabilité (automobile/aérospatiale)

Contexte : Exigences IPC Classe 3, tolérance zéro pour les défaillances.
Recommandation : SPI + AOI 3D + AXI + ICT (Test en circuit).
Compromis : Coût le plus élevé et débit le plus lent.
Pourquoi : La redondance est requise. Un défaut manqué par l'AOI doit être détecté par des tests électriques.

Scénario 6 : Héritage ou mélange traversant

Contexte: Cartes SMT qui nécessitent également l'insertion manuelle de grands connecteurs ou condensateurs.
Recommandation: AOI pour SMT + Vérification manuelle pour THT.
Compromis: Approche équilibrée.
Pourquoi: Les machines AOI ont souvent du mal avec la hauteur et la forme variables des composants traversants soudés à la main.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) (de la conception à la fabrication)

Points de contrôle de l'implémentation de la classification des défauts SMT (de la conception à la fabrication)

La mise en œuvre d'une stratégie robuste de classification des défauts SMT commence bien avant que la machine de placement ne démarre. Elle commence dès la phase de conception.

Vous trouverez ci-dessous une liste de contrôle pour vous assurer que votre produit est prêt pour une classification précise des défauts.

1. Examen de la conception pour la fabrication (DFM)

Recommandation: Assurez-vous que les empreintes des composants correspondent aux normes IPC.
Risque: Si les pastilles sont trop petites, l'AOI signalera une "soudure insuffisante" même si le joint est mécaniquement sain.
Acceptation: Réussite de la vérification DFM sans erreurs critiques.
Ressource: Directives DFM.

2. Placement des marqueurs fiduciels

Recommandation: Placez au moins trois marqueurs fiduciels globaux sur les rails du panneau et des marqueurs fiduciels locaux près des composants à pas fin.
Risque: Sans marqueurs fiduciels, la machine AOI ne peut pas aligner son système de coordonnées, ce qui entraîne des faux positifs massifs sur la position.
Acceptation: Marqueurs fiduciels à contraste clair présents dans les données Gerber.

3. Standardisation de la bibliothèque de composants

Recommandation : Utilisez des tailles de boîtier standard. Évitez de mélanger les codes métriques et impériaux dans les BOM.
Risque : Des données de bibliothèque non concordantes amènent la machine à rechercher une résistance deux fois plus grande que la pièce réelle.
Acceptation : Nettoyage de la BOM terminé.

4. Vérification de la conception du pochoir

Recommandation : Optimisez la conception des ouvertures pour le dépôt de pâte.
Risque : Un mauvais dépôt entraîne des ponts. Si le système de classification des défauts n'est pas réglé, il pourrait identifier à tort les ponts comme un "désalignement".
Acceptation : Données de volume SPI comprises entre 80 % et 120 % de la cible.

5. Réglage du profil de refusion

Recommandation : Utilisez un profileur thermique pour vous assurer que tous les joints atteignent le liquidus.
Risque : Les joints de soudure froids sont notoirement difficiles à détecter pour l'AOI 2D.
Acceptation : Le profil est conforme aux spécifications du fabricant de pâte.

6. Configuration des seuils d'inspection

Recommandation : Exécutez une "carte dorée" (carte connue comme bonne) pour enseigner à l'AOI.
Risque : Des tolérances trop strictes entraînent un nombre élevé de faux positifs ; des tolérances trop lâches entraînent des échappements.
Acceptation : Taux de faux positifs < 5000 PPM pendant l'essai.

7. Formation des opérateurs

Recommandation : Formez les opérateurs aux critères de joint de soudure et à la manière de vérifier les drapeaux AOI.
Risque : Les opérateurs peuvent avoir l'habitude de cliquer sur "Accepter" pour les faux positifs, acceptant finalement un vrai défaut.
Acceptation : Opérateurs certifiés IPC-A-610.

8. Boucle de rétroaction des données

Recommandation : Renvoyez les données AOI à l'imprimante et à la machine de placement.
Risque : Corriger les défauts sans corriger la source garantit qu'ils se reproduiront.
Acceptation : La capacité du processus (Cpk) s'améliore avec le temps.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) (et l'approche correcte)

Même avec des équipements haut de gamme, les fabricants rencontrent souvent des difficultés avec la classification des défauts SMT. Voici les pièges les plus courants et comment APTPCB les évite.

1. Ignorer la fatigue des "faux positifs"

Erreur : Les ingénieurs règlent la sensibilité de l'AOI au maximum pour tout détecter. La machine signale 50 erreurs par carte, dont 49 sont fausses.
Conséquence : L'opérateur cesse de regarder attentivement et accepte en masse la liste, manquant le seul défaut réel.
Correction : Ajuster l'éclairage et les algorithmes pour réduire les faux positifs à un niveau gérable.

2. Se fier uniquement au test électrique (ICT)

Erreur : Supposer que si une carte passe le test électrique, elle est parfaite.
Conséquence : Une soudure "presque ouverte" (à peine en contact) passera le test électrique mais échouera sur le terrain après des vibrations.
Correction : L'inspection visuelle (AOI/Rayons X) est obligatoire pour vérifier l'intégrité structurelle, et pas seulement la connectivité.

3. Nomenclature des défauts incohérente

Erreur : Un opérateur l'appelle "soudure insuffisante", un autre l'appelle "ouvert".
Conséquence : L'analyse des données devient impossible. Vous ne pouvez pas suivre la cause première si les données sont désordonnées.
Correction : Standardiser le dictionnaire des défauts basé sur les termes IPC.

4. Omission de l'ISP (Inspection de la Pâte à Souder)

Erreur : Considérer l'ISP comme un coût inutile.
Conséquence : Les défauts sont détectés en fin de ligne (après refusion), nécessitant une reprise coûteuse avec des fers à souder.
Correction : Détecter les problèmes de pâte immédiatement après l'impression. Nettoyer une carte est moins cher que de dessouder des composants.

5. Négliger les effets d'ombrage

Erreur : Placer des composants hauts (condensateurs électrolytiques) juste à côté de petites résistances.
Conséquence : Le composant haut bloque la vue de la caméra AOI ou projette une ombre, rendant l'inspection impossible.
Correction : Aborder la disposition des composants pendant la phase DFM.

6. Manque de calibration

Erreur : Ne pas calibrer régulièrement l'équipement d'inspection.
Conséquence : La dérive de mesure entraîne une classification imprécise des décalages ou inclinaisons de composants.
Correction : Maintenance et calibration programmées à l'aide d'artefacts certifiés.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) (L'Inspection Optique Automatisée (AOI), inspection aux rayons X)

Q : Quelle est la différence entre l'inspection AOI et l'inspection aux rayons X ? R : L'AOI utilise des caméras et de la lumière pour inspecter les caractéristiques visibles comme le placement des composants et les joints de soudure visibles. Les rayons X pénètrent la carte pour inspecter les caractéristiques cachées, telles que les billes BGA ou les vides à l'intérieur d'un joint de soudure.

Q : Comment calcule-t-on le DPMO pour un PCB ? A: DPMO = (Total Number of Defects / (Total Number of Units × Total Opportunities per Unit)) × 1,000,000. Une "opportunité" est toute chance de défaut, comme le placement d'un composant ou une soudure.

Q: Qu'est-ce qu'un "Champagne Void" ? A: Il s'agit d'un type spécifique de vide trouvé dans les BGA, où le vide est situé à l'interface entre la bille de soudure et le pad du boîtier. C'est un défaut critique souvent causé par des problèmes de placage.

Q: La classification des défauts peut-elle être entièrement automatisée ? A: Bien que les machines (AOI/SPI) effectuent le gros du travail de détection, la classification finale nécessite souvent une vérification humaine pour éliminer les fausses alertes. L'AOI basée sur l'IA réduit le besoin d'intervention humaine, mais la supervision humaine reste cruciale pour les produits de Classe 3.

Q: Quelle est la différence entre IPC Classe 2 et Classe 3 concernant les défauts ? A: La Classe 2 autorise certaines imperfections (par exemple, un remplissage vertical de 50 % dans un barillet de trou traversant). La Classe 3 est plus stricte (par exemple, un remplissage vertical de 75 %) car le produit doit fonctionner sans interruption dans des environnements difficiles.

Q: Pourquoi le "Head-in-Pillow" est-il difficile à détecter ? A: Le Head-in-Pillow (HiP) se produit lorsqu'une bille BGA repose sur la pâte mais ne fusionne pas. Il passe souvent les tests électriques DC mais échoue à hautes fréquences ou sous contrainte thermique. La radiographie est généralement nécessaire pour détecter la subtile différence de forme.

Q: APTPCB fournit-il des rapports d'inspection ? A: Oui. Nous pouvons fournir des rapports AOI, de radiographie et FAI sur demande pour valider que le processus de classification des défauts SMT a été suivi.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT) (termes clés)

Terme	Définition
AOI	Inspection Optique Automatisée. Utilise des caméras pour scanner les PCB à la recherche de défaillances catastrophiques et de défauts de qualité.
Pontage	Un défaut où la soudure connecte deux ou plusieurs pastilles adjacentes qui devraient être électriquement isolées (Court-circuit).
Coplanarité	La condition où toutes les broches d'un composant se trouvent sur le même plan géométrique. Un manque de coplanarité entraîne des joints ouverts.
DPMO	Défauts par Million d'Opportunités. Une métrique standard pour la qualité des processus.
Repère fiduciel	Un marqueur en cuivre sur le PCB utilisé par les machines d'assemblage comme point de référence pour l'alignement.
Head-in-Pillow	Un défaut BGA où la bille de soudure repose sur la pâte de la pastille mais ne fusionne pas complètement.
IPC-A-610	La norme industrielle pour l'acceptabilité des assemblages électroniques.
Effet Manhattan	Également connu sous le nom de Tombstoning. Un composant se dresse sur une extrémité en raison de forces de mouillage inégales pendant le refusion.
Désaxement	Un défaut où le composant est tourné ou décalé de sa pastille cible mais reste électriquement connecté.
Formation de billes de soudure	Grosses billes de soudure qui se forment le long des composants CMS, souvent dues à un excès de pâte.
SPI	Inspection de la Pâte à Souder. Mesure le volume, la hauteur et la surface des dépôts de pâte à souder.
Tombstoning	Voir Effet Manhattan.
Vides	Espaces vides ou poches d'air à l'intérieur d'une joint de soudure. Acceptable jusqu'à un certain pourcentage (généralement 25 %).
Mouillage	La capacité de la soudure fondue à s'étaler et à se lier à la surface métallique du pad et de la patte du composant.

Les lignes de Technologie de Montage en Surface (SMT), prochaines étapes

Maîtriser la classification des défauts SMT ne consiste pas seulement à acheter la machine d'inspection la plus chère. Il s'agit d'intégrer la conception, le contrôle des processus et la validation dans un système cohérent. En comprenant la hiérarchie des défauts, en surveillant des métriques comme le DPMO et en sélectionnant les bons outils d'inspection pour votre scénario spécifique, vous pouvez réduire considérablement les risques et améliorer le rendement.

Chez APTPCB, nous utilisons une stratégie d'inspection multi-étapes – incluant SPI, AOI 3D et rayons X – pour garantir que chaque carte répond à votre classe IPC spécifiée.

Prêt à passer votre conception en production ? Lors de la soumission de vos données pour une revue DFM ou un devis, veuillez fournir :

Fichiers Gerber : Y compris les couches de pâte, de masque et de sérigraphie.
BOM (Nomenclature) : Avec les numéros de pièce du fabricant.
Dessins d'assemblage : Indiquant la polarité et les instructions spéciales.
Exigences de test : Spécifiez si vous avez besoin d'ICT, de FCT ou d'une couverture radiographique spécifique.
Classe IPC : Spécifiez si vous avez besoin des normes d'inspection de Classe 2 ou de Classe 3. S'assurer que ces détails sont clairs dès le premier jour nous permet de calibrer nos protocoles de classification des défauts SMT à vos besoins exacts, en vous livrant un produit auquel vous pouvez faire confiance.