Inspection du Premier Article (FAI) pour PCBA : Liste de Contrôle et Guide des Normes de Qualité

Réponse rapide (30 secondes)

Une inspection du premier article (FAI) robuste pour PCBA : liste de contrôle garantit que le processus de fabrication est correctement calibré avant le début de la production en volume. Cette étape de validation prévient les défauts systémiques tels que le mauvais placement des composants, les problèmes de refusion ou les non-concordances de la nomenclature (BOM).

Vérifier la concordance BOM : Confirmer que chaque composant installé correspond au numéro de pièce du fabricant (MPN) et à la valeur dans la nomenclature.
Vérifier la polarité : Inspecter toutes les diodes, les circuits intégrés et les condensateurs électrolytiques pour une orientation correcte par rapport à la sérigraphie.
Qualité de la soudure : Valider les congés de soudure par rapport aux normes IPC-A-610 (Classe 2 ou 3) ; rechercher la mouillabilité, les ponts ou les joints froids.
Joints cachés : Utiliser les rayons X pour inspecter les BGA et les QFN, en s'assurant que les vides sont dans des limites acceptables (généralement <25%).
Première mise sous tension : Mesurer la résistance sur les rails d'alimentation par rapport à la masse avant d'appliquer la tension pour éviter les courts-circuits catastrophiques.
Documentation : Enregistrer toutes les mesures et preuves visuelles dans un rapport FAI formel pour la traçabilité.

Quand l'inspection du premier article (FAI) pour PCBA : liste de contrôle s'applique (et quand elle ne s'applique pas)

Comprendre quand déclencher un processus FAI complet permet de gagner du temps tout en maintenant le contrôle qualité.

Quand elle s'applique :

Introduction de Nouveau Produit (NPI) : La toute première production d'un nouveau design nécessite une validation complète du processus d'assemblage.
Révisions de Conception : Toute modification de la disposition du cuivre, des composants de la nomenclature (BOM) ou de la conception du pochoir nécessite une nouvelle FAI.
Changements de Processus : Si la ligne d'assemblage passe à une nouvelle machine ou modifie la chimie de la pâte à souder, la première production doit être vérifiée.
Longues Interruptions de Production : La reprise de la fabrication après une interruption (par exemple, >12 mois) déclenche souvent une nouvelle validation pour s'assurer que les réglages de la machine restent valides.
Changements de Fournisseurs : Le changement de fabricants de PCB ou de maisons d'assemblage nécessite un nouvel article initial pour vérifier leurs capacités spécifiques.

Quand cela ne s'applique pas :

Production Continue : Lors d'une production en volume stable, le contrôle statistique des processus (SPC) et l'échantillonnage sont utilisés au lieu d'une FAI complète sur chaque carte.
Substitutions Mineures Non Critiques : Le remplacement d'une résistance passive par une spécification identique provenant d'un fournisseur agréé (AVL) différent peut ne pas nécessiter une FAI complète si le facteur de forme est identique.
Fabrication de Cartes Nues : Bien que les cartes nues subissent leur propre inspection, l'inspection du premier article (FAI) pour PCBA : liste de contrôle cible spécifiquement l'état assemblé, et non seulement le substrat.
Mises à Jour du Firmware Uniquement : Si le matériel reste inchangé et que seul le logiciel est flashé, une FAI matérielle est inutile (bien que des tests fonctionnels soient toujours requis).

Règles et spécifications

Un ensemble strict de règles définit les critères de réussite/échec pour le premier article. Ces paramètres garantissent que la carte respecte les normes de fiabilité avant que le reste du lot ne soit traité.

Règle	Valeur/Plage recommandée	Pourquoi c'est important	Comment vérifier	Si ignoré
Présence des composants	Correspondance à 100% avec la nomenclature (BOM)	Les pièces manquantes interrompent immédiatement la fonctionnalité.	Inspection visuelle ou comparaison AOI.	La carte échoue au test fonctionnel ; reprise coûteuse.
Polarité/Orientation	Correspondance sérigraphie/plan d'assemblage	Les condensateurs inversés explosent ; les CI inversés grillent.	Vérification visuelle des marqueurs de la broche 1.	Défaillance catastrophique à la mise sous tension.
Forme du congé de soudure	Ménisque concave	Indique un mouillage correct et une forte liaison mécanique.	Microscope (angle de 45°) ou AOI.	Les joints faibles se fissurent sous les cycles thermiques.
Vides BGA	< 25% de la surface de la bille (IPC Classe 2)	Les vides excessifs augmentent la résistance thermique et affaiblissent les joints.	Inspection aux rayons X (2D ou 3D).	Défaillances de connexion intermittentes sur le terrain.
Pont de soudure	0 courts-circuits autorisés	Connecte des réseaux non liés, provoquant des dysfonctionnements.	Test électrique ou vérification visuelle agrandie.	Courts-circuits ; dommages potentiels aux composants.
Alignement des composants	< 50% de dépassement de pastille autorisé	Le désalignement réduit la surface de contact et la fiabilité.	AOI ou microscope à fort grossissement.	Effet de pierre tombale ou contact électrique faible.
Formation de billes de soudure	Aucune > 0,13 mm (lâche)	Les billes lâches peuvent se détacher et provoquer des courts-circuits plus tard.	Inspection visuelle après lavage.	Courts-circuits aléatoires pendant les vibrations/le fonctionnement.
Remplissage des trous traversants	> 75% de remplissage vertical (Classe 2)	Assure la résistance mécanique des connecteurs/fils.	Analyse aux rayons X ou en coupe transversale.	Les fils des connecteurs se détachent sous contrainte.
Propreté (Flux)	< 1,56 µg/cm² équiv. NaCl	Les résidus corrosifs dégradent les circuits au fil du temps.	Test ROSE ou Chromatographie Ionique.	Croissance dendritique et courants de fuite.
Déformation du PCB	< 0,75% de la diagonale	Une courbure excessive sollicite les joints de soudure et les composants.	Mesure sur table plate avec jauge.	Fissures dans les MLCC ou les billes de soudure BGA.

Étapes de mise en œuvre

L'exécution d'une inspection du premier article (FAI) pour PCBA : liste de contrôle nécessite une approche systématique. APTPCB (APTPCB PCB Factory) recommande de suivre ces étapes séquentielles pour détecter les erreurs précocement.

Vérification de la nomenclature (BOM) et des données
- Action : Comparer les composants reçus avec la nomenclature (BOM) approuvée et les fichiers Gerber.
- Paramètre clé : Référence fabricant (MPN) et quantité.
- Acceptation : Correspondance à 100 % ; pas de substituts non approuvés.
Inspection de la pâte à souder (SPI)
- Action : Mesurer le volume et la hauteur de la pâte à souder sur le PCB nu avant le placement des composants.
- Paramètre clé : Hauteur de la pâte (généralement 100-150µm selon le pochoir).

Acceptation: Volume à ±50% de la cible d'ouverture; pas de pontage.

Montage et Refusion de la Première Carte
- Action: Faire passer une seule carte PCB à travers la machine de placement et le four de refusion.
- Paramètre Clé: Profil de refusion (Temps au-dessus du Liquidus : 60-90s).
- Acceptation: Le profil de température correspond aux spécifications du fabricant de la pâte; les composants restent en place.
Inspection Optique Automatisée (AOI)
- Action: Scanner la carte soudée pour vérifier les défauts visibles tels que l'inclinaison, le tombstoning ou les pièces manquantes.
- Paramètre Clé: inspection aoi vs rayons x: quels défauts chacune détecte (L'AOI détecte les problèmes de ligne de vue).
- Acceptation: Aucune erreur signalée; les faux positifs vérifiés manuellement.
Inspection aux Rayons X (AXI)
- Action: Inspecter les joints de soudure cachés sous les BGA, QFN et LGA.
- Paramètre Clé: contrôle des vides bga: critères de pochoir, de refusion et de rayons x (Pourcentage de vides).
- Acceptation: Vides < 25%; forme et alignement des billes cohérents.
Inspection Visuelle Manuelle
- Action: L'inspecteur humain vérifie les problèmes esthétiques, le placement des étiquettes et les composants non standard.
- Paramètre Clé: Normes de fabrication IPC-A-610.
- Acceptation: Aucune rayure, brûlure ou débris.
Vérification de l'Impédance et de la Sécurité Électrique
- Action: Mesurer la résistance entre les rails VCC et GND avant d'appliquer l'alimentation.
- Paramètre Clé: Résistance > 100Ω (ou valeur de conception attendue).

Acceptation: Pas de courts-circuits francs sur les lignes d'alimentation.

Test Fonctionnel (FCT)
- Action: Mettre la carte sous tension et exécuter le firmware de test pour valider la logique et les E/S.
- Paramètre Clé: Niveaux de tension (ex. 3.3V ± 5%).
- Acceptation: Réussir tous les cas de test fonctionnel.
Génération du Rapport FAI
- Action: Compiler toutes les données, images et mesures dans un document signé.
- Paramètre Clé: Traçabilité (Numéro de série, Date, Inspecteur).
- Acceptation: Approbation signée de l'Ingénieur Qualité.

Modes de défaillance et dépannage

Même avec une liste de contrôle rigoureuse, le premier article peut échouer. L'identification rapide de la cause profonde permet de reprendre la production.

1. Effet Tombstoning (Composant dressé sur une extrémité)

Causes: Chauffage inégal, tailles de pastilles déséquilibrées ou problèmes d'ouverture de pochoir.
Vérifications: Vérifier la conception du dégagement thermique sur les pastilles ; vérifier si une pastille est connectée à un grand plan de masse sans dégagement.
Correction: Ajuster le profil de refusion (zone de trempage) ou modifier le pochoir pour réduire la pâte sur la pastille qui fond plus rapidement.
Prévention: Respecter les directives DFM concernant la symétrie des pastilles.

2. BGA Head-in-Pillow (HiP)

Causes: PCB ou composant déformé, activité insuffisante du flux ou oxydation de la pâte.
Vérifications: Inspecter la coplanarité du composant et la température de pointe du profil de refusion.
Correction: Passer à une pâte à souder à haute activité ou utiliser un environnement de refusion sous azote.
Prévention : Utilisez des matériaux de PCB à faible déformation comme Isola PCB pour les applications à haute température.

3. Ponts de soudure (Courts-circuits)

Causes : Pâte à souder excessive, ouvertures de pochoir trop grandes ou pression de placement des composants trop élevée.
Vérifications : Examinez les données SPI pour le volume de pâte ; vérifiez les réglages de hauteur Z du pick-and-place.
Correction : Réduisez la taille de l'ouverture du pochoir de 10 % ou nettoyez le dessous du pochoir.
Prévention : Mettez en œuvre des cycles de nettoyage fréquents du pochoir.

4. Joints de soudure froids

Causes : Chaleur insuffisante pendant la refusion ou joint perturbé pendant le refroidissement.
Vérifications : Analysez le profil de refusion par rapport à la fiche technique de la pâte à souder.
Correction : Augmentez la température de pointe ou le temps au-dessus du liquidus (TAL).
Prévention : Profilage régulier du four et vérifications des thermocouples.

5. Composants mal alignés

Causes : Erreur de vision du pick-and-place, échec de la reconnaissance des repères de la carte ou vibration du convoyeur.
Vérifications : Vérifiez la clarté des repères et les coordonnées de la vision industrielle.
Correction : Recalibrez la vision industrielle ou nettoyez les marqueurs de repère sur le PCB.
Prévention : Assurez-vous que des repères clairs sont inclus dans les données de fabrication du PCB.

6. Démouillage (Dé-mouillage)

Causes : Pads contaminés, broches oxydées ou pâte à souder périmée.
Vérifications : Inspectez la durée de conservation de la finition de surface du PCB et la date d'expiration de la pâte.
Correction : Cuire les PCB pour éliminer l'humidité ou passer à une pâte fraîche.
Prévention : Stockage approprié des PCB et des dispositifs sensibles à l'humidité (MSD).

Décisions de conception

Le succès d'une inspection du premier article (FAI) pour PCBA : liste de contrôle dépend souvent des décisions prises pendant la phase de conception.

Points de test : L'inclusion de points de test accessibles pour toutes les lignes d'alimentation et les signaux critiques permet aux ingénieurs de vérifier facilement les tensions pendant la FAI sans sonder les minuscules broches des composants.
Indicateurs de composants : Des marquages sérigraphiques clairs pour la polarité (par exemple, un point distinct pour la broche 1 ou une barre pour les cathodes) réduisent les erreurs d'inspection manuelle.
Repères (Fiducials) : Le placement de repères globaux et locaux garantit que la machine de placement aligne les composants avec précision, réduisant ainsi les défauts d'inclinaison.
Zones d'exclusion : Un espacement adéquat autour des composants volumineux permet aux outils de retouche et aux équipements d'inspection (comme les caméras AOI à 45°) de fonctionner correctement.
Sélection des matériaux : Le choix du bon substrat, tel que le matériau Rogers pour les cartes RF, garantit que la carte résiste aux températures de refusion sans se déformer, ce qui est essentiel pour la planéité des BGA.

FAQ

Quel est l'objectif principal de la FAI dans le PCBA ? La FAI valide que le processus de fabrication peut produire de manière cohérente des cartes qui répondent aux spécifications de conception. Elle agit comme un gardien avant la production de masse pour éviter le gaspillage en volume.

L'inspection aux rayons X est-elle obligatoire pour la FAI ? Oui, si la carte contient des BGA, des QFN ou d'autres composants à terminaison inférieure. Inspection AOI vs rayons X : les défauts détectés par chacun diffèrent ; l'AOI ne peut pas voir sous ces composants pour vérifier la qualité des joints de soudure.

En quoi le FAI diffère-t-il du FAT (Factory Acceptance Testing) ? Le FAI se concentre sur le processus de fabrication et la qualité physique de la première unité. Le FAT est un test plus large de la fonctionnalité du système fini, souvent réalisé en fin de production.

Que se passe-t-il si le premier article échoue ? La production est arrêtée. La cause première est identifiée (par exemple, pochoir incorrect, pièce défectueuse), corrigée, et un nouveau premier article est produit et inspecté.

APTPCB effectue-t-il le FAI pour toutes les commandes ? APTPCB effectue le FAI pour toutes les nouvelles commandes et les révisions majeures. Pour les commandes répétées sans modifications, des contrôles de processus standard sont utilisés.

Combien de temps prend le processus FAI ? Il ajoute généralement 12 à 24 heures au délai de livraison du premier lot. Ce temps est investi pour s'assurer que les milliers de cartes qui suivent sont correctes.

Puis-je utiliser une "Golden Board" pour le FAI ? Oui, une carte reconnue comme bonne (Golden Board) est souvent utilisée comme référence pour les machines AOI afin de la comparer aux nouvelles unités de production.

Quel est le standard d'acceptation pour le FAI ? La plupart des produits électroniques commerciaux utilisent la norme IPC-A-610 Classe 2. Les applications médicales, aérospatiales et automobiles exigent généralement la Classe 3, qui a des tolérances plus strictes.

Le FAI vérifie-t-il le PCB nu ? L'FAI PCBA suppose que le PCB nu est bon, mais elle vérifie que la révision correcte du PCB a été utilisée. Le PCB nu subit son propre test électrique chez le fabricant.

Pourquoi les vides BGA sont-ils critiques dans l'FAI ? Le contrôle des vides BGA : critères de pochoir, de refusion et de rayons X sont essentiels car les vides réduisent les performances thermiques et mécaniques du joint. Un taux élevé de vides dans le premier article indique une dérive du processus qui doit être corrigée.

Dois-je payer un supplément pour l'FAI ? Chez de nombreux fabricants sous contrat, l'FAI est incluse dans les coûts NRE (Non-Recurring Engineering) ou les coûts d'installation. C'est une partie standard de l'assurance qualité.

L'FAI peut-elle être automatisée ? Certaines parties peuvent l'être (AOI, SPI, AXI), mais l'approbation finale nécessite généralement qu'un ingénieur qualité humain examine les données et manipule physiquement la carte.

Qu'est-ce qu'une "FAI Delta" ? Une FAI partielle effectuée lorsqu'une petite modification est apportée (par exemple, le remplacement d'une valeur de condensateur). Seule la zone affectée est inspectée.

Pages et outils associés

Inspection du Premier Article (FAI): Comprenez ce qui est inclus dans une FAI d'assemblage et quelles données vous recevrez.
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Glossaire (termes clés)

Terme	Définition
FAI	Inspection du Premier Article; validation de la première unité de production.
AOI	Inspection Optique Automatisée; contrôle par caméra des défauts visibles.
AXI	Inspection Automatisée par Rayons X; utilise les rayons X pour voir les joints de soudure cachés.
BOM	Nomenclature; la liste de tous les composants requis pour l'assemblage.
SPI	Inspection de la Pâte à Souder; mesure 3D des dépôts de pâte avant le placement.
IPC-A-610	La norme industrielle pour l'acceptabilité des assemblages électroniques.
Profil de Refusion	La courbe température vs. temps que le PCB subit dans le four.
Carte d'Or	Une carte vérifiée sans défaut utilisée pour calibrer les machines d'inspection.
Effet Tombstone	Un défaut où un composant se dresse sur une extrémité pendant la refusion.
Fiducial	Un marqueur en cuivre sur le PCB utilisé par les machines pour l'alignement optique.
MPN	Numéro de Pièce du Fabricant; l'ID spécifique pour un composant.
NPI	Introduction de Nouveau Produit; la phase où la FAI est la plus critique.

Conclusion

Une inspection du premier article (FAI) pour PCBA: liste de contrôle disciplinée fait la différence entre un lancement de produit réussi et un rappel coûteux. En vérifiant la nomenclature, en validant les joints de soudure par rayons X et AOI, et en effectuant des contrôles de sécurité électrique sur la première unité, les ingénieurs garantissent l'intégrité de l'ensemble de la production. APTPCB intègre ces contrôles rigoureux dans chaque flux de travail NPI, garantissant que vos spécifications de conception sont respectées avec précision. Que vous soyez en phase de prototypage ou de production en volume, un premier article vérifié vous donne la confiance nécessaire pour avancer.

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