Инспекция первого образца (FAI) для PCBA: Контрольный список и руководство по стандартам качества

Краткий ответ (30 секунд)

Надежная первичная инспекция изделия (FAI) для PCBA: контрольный список гарантирует, что производственный процесс правильно откалиброван до начала серийного производства. Этот этап валидации предотвращает системные дефекты, такие как неправильное размещение компонентов, проблемы с оплавлением или несоответствия в спецификации (BOM).

Проверка соответствия BOM: Убедитесь, что каждый установленный компонент соответствует номеру детали производителя (MPN) и значению в спецификации.
Проверка полярности: Осмотрите все диоды, микросхемы и электролитические конденсаторы на предмет правильной ориентации относительно шелкографии.
Качество пайки: Проверьте галтели на соответствие стандартам IPC-A-610 (Класс 2 или 3); ищите смачивание, мосты или холодные пайки.
Скрытые соединения: Используйте рентген для проверки BGA и QFN, убедившись, что пустоты находятся в допустимых пределах (обычно <25%).
Первое включение: Измерьте сопротивление на шинах питания относительно земли перед подачей напряжения, чтобы предотвратить катастрофические короткие замыкания.
Документация: Запишите все измерения и визуальные доказательства в официальный отчет FAI для отслеживаемости.

Когда применяется (и когда нет) первичная инспекция изделия (FAI) для PCBA: контрольный список

Понимание того, когда следует запускать полный процесс FAI, экономит время при сохранении контроля качества.

Когда применяется:

Внедрение нового продукта (NPI): Самый первый запуск нового дизайна требует полной валидации процесса сборки.
Изменения в дизайне: Любое изменение медного слоя, компонентов BOM или дизайна трафарета требует новой FAI.
Изменения в процессе: Если сборочная линия переходит на новую машину или меняется химия паяльной пасты, первый выпуск должен быть проверен.
Длительные перерывы в производстве: Возобновление производства после перерыва (например, >12 месяцев) часто вызывает повторную валидацию для обеспечения действительности настроек машины.
Смена поставщиков: Переход на других производителей печатных плат или сборочные предприятия требует нового первого образца для проверки их специфических возможностей.

Когда это не применяется:

Непрерывное производство: Во время стабильного серийного производства используются статистический контроль процессов (SPC) и выборочный контроль вместо полной FAI для каждой платы.
Незначительные некритические замены: Замена пассивного резистора на идентичный по спецификации от другого утвержденного поставщика (AVL) может не требовать полной FAI, если форм-фактор идентичен.
Изготовление голых плат: Хотя голые платы проходят собственную проверку, инспекция первого образца (FAI) для PCBA: контрольный список специально нацелена на собранное состояние, а не только на подложку.
Только обновления прошивки: Если аппаратное обеспечение остается неизменным и прошивается только программное обеспечение, аппаратная FAI не требуется (хотя функциональное тестирование по-прежнему необходимо).

Правила и спецификации

Строгий набор правил определяет критерии прохождения/непрохождения для первого образца. Эти параметры гарантируют соответствие платы стандартам надежности до обработки остальной партии.

Правило	Рекомендуемое значение/диапазон	Почему это важно	Как проверить	В случае игнорирования
Наличие компонентов	100% соответствие спецификации (BOM)	Отсутствующие детали немедленно нарушают функциональность.	Визуальный осмотр или сравнение с помощью AOI.	Плата не проходит функциональный тест; дорогостоящая доработка.
Полярность/Ориентация	Соответствие шелкографии/монтажному чертежу	Перевернутые конденсаторы взрываются; перевернутые ИС сгорают.	Визуальная проверка маркеров вывода 1.	Катастрофический отказ при включении питания.
Форма паяного галтеля	Вогнутый мениск	Указывает на правильное смачивание и прочное механическое соединение.	Микроскоп (угол 45°) или AOI.	Слабые соединения трескаются при термоциклировании.
Пустоты в BGA	< 25% площади шарика (IPC Класс 2)	Чрезмерные пустоты увеличивают тепловое сопротивление и ослабляют соединения.	Рентгеновский контроль (2D или 3D).	Прерывистые сбои соединения в полевых условиях.
Паяные перемычки	0 коротких замыканий разрешено	Соединяет несвязанные цепи, вызывая сбои.	Электрический тест или увеличенный визуальный контроль.	Короткие замыкания; потенциальное повреждение компонентов.
Выравнивание компонентов	< 50% нависания контактной площадки разрешено	Несоосность уменьшает площадь контакта и надежность.	AOI или микроскоп с большим увеличением.	Эффект надгробия или слабый электрический контакт.
Образование шариков припоя	Нет > 0,13 мм (свободных)	Свободные шарики могут отделиться и вызвать короткие замыкания позже.	Визуальный осмотр после промывки.	Случайные короткие замыкания во время вибрации/работы.
Заполнение сквозных отверстий	> 75% вертикального заполнения (Класс 2)	Обеспечивает механическую прочность для разъемов/выводов.	Рентгеновский или поперечный анализ.	Выводы разъемов вырываются под нагрузкой.
Чистота (Флюс)	< 1,56 мкг/см² экв. NaCl	Коррозионные остатки со временем ухудшают работу схем.	Тест ROSE или ионная хроматография.	Дендритный рост и токи утечки.
Деформация печатной платы	< 0,75% от диагонали	Чрезмерный изгиб нагружает паяные соединения и компоненты.	Измерение на плоском столе с помощью калибра.	Трещины в MLCC или шариках припоя BGA.

Этапы реализации

Выполнение инспекции первого образца (FPI) для PCBA: контрольный список требует систематического подхода. APTPCB (APTPCB PCB Factory) рекомендует следовать этим последовательным шагам для раннего выявления ошибок.

Проверка спецификации (BOM) и данных
- Действие: Сравнить полученные компоненты с утвержденной спецификацией (BOM) и файлами Gerber.
- Ключевой параметр: Номер детали производителя (MPN) и количество.
- Приемлемость: 100% совпадение; никаких неутвержденных замен.
Инспекция паяльной пасты (SPI)
- Действие: Измерить объем и высоту паяльной пасты на голой печатной плате перед установкой компонентов.
- Ключевой параметр: Высота пасты (обычно 100-150 мкм в зависимости от трафарета).

Приемлемость: Объем в пределах ±50% от целевого значения апертуры; отсутствие перемычек.

Монтаж и оплавление первой платы
- Действие: Пропустить одну печатную плату через установщик компонентов и печь оплавления.
- Ключевой параметр: Профиль оплавления (Время выше ликвидуса: 60-90с).
- Приемлемость: Температурный профиль соответствует спецификации производителя пасты; компоненты остаются на месте.
Автоматическая оптическая инспекция (АОИ)
- Действие: Сканировать запаянную плату для проверки видимых дефектов, таких как перекос, эффект надгробия или отсутствующие компоненты.
- Ключевой параметр: аои против рентгеновской инспекции: какие дефекты обнаруживает каждая (АОИ обнаруживает проблемы прямой видимости).
- Приемлемость: Отсутствие отмеченных ошибок; ложные срабатывания проверены вручную.
Рентгеновская инспекция (AXI)
- Действие: Инспектировать скрытые паяные соединения под BGA, QFN и LGA.
- Ключевой параметр: контроль пустот в BGA: критерии трафарета, оплавления и рентгена (Процент пустот).
- Приемлемость: Пустоты < 25%; однородная форма и выравнивание шариков.
Ручная визуальная инспекция
- Действие: Человек-инспектор проверяет косметические дефекты, размещение этикеток и нестандартные компоненты.
- Ключевой параметр: Стандарты качества изготовления IPC-A-610.
- Приемлемость: Отсутствие царапин, ожогов или мусора.
Проверка импеданса и электробезопасности
- Действие: Измерить сопротивление между шинами VCC и GND перед подачей питания.
- Ключевой параметр: Сопротивление > 100Ω (или ожидаемое проектное значение).

Приемка: Отсутствие коротких замыканий на линиях питания.

Функциональное тестирование (FCT)
- Действие: Включить плату и запустить тестовую прошивку для проверки логики и ввода/вывода.
- Ключевой параметр: Уровни напряжения (например, 3.3В ± 5%).
- Приемка: Прохождение всех функциональных тестовых случаев.
Генерация отчета FAI
- Действие: Скомпилировать все данные, изображения и измерения в подписанный документ.
- Ключевой параметр: Прослеживаемость (Серийный номер, Дата, Инспектор).
- Приемка: Подписанное одобрение от инженера по качеству.

Режимы отказа и устранение неисправностей

Даже при строгом контрольном списке первый образец может выйти из строя. Быстрое выявление первопричины позволяет возобновить производство.

1. Эффект "надгробия" (Компонент стоит на одном конце)

Причины: Неравномерный нагрев, несбалансированные размеры контактных площадок или проблемы с апертурой трафарета.
Проверки: Проверить конструкцию теплового отвода на контактных площадках; проверить, не подключена ли одна контактная площадка к большой заземляющей плоскости без отвода.
Исправление: Отрегулировать профиль оплавления (зона выдержки) или изменить трафарет, чтобы уменьшить количество пасты на быстрее плавящейся контактной площадке.
Предотвращение: Соблюдать рекомендации DFM относительно симметрии контактных площадок.

2. BGA Head-in-Pillow (HiP)

Причины: Деформированная печатная плата или компонент, недостаточная активность флюса или окисление пасты.
Проверки: Проверить копланарность компонента и пиковую температуру профиля оплавления.
Исправление: Переключиться на высокоактивную паяльную пасту или использовать среду оплавления в азоте.
Предотвращение: Используйте материалы для печатных плат с меньшим короблением, такие как Isola PCB, для высокотемпературных применений.

3. Паяльные перемычки (короткие замыкания)

Причины: Избыток паяльной пасты, слишком большие апертуры трафарета или слишком высокое давление при установке компонента.
Проверки: Проверьте данные SPI на объем пасты; проверьте настройки высоты Z установки компонентов.
Исправление: Уменьшите размер апертуры трафарета на 10% или очистите нижнюю часть трафарета.
Предотвращение: Внедрите частые циклы очистки трафарета.

4. Холодные паяные соединения

Причины: Недостаточный нагрев во время оплавления или нарушение соединения во время охлаждения.
Проверки: Проанализируйте профиль оплавления по сравнению с техническим паспортом паяльной пасты.
Исправление: Увеличьте пиковую температуру или время выше ликвидуса (TAL).
Предотвращение: Регулярное профилирование печи и проверка термопар.

5. Несоосные компоненты

Причины: Ошибка зрения установщика, сбой распознавания реперных знаков платы или вибрация конвейера.
Проверки: Проверьте четкость реперных знаков и координаты машинного зрения.
Исправление: Перекалибруйте машинное зрение или очистите реперные знаки на печатной плате.
Предотвращение: Убедитесь, что четкие реперные знаки включены в производственные данные печатной платы.

6. Десмачивание (несмачивание)

Причины: Загрязненные контактные площадки, окисленные выводы или просроченная паяльная паста.
Проверки: Проверьте срок годности финишного покрытия печатной платы и срок годности пасты.
Исправление: Запеките печатные платы для удаления влаги или перейдите на свежую пасту.
Предотвращение: Правильное хранение печатных плат (PCB) и влагочувствительных устройств (MSD).

Проектные решения

Успех инспекции первого образца (FAI) для PCBA: контрольный список часто зависит от решений, принятых на этапе проектирования.

Контрольные точки: Включение доступных контрольных точек для всех линий питания и критических сигналов позволяет инженерам легко проверять напряжения во время FAI без зондирования крошечных выводов компонентов.
Индикаторы компонентов: Четкие шелкографические метки для полярности (например, отчетливая точка для вывода 1 или полоса для катодов) уменьшают ошибки ручной проверки.
Реперные знаки: Размещение глобальных и локальных реперных знаков гарантирует точное выравнивание компонентов машиной для установки, уменьшая дефекты перекоса.
Запретные зоны: Достаточное расстояние вокруг крупных компонентов позволяет инструментам для доработки и инспекционному оборудованию (например, 45° AOI-камерам) правильно функционировать.
Выбор материала: Выбор правильного субстрата, такого как материал Rogers для ВЧ-плат, гарантирует, что плата выдержит температуры оплавления без деформации, что критически важно для плоскостности BGA.

Часто задаваемые вопросы

Какова основная цель FAI в PCBA? FAI подтверждает, что производственный процесс может последовательно производить платы, соответствующие проектным спецификациям. Она действует как привратник перед массовым производством для предотвращения массового брака.

Обязательна ли рентгеновская инспекция для FAI? Да, если плата содержит BGA, QFN или другие компоненты с нижними выводами. AOI против рентгеновского контроля: какие дефекты выявляет каждый отличается; AOI не может видеть под этими компонентами для проверки качества паяных соединений.

Чем FAI отличается от FAT (Factory Acceptance Testing)? FAI фокусируется на производственном процессе и физическом качестве первой единицы. FAT — это более широкое тестирование функциональности готовой системы, часто проводимое в конце производства.

Что произойдет, если первый образец не пройдет проверку? Производство останавливается. Выявляется первопричина (например, неправильный трафарет, дефектная деталь), устраняется, и новый первый образец производится и проверяется.

Выполняет ли APTPCB FAI для всех заказов? APTPCB выполняет FAI для всех новых заказов и крупных изменений. Для повторных заказов без изменений используются стандартные средства контроля процесса.

Сколько времени занимает процесс FAI? Обычно это добавляет от 12 до 24 часов к сроку выполнения первой партии. Это время инвестируется для обеспечения правильности тысяч последующих плат.

Могу ли я использовать "эталонную плату" (Golden Board) для FAI? Да, заведомо исправная плата (Golden Board) часто используется в качестве эталона для машин AOI для сравнения с новыми производственными единицами.

Каков стандарт приемки для FAI? Большинство коммерческой электроники использует IPC-A-610 Класс 2. Медицинские, аэрокосмические и автомобильные приложения обычно требуют Класс 3, который имеет более жесткие допуски.

Проверяет ли FAI голую печатную плату? FAI для PCBA предполагает, что голая печатная плата в порядке, но она проверяет, что была использована правильная ревизия печатной платы. Голая печатная плата проходит собственное электрическое тестирование на заводе-изготовителе.

Почему образование пустот в BGA критично при FAI? Контроль образования пустот в BGA: критерии трафарета, оплавления и рентгеновского контроля жизненно важны, потому что пустоты снижают термические и механические характеристики соединения. Высокое количество пустот в первом образце указывает на отклонение процесса, которое необходимо исправить.

Нужно ли доплачивать за FAI? У многих контрактных производителей FAI включена в NRE (Non-Recurring Engineering) или затраты на настройку. Это стандартная часть обеспечения качества.

Можно ли автоматизировать FAI? Частично это возможно (AOI, SPI, AXI), но окончательное утверждение обычно требует, чтобы инженер по качеству вручную проверил данные и физически осмотрел плату.

Что такое "Дельта FAI"? Частичная FAI, выполняемая при внесении лишь небольшого изменения (например, замена значения одного конденсатора). Проверяется только затронутая область.

Проверка первого образца (FAI): Узнайте, что входит в FAI сборки и какие данные вы получите.
Услуги по производству печатных плат: Изучите наши возможности по производству жестких, гибких и жестко-гибких плат.
Получить предложение: Начните свой проект с производителем, который уделяет первостепенное внимание строгим процессам FAI.

Глоссарий (ключевые термины)

Термин	Определение
FAI	Инспекция первого образца; валидация первой производственной единицы.
AOI	Автоматическая оптическая инспекция; проверка видимых дефектов с помощью камеры.
AXI	Автоматическая рентгеновская инспекция; использует рентгеновские лучи для обнаружения скрытых паяных соединений.
BOM	Спецификация материалов; список всех компонентов, необходимых для сборки.
SPI	Инспекция паяльной пасты; 3D-измерение отложений пасты перед установкой.
IPC-A-610	Промышленный стандарт приемлемости электронных сборок.
Профиль оплавления	Кривая зависимости температуры от времени, которую печатная плата испытывает в печи.
Эталонная плата	Проверенная бездефектная плата, используемая для калибровки инспекционных машин.
Эффект надгробия	Дефект, при котором компонент встает на один конец во время оплавления.
Реперная точка	Медная метка на печатной плате, используемая машинами для оптического выравнивания.
MPN	Номер детали производителя; специфический идентификатор компонента.
NPI	Внедрение нового продукта; фаза, на которой FAI наиболее критична.

Заключение

Дисциплинированная инспекция первого образца (FAI) для PCBA: контрольный список — это разница между успешным запуском продукта и дорогостоящим отзывом. Проверяя спецификацию материалов, подтверждая паяные соединения с помощью рентгена и AOI, а также проводя проверки электробезопасности на первом образце, инженеры обеспечивают целостность всего производственного цикла. APTPCB интегрирует эти строгие проверки в каждый рабочий процесс NPI, гарантируя точное соответствие вашим проектным спецификациям. Независимо от того, занимаетесь ли вы прототипированием или масштабированием до серийного производства, проверенный первый образец дает уверенность, необходимую для продолжения.

Для профессиональной сборки со строгим контролем качества, отправьте свой дизайн в APTPCB сегодня.