Guide d'optimisation du placement SMT des cartes PCBA grand public : Objectif de rendement de 99,98 % – Mise en œuvre

1. Avec le développement de l'électronique grand public vers la miniaturisation et la haute intégration, le processus de fabrication des modules CMS (Composants Montés en Surface) pour cartes électroniques est confronté à des défis majeurs : la taille des composants a évolué du format 0402 au format 01005 (0,4 mm × 0,2 mm), et les exigences en matière de précision de placement ont augmenté jusqu'à ±30 µm. Les cartes électroniques des écouteurs TWS, des montres connectées et autres produits ne mesurent que 20 mm × 30 mm, ce qui implique une densité de placement considérablement accrue. Actuellement, des problèmes courants persistent dans le secteur, tels que les soudures défectueuses, les collages incorrects et un manque d'étain. Le taux de rendement des composants CMS se situe généralement entre 95 % et 98 %, et les retouches représentent 10 % à 15 % du coût total d'une carte électronique. Jiepei dispose d'équipements de pointe, notamment un atelier sans poussière de classe 10 000 et une machine de placement haute vitesse Siemens, et a mis en place un système complet de contrôle qualité CMS, atteignant un taux de rendement de 99,98 %. Cet article propose une solution pratique d'optimisation SMT (composants CMS) selon trois axes : la sélection des équipements, l'optimisation des processus, et les tests et le contrôle, afin d'aider l'équipe de production à surmonter les problèmes liés à la haute précision des composants CMS.

2. Analyse des technologies de base : exigences clés pour les patchs CMS sur cartes électroniques grand public

2.1 Normes techniques fondamentales pour les correctifs SMT

2.2 Les principaux points faibles des patchs SMT destinés aux consommateurs

1. Miniaturisation des composants : les boîtiers 01005, BGA/QFP et autres circuits intégrés de haute précision sont difficiles à monter, et la précision des équipements et les paramètres de processus sont extrêmement élevés ;

2. Densité de placement élevée : le nombre de composants sur la petite carte PCBA atteint des centaines, et l’espacement des dispositifs n’est que de 0,3 mm, ce qui est sujet aux pontages et aux collisions.

3. Sensibilité du procédé : La quantité de pâte à braser déposée et la courbe de température du brasage par refusion ont un impact significatif sur le rendement, et les fluctuations des paramètres peuvent facilement entraîner des brasures incorrectes et une étainure continue.

2.3 Matériel de base et support technique pour les correctifs SMT

3. Optimisation de l'ensemble du processus de patch SMT pour cartes électroniques grand public

3.1 Préparation préliminaire : optimisation des équipements et des matériaux

1. Sélection et étalonnage des équipements :

• Impression de pâte à braser : la machine d'impression automatique GKG-G5 est sélectionnée, l'ouverture du pochoir est un processus de découpe laser + électropolissage, la précision de l'ouverture du trou est de ±0,005 mm et la taille de l'ouverture du boîtier 01005 est de 0,3 mm × 0,18 mm (rapport d'aspect 1,67:1) ;

• Équipement de placement : machine de placement à grande vitesse ASM Siemens (modèle HS60), équipée d'un système de reconnaissance visuelle, prend en charge le placement de boîtiers 01005, de BGA et d'autres dispositifs, étalonnage de l'équipement avant le placement, vérification de la répétabilité ≤± 30 μm ;

• Soudage par refusion : four de soudage par refusion Jintuo, nombre de zones de température ≥ 8, vitesse de chauffage contrôlée à 1-3 °C/s et vitesse de refroidissement ≤ 4 °C/s pour éviter les dommages thermiques aux composants ;

2. Contrôle des matériaux :

• Sélection de la pâte à braser : brasure SnBiAg (point de fusion 138 °C), adaptée au brasage à basse température de l'électronique grand public, viscosité de la pâte à braser contrôlée à 100-150 Pa?s (25 °C), à utiliser dans les 4 heures après ouverture ;

• Contrôle des composants : Les composants CMS sont conditionnés sur des machines telles que des bobines et des bandes de découpe. La température de stockage est maintenue entre 15 et 25 °C et l’humidité relative est inférieure ou égale à 60 % afin d’éviter l’oxydation. Les matières premières sont soumises à un contrôle qualité à réception (IQC) pour vérifier l’absence d’oxydation des broches et l’intégrité du boîtier.

3.2 Processus principal : un contrôle précis pour améliorer le rendement

1. Procédé d'impression de la pâte à braser :

• Points de fonctionnement : pression d’impression 0,15-0,25 MPa, vitesse d’impression 20-30 mm/s, vitesse de relâchement 1-3 mm/s ; après l’impression, le détecteur de pâte à braser SPI est utilisé pour détecter la hauteur de la pâte à braser (0,12-0,18 mm), la surface (écart ≤ ±10 %) et les produits non conformes sont automatiquement marqués ;

• Norme de données : rendement d'impression de la pâte à braser ≥ 99,5 %, sinon ajuster l'ouverture du pochoir ou les paramètres d'impression ;

2. Processus de placement :

• Points de fonctionnement : Définir les paramètres de placement en fonction du type de composant, pression de placement du boîtier 01005 0,05-0,1 N, vitesse de placement 50 000 points / heure ; le placement du dispositif BGA adopte un alignement visuel et l'écart de placement ≤ 0,05 mm ;

• Optimisation intelligente : le système AI-MOMS analyse les données de placement et ajuste automatiquement les paramètres de placement afin de réduire le taux de décalage.

3. Procédé de soudage par refusion :

• Optimisation de la courbe de température : Adopter une courbe de température en trois étapes, zone de préchauffage (150-180°C, durée 60-90s), zone de température constante (180-210°C, durée 60-80s) et zone de retour (température maximale 235-245°C, durée 10-15s) pour garantir la formation complète de la couche IMC ;

• Protection à l'azote : Pour les composants de précision, le brasage par refusion adopte une protection à l'azote (teneur en oxygène ≤ 1000 ppm) pour réduire l'oxydation des joints de soudure et réduire le taux de vides.

3.3 Tests et retouches : contrôle qualité de l'ensemble du processus

1. Tests en ligne :

• Inspection AOI : La machine d'inspection AOI en ligne EAGLE 3D est utilisée pour inspecter l'apparence des composants installés, identifier les défauts tels que le mauvais positionnement, le collage manquant, le décalage et le monument, avec une précision de détection de 0,01 mm ;

• Inspection aux rayons X : Utilisez la machine d'inspection quotidienne aux rayons X pour inspecter les joints de soudure qui ne sont pas visibles à l'œil nu, tels que les BGA et les QFP, afin d'identifier les défauts tels que les fausses soudures et les vides, et le taux de vides est qualifié ≤5 % ;

2. Réinspection manuelle : L'équipe de contrôle qualité effectue une réinspection manuelle à 100 % des produits ayant réussi l'inspection AOI et aux rayons X, conformément à la norme IPC-A-610G, en se concentrant sur la vérification des joints de soudure des composants de précision.

3. Processus de retouche : Les produits non conformes sont retouchés par des ingénieurs professionnels, utilisant un pistolet thermique (température 250-280°C) pour démonter avec précision les composants, les remonter et les souder, puis passer à nouveau par l'ensemble du processus de test après retouche ;

4. Garantie Agile : Établir une boucle fermée d'inspection-analyse-optimisation, générer des rapports de qualité pour chaque lot de produits, optimiser les paramètres de processus pour les défauts à haute fréquence et améliorer continuellement les rendements.