Stratégies optimisées pour réduire les coûts de test et d’inspection tout en améliorant la qualité de fabrication

par Paul Groome, Machine Vision Products, Inc.

Publié dans US-Tech, édition de mai 2009

Dans l’environnement économique actuel, l’optimisation des coûts de fabrication — et en particulier des coûts de test et d’inspection — figure en tête des priorités de la plupart des entreprises. Pourtant, nous devons toujours garantir le plus haut niveau de qualité pour les expéditions aux clients. Ces deux objectifs, la réduction des coûts et l’amélioration de la qualité, peuvent être atteints en sélectionnant soigneusement la stratégie de test et d’inspection utilisée en fabrication. Comprendre les avantages et la couverture des défauts offerts par les différentes solutions est essentiel pour atteindre la meilleure qualité au coût le plus bas.

La majorité des techniques de test et d’inspection utilisées aujourd’hui existent depuis longtemps. La plupart ont été développées à la fin des années 1980, lorsque les procédés de fabrication étaient principalement basés sur la technologie traversante (through-hole). Pourquoi, alors que les procédés SMT ont été introduits il y a plus de quinze ans, utilisons-nous encore les mêmes équipements et méthodologies de test ?

La plupart des fabricants avec lesquels j’ai travaillé utilisent les mêmes techniques de test que celles utilisées il y a vingt ans : ICT, inspection visuelle, MDA et test fonctionnel. Est-ce réellement la façon la plus efficace d’assurer la qualité du processus et les coûts les plus bas ? Non. Dans la majorité des cas, l’AOI complète combinée au Boundary Scan permet d’identifier presque tous les défauts de production et défauts électriques.

Si l’on observe les procédés actuels, il existe une multitude de techniques automatisées de test et d’inspection pour détecter les défauts et améliorer la qualité : systèmes In-Circuit Test (ICT), Manufacturing Defect Analyzers (MDA), inspection optique automatisée complète (AOI-Full), inspection optique automatisée comparative (AOI-Comp), test fonctionnel (FT), Boundary Scan (BScan), inspection automatique par rayons X (AXI) et Flying Probers (FP).

Figure 1 – Taux DPMO typiques pour les boîtiers

Chaque plateforme a ses propres capacités permettant de détecter différents types de défauts, chacune avec des coûts différents et un niveau de résolution diagnostique particulier. La question devient donc :

Quelles solutions dois-je utiliser pour répondre aux défis actuels de l’assemblage SMT ?

♦ Définir une stratégie de test et d’inspection pour les procédés actuels

Le premier aspect essentiel consiste à comprendre les défauts générés par votre processus ainsi que les niveaux de qualité exigés par vos clients.

Les types de composants, la densité des cartes et les équipements utilisés influencent la qualité de l’assemblage final. Les valeurs DPMOJ (défauts par million d’opportunités par jonction) pour les boîtiers actuels vont de moins de 50 DPMOJ à plus de 15 000 DPMOJ. Les boîtiers de type “area array” sont généralement les plus fiables lors du placement et du refusion, tandis que les composants à pas fin présentent souvent les taux de défauts les plus élevés. Les Figures 1 et 2 détaillent les DPMOJ typiques basés sur les données de clients MVP. Les membres de l’iNEMI ou de l’IPC disposent d’outils pour calculer les capacités du processus, les rendements attendus et les taux de défauts.

Pour les tests et l’inspection, il est essentiel que la capacité du système corresponde à la capacité de votre processus pour garantir les meilleurs rendements.

♦ Capacités du système : quel est le coût de détection d’un défaut ?

Comme le montre la Figure 3, chaque technique a ses propres capacités et ses propres coûts. Analysons les options en ligne disponibles aujourd’hui.

♦ In-Circuit Test (ICT) et Manufacturing Defect Analyzers (MDA)

L’avantage principal de l’ICT est sa capacité à offrir une couverture fonctionnelle pour les dispositifs numériques. Toutefois, en raison du temps requis pour générer des modèles de test complets, la plupart des utilisateurs se contentent aujourd’hui de techniques d’ouvertures capacitives, réduisant ainsi la couverture à une simple vérification des broches.

De plus :

• l’ICT ne teste pas les composants parallèles (ex : condensateurs de découplage),

• il offre une couverture réelle de défauts seulement entre 65 % et 75 %,

• la couverture chute davantage lorsque l’accès électrique est limité par la densité du PCB ou la fréquence du signal.

En termes de coûts :

• systèmes ICT : 50 000 à 500 000 USD

• création d’un fixture et programme pour une grande carte (>5 000 nœuds) : peut dépasser le prix d’un système AOI complet

• même les petites cartes coûtent souvent 20 000 USD et nécessitent 2–3 semaines

Compte tenu des coûts élevés, de la faible couverture et de la diminution de pertinence du test fonctionnel numérique, on peut se demander :

L’ICT est-il encore viable pour les besoins modernes ?

♦ Inspection automatisée par rayons X (AXI)

Les deux grandes technologies 3D disponibles sont :

• la tomosynthèse

• la laminographie

AXI offre la meilleure couverture pour les joints de soudure cachés, mais présente des limites importantes :

• coût : 450 000 à 750 000 USD

• généralement incompatible avec les temps de cycle de ligne

• taux de faux appels très élevés (>5000 ppmJ)

• programmation complexe et lente

À moins d’inspecter des produits extrêmement coûteux et critiques, AXI n’est généralement pas viable.

♦ Boundary Scan (BScan)

Standardisé dans les années 1990, son adoption s’est récemment accélérée en raison de la perte d’accès électrique pour l’ICT/MDA.

Boundary Scan offre :

• la meilleure couverture pour les dispositifs numériques

• le coût par défaut le plus bas

• un prix système entre 10 000 et 25 000 USD

Si les ingénieurs de conception respectent les bonnes pratiques de chaînage, BScan peut offrir une couverture exceptionnelle. Il est aussi idéal pour :

• la programmation ISP

• la programmation de mémoire flash

• la vérification fonctionnelle des circuits numériques

♦ Inspection Optique Automatisée (AOI)

— AOI complète vs AOI comparative

Les deux approches sont souvent confondues, mais elles sont très différentes.

● AOI complète (Full AOI)

• mesure véritablement les paramètres des composants et des joints

• moins sensible aux variations du procédé

• offre la meilleure couverture de défauts

• fournit des capacités de métrologie

• permet l’intégration avec SPC et le contrôle du processus

• redonne une image fidèle du processus réel

● AOI comparative

• compare un composant à une image de référence

• programmation initiale plus rapide

• plus sensible aux variations de procédé

• taux de faux appels beaucoup plus élevé

• couverture plus faible en production réelle

♦ Choisir la bonne stratégie de test et d’inspection

La Figure 5 illustre la couverture totale des défauts pour chaque méthode.

Une stratégie moderne et rentable consiste à combiner :

✔ AOI complète

✔ Boundary Scan

Cette combinaison offre :

• 100 % de couverture des composants

• vérification des valeurs de passifs

• validation fonctionnelle de chaque composant numérique

• très faibles coûts d’exploitation

• programmation rapide (< ½ journée)

• capacités de SPC intégrées

Il s’agit généralement de la meilleure stratégie en termes de rapport coût/couverture.

Pour que cela fonctionne, l’AOI complète doit proposer :

• métrologie avancée

• techniques Tri-Color

• capacités de mesure flexibles

• haute résolution

• outils de programmation rapides (comme ePro)

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