Pour les fabricants d’équipements médicaux électroniques, le coût d’un défaut échappé ne se limite pas à la ferraille, à la retouche ou aux réclamations de garantie ; il inclut la sécurité des patients et le risque réglementaire. Les moniteurs des patients, les cartes de commande de ventilateurs et les dispositifs de diagnostic peuvent présenter une brasure inadéquate, une patte relevée ou une mauvaise connexion qui réussit les tests fonctionnels, mais dont le défaut n’est découvert que lorsque le produit est en service. Dans le cas des fabricants qui doivent gérer des PCBAs médicaux à haute fiabilité, chaque inspection doit aller au‑delà de la simple détection des défauts et permettre de les prévenir.
Le besoin de cela a amené l’industrie à s’éloigner des systèmes d’inspection 2D pour adopter des systèmes plus sophistiquésSPI 3D(Inspection de pâte à braser) etAOI 3Dinspection optique automatisée (Automated Optical Inspection). Ces technologies, travaillant ensemble, fournissent des mesures dimensionnelles, un retour d’information sur le procédé et des données de qualité traçables qui permettent de détecter beaucoup plus de défauts et de contrôler le procédé pendant laProcessus d’assemblage SMT.
Les limites de l’inspection 2D traditionnelle
Dans les systèmes conventionnels de SPI et d’AOI en 2D, les assemblages sont principalement évalués en fonction du contraste de leur image, de leur apparence de surface et de la reconnaissance de leurs motifs. Ils sont utiles pour un large éventail d’applications, mais deviennent de moins en moins adaptés à mesure que les PCBAs sont fabriqués avec des composants plus petits, des fenêtres de procédé plus étroites et des pas plus fins.
Trois types de défauts sont présentés comme exemples des problèmes associés à l’inspection visuelle 2D.
Déficiences de volume de soudure
Un système SPI 2D peut vérifier si la pâte à braser est présente dans la zone appropriée et si elle est ou non à la bonne position. Il ne peut pas mesurer directement la hauteur des dépôts ni le volume des dépôts.
Cela signifie qu’un dépôt de pâte sur une image 2D peut paraître correct, mais être de taille insuffisante pour créer une bonne liaison de brasage pendant la refusion. Le défaut peut être créé lors du processus d’impression, mais ne pas être détecté avant une étape ultérieure du processus de fabrication, lorsque la retouche est plus coûteuse et l’analyse des causes profondes plus difficile.
Joints froids et mouillage incomplet
Une autre difficulté peut être due à des soudures froides ou à une mauvaise coalescence des joints de soudure. Dans un grand nombre de cas, ces joints ne répondent pas aux exigences de liaison métallurgique, mais ils restent visuellement satisfaisants.
En raison du fait que l’apparence externe est évaluée en AOI 2D et non en géométrie tridimensionnelle, il peut être difficile de déterminer de telles conditions à partir des seules caractéristiques d’image. Ces faiblesses peuvent se manifester sous forme de défaillances intermittentes ou permanentes lors de cycles thermiques, de vibrations, de contraintes de stérilisation et d’autres contraintes environnementales courantes dans les produits médicaux.
Défauts de coplanarité et effet « tombstone »
Une troisième restriction concerne les défauts le long de l’axe Z. Ces broches peuvent être décollées de la carte, un composant peut avoir des pattes non coplanaires, et une résistance de puce en position « tombstone » peut sembler correcte vue de dessus, mais présenter en réalité une grande différence de hauteur verticale.
Ces conditions peuvent ne pas être identifiées de manière fiable avec un système d’inspection 2D, à moins que la hauteur ne soit mesurée directement. Cependant, ces défauts peuvent avoir un effet délétère sur l’intégrité et la fiabilité des joints de soudure.
SPI 3D : Prévenir les défauts à la source
Le principal avantage de la SPI 3D est qu’elle mesure le volume des dépôts de pâte à braser en plus de réaliser une analyse 2D.
Le système crée un modèle 3D de chaque dépôt de pâte à braser au moment de son impression, grâce à la profilométrie à lumière structurée. Les paramètres mesurés incluent le volume, la hauteur, la surface, le décalage de position et la forme du dépôt, qui sont comparés aux limites de procédé définies.
Cela fournira des informations beaucoup plus complètes sur la qualité de l’impression. Le SPI 3D ne se contentera pas de vérifier la présence de pâte sur un plot, il vérifiera également si la bonne quantité de matériau a été déposée pour créer une liaison de soudure acceptable après refusion.
Ces informations supplémentaires sont particulièrement importantes pour les assemblages médicaux qui comportent fréquemment des boîtiers à pas fin, des composants passifs miniatures et des agencements denses.
Contrôle de procédé en boucle fermée
Les fabricants modernes, les systèmes SPI 3D offrent des avantages par rapport à la détection des défauts. Les données d’inspection peuvent être transférées directement à l’imprimante de pochoirs, formant ainsi unesystème de contrôle de procédé en boucle fermée.
Le système peut détecter une dérive du procédé dans le volume de pâte, son alignement et la qualité d’impression, avant qu’elle ne commence à provoquer un grand nombre de défauts. Les mesures correctives peuvent aller de la correction de l’alignement d’impression aux paramètres d’impression et/ou aux réglages de l’imprimante, en fonction de la configuration de la plateforme.
Ce processus en boucle fermée fait du SPI un outil de contrôle de processus plutôt qu’un simple contrôle de qualité. Le système empêche la création de défauts au lieu de les identifier après qu’ils se sont produits.
Le contrôle de la soudure de la pâte à braser au stade de l’impression est l’un des facteurs qui peuvent affecter de manière significative la qualité de brasage en aval et, par conséquent, le rendement et la fiabilité du SMT.
AOI 3D : Vérification de la qualité d’assemblage après refusion
L’SPI 3D est utilisé pour prévenir les défauts avant la refusion, l’AOI 3D est utilisé pour garantir la qualité de l’assemblage terminé après la soudure.
Alors que l’AOI 2D traditionnelle mesure l’intensité et l’apparence d’une image, l’AOI 3D mesure la hauteur (ou les valeurs z) d’une image à l’aide d’un laser afin de créer une carte topographique de la carte assemblée. Chaque caractéristique inspectée possède une valeur mesurable sur l’axe z, ce qui permet un contrôle dimensionnel plutôt que seulement visuel.
Cela permettra au système d’évaluer la géométrie réelle des articulations et l’implantation des composants avec une précision bien supérieure.
Détection de soudure insuffisante
La capacité de l’AOI 3D permet de détecter des conditions de soudure inacceptables qui peuvent sembler acceptables sur une image 2D. En mesurant la hauteur et la forme des joints de soudure, l’AOI 3D peut détecter les conditions de soudure insuffisantes qui pourraient apparaître comme acceptables sur une image 2D conventionnelle.
Le système n’identifie pas seulement l’apparence de surface du joint de soudure, mais utilise également la géométrie du joint de soudure et des critères d’acceptation définis afin d’améliorer aussi la détection des connexions sous-remplies ou mal formées.
Détection de prospects améliorée
L’AOI 3D mesure directement la différence de hauteur entre les broches des composants et les pastilles PCB correspondantes, pour les boîtiers gull-wing et autres composants.
Les broches relevées qui peuvent ne pas être détectées lors d’une inspection traditionnelle peuvent être plus facilement identifiées, car la mesure est basée sur la géométrie réelle et non sur l’interprétation d’images.
Détection de pierres tombales
Le système compare la hauteur des différences entre les terminaisons des composants pour les composants CMS. Cela permet de détecter un défaut de « tombstone » complet ou partiel, même lorsqu’il semble visuellement correct depuis une vue « de dessus ».
Détection de pont de soudure
La cartographie tridimensionnelle de la hauteur permet également de détecter les ponts de soudure entre conducteurs voisins. Cela est particulièrement utile pour les assemblages à pas fin, dans lesquels les conditions d’éclairage et les reflets de surface peuvent rendre difficile l’exécution d’une inspection 2D classique.
Bien que l’AOI 3D offre un grand avantage sur le plan géométrique pour la détection des défauts, certaines caractéristiques du métal ne peuvent pas être entièrement évaluées par inspection optique et peuvent nécessiter d’autres techniques de vérification pour les applications hautement critiques.
Données d’inspection en tant que preuves de qualité traçables
Lorsque les exigences de la FDA, de la norme ISO 13485 et d’autres systèmes de qualité médicale sont en place, les résultats d’inspection doivent constituer des preuves objectives et récupérables que les produits sont de bonne qualité.
Les systèmes modernes d’inspection 3D fournissent des données de mesure détaillées pour chaque carte, telles que des données dimensionnelles, des données d’inspection etdonnées de traçabilitéassociés à des numéros de série uniques.
Lorsqu’ils sont connectés à une plateforme MES, ces enregistrements fournissent un historique de fabrication complet qui facilite la conformité réglementaire, l’analyse des causes profondes, les actions correctives et le suivi à long terme des produits.
Créer un système unifié de prévention des défauts
Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la SPI 3D et l’AOI 3D sont réunies en un seul système d’inspection plutôt qu’en postes d’inspection distincts.
Les données SPI sont utilisées pour surveiller les variations de procédé avant la refusion et les données AOI sont utilisées pour vérifier la qualité de l’assemblage final après le procédé de soudure. Si les deux ensembles de données sont mis à la disposition d’un fabricant via un environnement MES commun, alors le fabricant a une visibilité sur l’ensemble du procédé SMT.
Les tendances observées lors de l’inspection de la pâte et les résultats AOI répétés peuvent être liées à des défauts d’assemblage en aval, et les résultats AOI répétés peuvent aider à identifier les causes profondes liées à l’impression, à l’état du pochoir, à la précision du placement ou aux performances de refusion.
Ce processus de retour d’information continu améliore la compréhension du processus, permet une action corrective plus rapide et minimise les défauts non détectés ainsi que les fausses alertes (inutiles).
La discipline des processus reste essentielle
Aucun équipement d’inspection sophistiqué, aussi perfectionné soit-il, ne peut à lui seul garantir la qualité ! La technologie d’inspection doit s’intégrer dans un cadre qualité structuré pour la fabrication de dispositifs électroniques médicaux.
Trois aspects sont essentiels :
AMDEC/P (Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leur Criticité – Processus)pour coordonner la stratégie d’inspection avec le risque produit et les modes de défaillance critiques.
SPC (Contrôle statistique des procédés)pour suivre et détecter les tendances avant que des défauts ne puissent être créés.
FAI (First Article Inspection)afin d’établir des références de processus validées avant le début de la production à grande échelle.
Ces pratiques utilisent les résultats d’inspection comme moyen de contrôle du processus et non pas seulement comme un simple enregistrement de réussite/échec.
Pour les PCBAs médicaux, l’inspection est bien plus qu’une simple étape finale de contrôle qualité. C’est un élément clé du système de qualité de fabrication. Les produits d’inspection de PCBCart, tels que le SPI 3D avec retour d’information en boucle fermée vers l’imprimante et l’AOI 3D post-refusion, ne sont pas des produits optionnels ni des options au niveau du programme — ils constituent l’infrastructure intégrée de tous les programmes PCBA, intégrée à notre plateforme Smart MES où ils assurent la traçabilité complète des inspections par lot et l’archivage des numéros de série marqués au laser.
Notre équipe d’ingénierie collabore avec les équipes R&D matériel médical et qualité pour les revues DFM jusqu’à la qualification de production ; elle définit des fenêtres d’acceptation SPI et des modèles de défauts AOI pour chaque programme en fonction des différents mixes de composants, types de joints et profils de risque liés à l’utilisation finale. Nous serons heureux d’échanger avec vous sur votre programme si vous avez besoin d’un partenaire EMS capable de vous fournir des preuves des joints de soudure, des données de procédé en boucle fermée au niveau carte et des enregistrements d’inspection archivés dans le MES pour chacun de vos assemblages ; et si vous disposez de la discipline de procédé nécessaire pour le soutenir.
Ressources utiles
•Qu’est-ce que la technologie de montage en surface (SMT) ?
•Inspections et tests appliqués dans le processus d'assemblage SMT
•Comment prévenir le mauvais mouillage de la soudure
•Exigences de conception des PCB SMT – Troisième partie : conception de l’implantation des composants
