บอร์ดอุปกรณ์ทดสอบอัตโนมัติ (ATE) นำเสนอชุดข้อกำหนดการแนะนำผลิตภัณฑ์ใหม่ (NPI) ที่แตกต่างสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ปริมาณต่ำและความหลากหลายสูง บอร์ดโหลด บอร์ดเชื่อมต่ออุปกรณ์ (DIB) บอร์ดเชื่อมต่อโพรบ และบอร์ดเบิร์นอิน แทบไม่เคยอยู่ภายใต้เส้นทางการรับรองเชิงเส้นเพียงเส้นทางเดียว การแก้ไขแบบถูกกำหนดโดยกำหนดการเทปเอาต์ของอุปกรณ์ รอยเท้าซ็อกเก็ตเปลี่ยนไปตามรอบตัวอย่างวิศวกรรม และปริมาณการผลิตยังคงต่ำแม้หลังจากที่บอร์ดได้รับการรับรองอย่างเป็นทางการแล้ว สำหรับ anพันธมิตรการผลิตแผงวงจร PCBA แบบ HMLV (High-Mix, Low-Volume)ดังนั้น สิ่งนี้จึงทำให้เกิดข้อกำหนดที่ชัดเจนต่อกระบวนการ NPI เอง: กระบวนการต้องถูกออกแบบให้ยึดตามการทำซ้ำและการติดตามตรวจสอบได้อย่างครบถ้วน แทนที่จะมุ่งเน้นเพียงการผลักดันแบบการออกแบบเดียวไปสู่การผลิตปริมาณมากในสภาวะคงที่
บทความนี้นำเสนอขั้นตอน NPI แบบมีกลั่นกรองเป็นช่วงสำหรับการผลิตแผงวงจร ATE โดยกล่าวถึงว่าข้อมูลการตรวจสอบช่วยทำให้ค่าความเผื่อของกระบวนการเข้มงวดขึ้นอย่างต่อเนื่องได้อย่างไร ประสิทธิภาพของการเปลี่ยนรุ่นการผลิตกำหนดระยะเวลา NPI ในสภาพแวดล้อมการผลิตแบบผสมสูงได้อย่างไร และข้อมูลผลผลิตกับความระนาบจากการรันเพื่อการรับรองทำหน้าที่เป็นเกณฑ์เชิงระเบียบวิธีสำหรับการปล่อยสู่การผลิตได้อย่างไร
เหตุใดบอร์ด ATE NPI จึงแตกต่างจากกรอบงาน PCBA มาตรฐาน
โดยทั่วไปแล้วโมเดล NPI สำหรับ PCBA แบบดั้งเดิมจะถือว่าการออกแบบจะถูกโอนไปสู่การผลิตปริมาณมากในที่สุด ทำให้สามารถเฉลี่ยต้นทุนการตรวจสอบในระยะเริ่มต้นไปตลอดช่วงการผลิตที่ยาวนานขึ้นได้ การผลิตบอร์ด ATE เบี่ยงเบนออกจากสมมติฐานนี้ในสองมิติด้านโครงสร้าง:
ปริมาณการผลิตยังคงทรงตัวDIB ที่ออกแบบมาสำหรับแพ็กเกจอุปกรณ์เฉพาะอาจต้องการเพียงหลักสิบถึงหลักร้อยต่ำ ๆ ของยูนิตตลอดอายุการผลิตทั้งหมดของมัน โดยที่ไม่มีช่วงการผลิตปริมาณมากตามมาให้ใช้เป็นค่าเฉลี่ย ความสามารถของกระบวนการจึงต้องถูกสร้างขึ้นและพิสูจน์ให้ได้ในสภาวะที่มีจำนวนยูนิตต่ำ
ข้อกำหนดด้านความเผื่อเชิงกลจะถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าความเป็นระนาบร่วมกัน แรงกดของซ็อกเก็ต และการจัดแนวแพด BGA/พินโปโก—ซึ่งบนบอร์ดอุตสาหกรรมทั่วไปอาจเป็นเพียงพารามิเตอร์รอง—กลับกลายเป็นข้อกำหนดเชิงการทำงานบนบอร์ด ATE เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ควบคุมความสมบูรณ์ของการสัมผัสกับอุปกรณ์และผลผลิตการทดสอบในกระบวนการทดสอบของลูกค้าโดยตรง
ความแตกต่างนี้ทำให้จุดประสงค์ของขั้นตอนต้นแบบถูกมองใหม่ แทนที่จะใช้เพียงเพื่อยืนยันความถูกต้องของการออกแบบ แต่ยังใช้เพื่อกำหนดช่วงกระบวนการที่การทดสอบคุณสมบัติในขั้นตอนถัดไปจำเป็นต้องรักษาไว้
ระยะที่ 1: การสร้างต้นแบบ
วัตถุประสงค์ยืนยันความเป็นไปได้ในการประกอบและระบุความเสี่ยงด้านการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM)ก่อนที่จะตัดสินใจใช้ฟิกซ์เจอร์ในการผลิต
การสร้างต้นแบบมักเกี่ยวข้องกับจำนวนหน่วยที่ต่ำ ตั้งแต่หลักหน่วยไปจนถึงหลักสิบจำนวนไม่มาก โดยให้ความสำคัญกับการระบุความเสี่ยงด้านกลไกและกระบวนการ มากกว่าการสร้างการควบคุมกระบวนการเชิงสถิติ
กิจกรรมหลักในระยะนี้ได้แก่:
การตรวจสอบการทาซอลเดอร์เพสต์สำหรับบอร์ดที่ผสมผสาน BGA ระยะพิชช์ละเอียดเข้ากับคอนเน็กเตอร์ระยะพิชช์หยาบกว่า การพิมพ์/จ่ายประสานแบบเจ็ตของ MYCRONIC สามารถรองรับการปรับเปลี่ยนปริมาณบัดกรีบนบอร์ดเดียวกันได้ โดยหลีกเลี่ยงระยะเวลารอคอยสำหรับการทำทูลลิงเฉพาะของสเตนซิลในขั้นตอนเริ่มต้นนี้
การตรวจสอบ SPI 3D ชิ้นงานแรกความสูงและปริมาตรของครีมประสานจะถูกตรวจสอบทีละแพดเทียบกับสเปกที่กำหนดไว้ โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อระบุความเบี่ยงเบนของกระบวนการพิมพ์ เช่น ความเสี่ยงการลัดวงจรระหว่างขา (bridging) หรือปริมาตรที่ไม่เพียงพอบนบอล BGA ขนาดใหญ่ ก่อนเข้าสู่กระบวนการรีโฟลว์
AOI 3 มิติหลังการรีโฟลว์การจัดวางชิ้นส่วน ขั้วไฟฟ้า และรูปทรงของจุดบัดกรีจะได้รับการตรวจสอบในต้นแบบทุกหน่วย 100% เนื่องจากขนาดตัวอย่างในขั้นตอนนี้ยังไม่เพียงพอที่จะใช้วิธีการตรวจสอบแบบสุ่มตัวอย่าง
การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์แบบออฟไลน์บนตำแหน่ง BGA/QFN.มีการประเมินการเกิดโพรงภายใน (voiding) ครอบคลุมทุกตำแหน่งของแพ็กเกจแบบบอลกริดและแบบไร้ขา ความสำคัญของประเด็นนี้จะยิ่งสูงขึ้นสำหรับบอร์ด ATE เนื่องจากการเกิดโพรงภายใต้ BGA ที่ติดตั้งด้วยซ็อกเก็ตอาจปฏิสัมพันธ์กับความเค้นเชิงกลจากการกดให้เข้าที่ ซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้ด้วยการตรวจสอบจากภายนอกเพียงอย่างเดียว
การตรวจสอบการบิดงอโดยใช้ฟิกซ์เจอร์หินสังเคราะห์.วางแผงวงจรลงบนฟิกซ์เจอร์อ้างอิงหินสังเคราะห์เพื่อประเมินค่าความเรียบ ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแผงวงจรที่ต่อมาจะต้องเชื่อมต่อกับซ็อกเก็ตทดสอบความแม่นยำสูงหรืออินเทอร์เฟซแบบหมุดสปริง (pogo-pin)
ผลการค้นพบจากขั้นตอนนี้มักถูกนำไปใช้ย้อนกลับในการออกแบบสเตนซิล พารามิเตอร์โปรไฟล์ของเนื้อครีมประสานบัดกรี หรือการตัดสินใจเกี่ยวกับการจัดวางชิ้นส่วน มากกว่าจะถูกนำไปใช้เป็นการตั้งค่ากระบวนการขั้นสุดท้าย
ระยะที่ 2: การสร้างทางวิศวกรรม (การผลิตนำร่อง)
วัตถุประสงค์ล็อกหน้าต่างกระบวนการโดยอิงจากข้อมูลในระยะต้นแบบ และเริ่มจำกัดค่าความเผื่อในการตรวจสอบให้แคบลงให้สอดคล้องกับเกณฑ์การยอมรับของการรันเพื่อรับรองคุณภาพ
การผลิตด้านวิศวกรรมครอบคลุมช่วงระหว่างต้นแบบกับการรับรองคุณภาพ ดำเนินการในขนาดล็อตที่มากพอจะสังเกตความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการ แทนการทำเพียงชิ้นงานแรกชิ้นเดียว ช่วงค่าความเผื่อจะถูกปรับให้แคบลงอย่างต่อเนื่องในขั้นตอนนี้:
หน้าต่างการยอมรับ SPI ถูกปรับให้แคบลงค่าความเผื่อของปริมาณการพิมพ์บัดกรี ซึ่งในระยะต้นแบบจะถูกตั้งให้กว้างไว้โดยเจตนาเพื่อทำการหาลักษณะของช่วงกระบวนการทั้งหมด จะถูกปรับให้แคบลงเข้าใกล้ช่วงเป้าหมายมากขึ้น เมื่อข้อมูลจากระยะนำร่องระบุได้แล้วว่าจุดศูนย์กลางของกระบวนการอยู่ที่ใด
มีการปรับปรุงไลบรารีข้อบกพร่องของ AOI ให้มีความละเอียดมากขึ้นรูปแบบการแจ้งเตือนผิดพลาดที่ตรวจพบระหว่างการสร้างต้นแบบ ช่วยให้สามารถปรับค่าขีดจำกัดของอัลกอริทึม AOI ให้เหมาะสมกับส่วนผสมของชิ้นส่วนบนบอร์ด ลดสัญญาณรบกวนจากการตรวจสอบก่อนการตัดสินใจผ่าน/ไม่ผ่านของรันการรับรอง
พารามิเตอร์การบัดกรีแบบเลือกเฉพาะได้รับการกำหนดขั้นสุดท้ายแล้วสำหรับบอร์ดที่มีคอนเน็กเตอร์แบบรูทะลุ (through-hole) อยู่ติดกับบริเวณ SMT หนาแน่น ซึ่งพบได้บ่อยในบอร์ด DIB และบอร์ดอินเทอร์เฟซของโพรบ จะใช้ระบบบัดกรีคลื่นแบบเลือกเฉพาะจุด ZSWHPS-11-2 ภายใต้การปกป้องด้วยไนโตรเจน เพื่อปรับจูนพารามิเตอร์การพรีฮีตและเวลาการแช่บัดกรีให้สมบูรณ์ โดยไม่ทำให้คอมโพเนนต์ SMT ระยะพิชช์ละเอียดที่อยู่ใกล้เคียงเสี่ยงต่อความร้อน
การสรุปโปรไฟล์รีโฟลว์บนเครื่อง JTR-1200D-Nโปรไฟล์ถูกล็อกโดยอิงจากข้อมูลเทอร์โมคัปเปิลที่เก็บจากยูนิตนำร่อง โดยคำนึงถึงลักษณะมวลความร้อนของบอร์ด ATE ซึ่งมักมีคอนเน็กเตอร์ที่มีน้ำหนักมากกว่าและชิ้นส่วนที่มีฮีทซิงค์มากกว่าบอร์ดควบคุมทั่วไป
แต่ละหน่วยยังคงถูกติดตามแยกกันผ่านMES อัจฉริยะด้วยการตรวจสอบย้อนกลับในระดับ UID และการมาร์กด้วยเลเซอร์ ทำให้สามารถติดตามปัญหาที่เกิดขึ้นในขั้นตอนถัดไปซึ่งตรวจพบที่เซลล์ทดสอบของลูกค้า ย้อนกลับไปยังล็อตของบัดกรีแบบพาสต์ รอบการรีโฟลว์ และบันทึกการตรวจสอบที่เฉพาะเจาะจงได้ ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับบอร์ด ATE เนื่องจากความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความแปรผันของการประกอบและความถูกต้องของการวัดในการทดสอบ
ระยะที่ 3: การทดสอบคุณสมบัติ — ผลผลิตและความเรียบเสมอของระนาบเป็นเกณฑ์การผลิต
วัตถุประสงค์แสดงให้เห็นว่ากระบวนการที่ถูกล็อกทำงานได้อย่างสม่ำเสมอที่ขนาดแบตช์ซึ่งเพียงพอและมีนัยสำคัญทางสถิติ แทนที่จะอาศัยผลลัพธ์ที่แยกเดี่ยว
การรันเพื่อการรับรองคุณสมบัติเป็นจุดเปลี่ยนจากการยืนยันว่าการสร้างสำเร็จไปสู่การยืนยันว่ากระบวนการสามารถทำซ้ำได้ ชุดข้อมูลสองชุดมีความสำคัญในเชิงระเบียบวิธีต่อการตัดสินใจนี้:
อัตราผลผลิตผ่านครั้งแรกตลอดชุดการรับรองถูกติดตามทั้งในขั้นตอน SPI และ AOI หลังการรีโฟลว์ แทนที่จะประเมินผลลัพธ์แบบผ่าน/ไม่ผ่านเพียงครั้งเดียว การรันเพื่อการรับรองคุณสมบัติจะประเมินความเสถียรทั่วทั้งชุดงานทั้งหมด—โดยตรวจสอบความสม่ำเสมอของการจัดวางให้ได้ศูนย์กลางภายในช่วงค่าความคลาดเคลื่อน ไม่ใช่เพียงการผ่านเกณฑ์ของแต่ละชิ้นเท่านั้น
ข้อมูลความเป็นระนาบร่วมกันทั่วทั้งชุดผลิตโดยอ้างอิงกับค่ามาตรฐานของฟิกซ์เจอร์หินสังเคราะห์ที่ถูกกำหนดไว้ในระยะต้นแบบ สำหรับบอร์ดที่ติดตั้งด้วยซ็อกเก็ตหรือเชื่อมต่อผ่านพินแบบโพโก ความสม่ำเสมอของระนาบร่วม (coplanarity) ทั่วทั้งชุดการทดสอบคุณสมบัติ ถือเป็นตัวชี้วัดสำคัญของอัตราผลสำเร็จในการทดสอบระดับหน้างานที่เซลล์ ATE ของลูกค้า เนื่องจากมีผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือของการสัมผัสหน้าคอนแทค
การออกแบบจะได้รับการเลื่อนสถานะไปสู่การปล่อยผลิตจริง ก็ต่อเมื่อชุดข้อมูลเหล่านี้ยืนยันแล้วว่ากระบวนการยังคงเป็นไปตามเกณฑ์ความเคร่งครัดของระยะที่ 2 ที่ถูกปรับให้เข้มงวดขึ้น การกำหนดนี้เป็นมาตรฐานเชิงระเบียบวิธีมากกว่าการใช้ค่าเกณฑ์เชิงตัวเลขตายตัว โดยเกณฑ์การยอมรับที่เฉพาะเจาะจงจะถูกกำหนดแยกตามแต่ละโครงการ อ้างอิงตามข้อกำหนดด้านการทำงานของบอร์ดและเป้าหมายอัตราผลสำเร็จจากการทดสอบของลูกค้า
ประสิทธิภาพการเปลี่ยนสายการผลิตและผลกระทบต่อระยะเวลาวงจร NPI
ภายในสภาพแวดล้อมการผลิตแบบ HMLV การนำบอร์ด ATE สำหรับ NPI มาใช้มักไม่ดำเนินการอย่างโดดเดี่ยว สายการผลิตหนึ่ง ๆ อาจรันการผลิตเพื่อการรับรองคุณภาพสำหรับโปรแกรมหนึ่งควบคู่ไปกับการผลิตต้นแบบสำหรับอีกโปรแกรมหนึ่ง ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนงานระหว่างงานเหล่านี้มีผลอย่างมากต่อความเร็วที่โปรแกรม NPI สามารถดำเนินผ่านแต่ละขั้นตอนได้
การพ่นเจ็ตของ MYCRONIC ขจัดความล่าช้าในการเปลี่ยนงานที่เกี่ยวกับสเตนซิลระหว่างการทำซ้ำต้นแบบ เนื่องจากสามารถตั้งค่าโปรแกรมพารามิเตอร์การเคลือบวางใหม่ได้ แทนที่จะต้องใช้เครื่องมือใหม่สำหรับการปรับแก้แบบแต่ละครั้ง
การเรียกคืนโปรแกรมที่ขับเคลื่อนด้วย MESบนอุปกรณ์ AOI/SPI และเตารีโฟลว์ช่วยลดเวลาในการตั้งค่าเมื่อสายการผลิตสลับระหว่างการสร้าง NPI กับงานการผลิตอื่นที่ไม่เกี่ยวข้อง เนื่องจากอัลกอริทึมการตรวจสอบและโปรไฟล์อุณหภูมิจะถูกเรียกใช้ด้วยรหัสโปรแกรมแทนการป้อนข้อมูลซ้ำด้วยตนเอง
ความต่อเนื่องของอุปกรณ์ยึดจับระหว่างแต่ละขั้นตอนการคงใช้ตระกูลฟิกซ์เจอร์หินสังเคราะห์แบบเดียวกันตั้งแต่ต้นแบบไปจนถึงขั้นตอนการรับรองคุณภาพ แทนที่จะสลับประเภทฟิกซ์เจอร์ระหว่างแต่ละขั้น ช่วยรักษาความสม่ำเสมอของค่าพื้นฐานความเป็นระนาบร่วม และหลีกเลี่ยงเวลาในการทำการหาลักษณะใหม่อีกครั้ง
เมื่อประสิทธิภาพในการเปลี่ยนสายการผลิตไม่เพียงพอ ต้นทุนที่เกิดขึ้นมักจะแสดงออกมาในรูปของระยะเวลาปฏิทินที่ล่วงเลยไประหว่างแต่ละขั้นของ NPI มากกว่าที่จะเป็นต้นทุนต่อหน่วย ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับโปรแกรมบอร์ด ATE โดยช่วงเวลาระหว่างการเทปเอาต์ของอุปกรณ์กับความพร้อมในการทดสอบมักมีระยะเวลาเผื่อในตารางน้อยมาก
รายการตรวจสอบ NPI แบบขั้นตอนประตู
สร้างต้นแบบ:ยืนยันความเป็นไปได้ผ่านการตรวจสอบ AOI/X-ray 100%; บันทึกประเด็นด้าน DFM แล้ว; กำหนดค่าเบื้องต้นของการโก่งตัวบนฟิกซ์เจอร์หินสังเคราะห์เรียบร้อยแล้ว
บิลด์สำหรับวิศวกรรมหน้าต่างค่าความเผื่อ SPI/AOI ถูกปรับให้เข้มงวดขึ้นโดยใช้ข้อมูลจากระยะต้นแบบ; พารามิเตอร์ของการบัดกรีแบบจุดเลือกและการรีโฟลว์ถูกล็อก; การติดตามย้อนกลับในระดับ UID ทำงานสำหรับทุกยูนิต
การวิ่งรอบคัดเลือกตรวจสอบข้อมูลผลผลิตและความร่วมแนบในระดับแบตช์เทียบกับช่วงค่าความเผื่อที่เข้มงวดขึ้นแล้ว; ยืนยันความเสถียรของกระบวนการ—ไม่ใช่การผ่าน/ไม่ผ่านของชิ้นงานเดี่ยว—ก่อนการปล่อยสายการผลิต
เกณฑ์การปล่อยใช้งานจริงหน้าต่างกระบวนการที่มีการบันทึกไว้ เกณฑ์การรับการตรวจสอบ และการล็อกโปรแกรม MES ได้รับการสรุปและจัดเก็บเป็นเอกสารสำหรับการผลิตซ้ำในอนาคต
จากต้นแบบสู่ความพร้อมสำหรับการผลิต: ปรึกษาทีมวิศวกรรม NPI ของเรา
โปรแกรมที่พัฒนาแผงวงจร ATE, burn-in หรือ DIB จากต้นแบบไปสู่การรันเพื่อการรับรองคุณภาพ จะได้รับประโยชน์จากการวางแผนแบบเป็นขั้นตอน (stage-gate) ที่เฉพาะเจาะจงตามข้อกำหนดด้านความทนทาน ความระนาบเดียวกัน (coplanarity) และการตรวจสอบย้อนกลับของแผงวงจร ทีมวิศวกรรมของ PCBCart สนับสนุนการวางแผนนี้โดยตรง โดยอาศัยการพัฒนากระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยการตรวจสอบในหลากหลายโครงการแผงวงจรทดสอบเซมิคอนดักเตอร์
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•รายการตรวจสอบ DFM สำหรับ PCBA อุตสาหกรรม: กฎการออกแบบ 38 ข้อที่ช่วยลดอัตราการทำงานซ้ำได้มากกว่า 40%
•คู่มือการตรวจสอบด้วยสายตา IPC-A-610 ระดับชั้นที่ 3 สำหรับชุดประกอบอุตสาหกรรมและการแพทย์
•ข้ออ้างอิงอัตราช่องว่างของ BGA ที่ยอมรับได้: เกณฑ์ตามมาตรฐาน IPC-7095D และ IPC-A-610
•ปัจจัยที่ช่วยให้คุณประสบความสำเร็จในการแนะนำผลิตภัณฑ์ใหม่ (NPI) เป็นครั้งแรกในการผลิตอิเล็กทรอนิกส์
