Les 4 inspections à faire sur une carte électronique pour limiter les défauts

Souvent, le fait de contrôler les produits en cours de fabrication peut donner l’impression de ralentir la production car cette opération peut prendre du temps. Cependant, il est primordial de se rendre compte des défauts générés le plus tôt possible dans la gamme opératoire pour pouvoir en corriger les sources et ainsi en éviter d’autres. En matière de carte électronique, cette opération est d’autant plus importante que la plupart des défauts sont invisibles à l'œil nu et ne se feront sentir que sur le produit fini. Il existe plusieurs solutions d’inspection de PCB en fonction des produits et du moment sur la gamme opératoire.

Première inspection SPI (Solder Paste Inspection)

Cette première inspection est réalisée après la sérigraphie. L’objectif de cette opération est de contrôler les dépôts de pâte à braser sur le PCB vierge. Selon la manière dont la sérigraphie a été faite, plusieurs types de défauts peuvent déjà avoir été générés à ce stade.

• Tout d’abord, un défaut de pochoir (ouverture obstruée par exemple) peut empêcher la pâte de se déposer à l’endroit souhaité. L’inspection SPI permettra alors de remarquer les dépôts n’ayant pas été effectués.
• Quant aux dépôts de pâte qui ont été faits, il est possible que le volume de pâte ne soit pas bon. Un volume excessif risque de générer des courts-circuits au moment de la refusion. À l’inverse, un volume de pâte insuffisant ne permettra pas un bon contact du composant avec la carte, et nuira ainsi au bon fonctionnement de cette dernière.
• Si le dépôt de pâte présente une hauteur trop importante, cela peut causer des problèmes au composant brasé lors de la refusion.
• La surface recouverte par la pâte est également à surveiller. En effet, si le dépôt est du bon volume et de la bonne hauteur, il peut ne pas recouvrir la bonne surface du PCB. Il se peut que la pâte ne soit pas centrée par rapport à la broche du composant qu’il faut braser, et le contact s’en verra affecté. Et si malheureusement un autre dépôt se trouve non loin de là, il y a alors un gros risque de court-circuit.

Il existe aujourd’hui de nombreuses solutions d’inspection SPI. Les machines actuelles les plus performantes et flexibles sont développées par CyberOptics. Elles assurent l’inspection SPI, et certains modèles permettent également un autre type d’inspection que nous allons voir maintenant : l’inspection AOI.

Deuxième inspection optique AOI (Automatic Optical Inspection)

La crème est déposée sur le PCB, tous les dépôts sont conformes, il faut maintenant placer les composants. Manuelle ou grâce à une machine de Pick & Place, chaque composant est positionné à l’emplacement qui lui est prévu sur la carte électronique : un nouveau contrôle s’impose. L’inspection AOI pre-reflow (avant refusion) va permettre de détecter les défauts générés durant l’opération de Pick & Place.

• La première chose à vérifier est la bonne position de chacun des composants. À cause d’une éventuelle mauvaise programmation de la machine de Pick & Place ou autre, certains composants peuvent être manquants ou mal positionnés sur le PCB. La machine d’AOI permet alors de reporter ces défauts avec une meilleure fiabilité et une cadence bien supérieure à un simple contrôle optique par l’opérateur.
• Lorsque le composant est positionné au niveau du dépôt de pâte à braser, ça arrive qu’il déplace légèrement la pâte. Dans le cas où les composants sont proches les uns des autres, certains dépôts de pâtes peuvent se rejoindre et générer ainsi un court-circuit très préjudiciable pour le bon fonctionnement final de la carte électronique. Il est alors nettement plus facile, rapide, et moins onéreux de fixer le problème à ce stade qu’après la refusion. Si la situation le permet, un opérateur pourra se charger de cela avant de réinsérer le produit dans la ligne de production.

Quand tous les composants de la carte sont correctement positionnés et qu’aucun court-circuit n’a été relevé, on peut donc passer à l’étape de refusion afin de terminer le brasage de la carte. Dans certains cas et en fonction du niveau de qualité à respecter, il peut être intéressant de rajouter un contrôle AOI en sortie de four. La position des composants et les éventuels courts-circuits sont alors à nouveau contrôlés. L’inspection AOI permettra alors également de contrôler la qualité des joints brasés visibles.

Inspection aux rayons X (X-Ray)

Plus les cartes électroniques sont complexes, plus il est important que les prototypes soient conformes. C’est pourquoi il devient alors nécessaire d’inspecter ses cartes électroniques aux rayons X en 2D, mais également en 3D. De nombreux domaines tels que l'automobile, l’aéronautique, les télécommunications ou encore le secteur médical ne peuvent plus se contenter seulement d’inspection optique. Les machines d’inspection rayons X développées par SEC e-beam pioneer permettent de détecter les défauts évoqués ci-avant comme les brasures non conductrices, les ponts de brasure, les voids ou encore l’alignement des composants avec une précision inégalée sur le marché.

Chez Gemaddis, nous utilisons une X-eye SF160 version NCT, avec option reconstruction d'image 3D par tomographie. Elle se trouve dans notre showroom machine, à Seynod (74600, France). Si vous souhaitez voir une démonstration de la machine avec nos spécialistes, n'hésitez pas à nous contacter pour planifier un rendez-vous.

Inspection au microscope électronique à balayage (MEB)

Comment parler d’inspection sans mentionner les microscopes électroniques à balayage (MEB ou SEM en anglais : Scanning Electron Microscopy). Mais comment fonctionnent-ils ?

Cette technologie utilise un canon à électrons émettant un fin faisceau d’électrons. Ce faisceau est focalisé sur l’échantillon à inspecter via des lentilles électromagnétiques. Lorsque les électrons du faisceau entrent en interaction avec l’échantillon des électrons secondaires se forment. Ils sont alors amplifiés et convertis en signal électrique. L’opération est reproduite sur chaque point de l’échantillon grâce au balayage du faisceau. La combinaison des différents signaux permet la reconstruction typographique de l’échantillon et une image en relief est retranscrite.

En utilisant ce procédé, les microscopes électroniques à balayage de SEC e-beam pioneer peuvent produire des images 3D avec un grossissement allant jusqu’à x150 000.