Les composants sensibles à l'humidité sont couramment utilisés dans l'industrie pour une grande variété d'applications. Ces composants exigent des procédures de manutention particulières, conformes à la norme IPC/JEDEC J-STD-033, afin d'éviter qu'ils absorbent trop d'humidité avant la refusion. Sinon, ils risquent de provoquer une défaillance au test ou, pire encore, un défaut latent qui causera une défaillance précoce sur le terrain.
Les lignes directrices de la norme J-STD-033 sont très difficiles à appliquer avec un système de rangement manuel. Avec l'arrivée des applications de refusion double face, certaines contraintes de conception peuvent forcer l'utilisation de composants sensibles à l'humidité sur les deux faces de la carte. Il faut alors surveiller non seulement les composants posés au second passage, avant la seconde refusion, mais aussi ceux qui ont été posés au premier passage, puisqu'ils continuent d'absorber l'humidité entre les deux passages. Ce qui était déjà très exigeant devient presque impossible à faire avec un système de suivi manuel.
Ce document explique comment ce problème a été résolu par la conception et la mise en place d'un système de suivi automatique des composants sensibles à l'humidité, au premier comme au second passage.
Le principal objectif du système est d'éviter de faire passer à la refusion, au premier comme au second passage, des composants qui ont dépassé leur limite d'exposition permise. Pour y arriver, le système suit automatiquement chaque bobine ou pile de plateaux depuis le moment où elle est retirée de son sachet sec d'origine jusqu'à ce que toutes les pièces soient posées avant la refusion, et il suit aussi les cartes du premier passage jusqu'à ce qu'elles franchissent le second passage. Le système automatique a rendu cela possible tout en maintenant une exploitation efficace, grâce à l'état des matières en temps réel et à des avertissements d'expiration anticipés qui facilitent la prise de décision.
Les composants sensibles à l'humidité exigent une attention particulière pendant le processus d'assemblage. Ces composants absorbent l'humidité ambiante dès qu'ils sont retirés de leur sachet barrière à l'humidité. Cette humidité s'accumule aux interfaces critiques entre la puce, la grille de connexion et le composé d'encapsulation. Lorsque ces composants sont exposés aux températures de refusion, la pression de vapeur à l'intérieur du boîtier augmente rapidement, ce qui peut causer des dommages internes. Dans le meilleur des cas, le dommage fait défaillir le composant et il est détecté au test électrique. Mais comme ces défauts sont généralement latents, certains passent le test électrique et se retrouvent sur le terrain.
Pour protéger ses clients des défauts attribuables à la délamination des circuits intégrés causée par un excès d'humidité, les usines de Delphi Delco Electronics Systems suivent l'exposition conformément à la norme IPC/JEDEC J-STD-033. Même si les lignes directrices d'entreposage et de manutention des MSD sont clairement définies dans la norme IPC/JEDEC, elles sont plutôt difficiles à mettre en application. Les utilisateurs pèchent habituellement par excès de prudence, ce qui peut mener à la mise au rebut de composants qui n'avaient peut-être pas atteint leur exposition maximale.
La méthode habituelle consiste, pour les opérateurs d'assemblage, à coller une étiquette sur la bobine de composants dès qu'elle est retirée de son sachet barrière à l'humidité, en y inscrivant la date et l'heure. Jusqu'à ce que tous les composants de la bobine aient été utilisés, la date et l'heure sont consignées sur l'étiquette chaque fois que la bobine est placée dans une armoire sèche ou en est retirée, ce qui permet de suivre le temps d'exposition permis qui reste. Le procédé à double refusion a aidé Delphi à accroître la fonctionnalité de ses produits et à réduire les coûts ainsi que l'espace requis pour les cartes de circuits. Mais les composants sensibles à l'humidité posés lors de la première refusion continuent d'absorber l'humidité et peuvent être endommagés par la seconde refusion si leur limite d'exposition est dépassée. Faute d'un système simple pour contrôler le temps d'exposition des composants déjà montés sur les cartes, il fallait restreindre fortement l'utilisation de composants sensibles à l'humidité sur la face de la première refusion.
Or, des contraintes de disposition et d'interconnexion peuvent exiger des composants sensibles à l'humidité sur la face de la première refusion. Les immobilisations, l'espace et les volumes de production peuvent imposer l'utilisation de la même ligne de montage en surface pour la face 1 et la face 2 de refusion, ce qui exclut un flux continu rapide où une simple comptabilisation du temps d'exposition suffirait.
Avec des cartes double face comportant des MSD sur la première face, la question déjà complexe du suivi de la durée de vie des composants ne fait que se complexifier. Comme la première refusion ne compte pas comme un étuvage, le compte du temps d'exposition continue de courir jusqu'à ce que la seconde refusion soit faite.
La première question qui vient à l'esprit est celle de l'attribution du temps d'exposition restant à une carte donnée. Tous les composants d'une même bobine ont le même temps d'exposition restant, puisqu'ils ont le même niveau de sensibilité à l'humidité et qu'ils ont été retirés de leur sachet barrière à l'humidité en même temps. Une seule étiquette vaut pour tous les composants de la bobine. Mais dès que les composants ont été posés sur la première face d'une carte à double refusion, il devient nécessaire d'attribuer un temps d'exposition restant à cette carte.
Devant la lourdeur d'un système de comptabilisation de l'exposition en double refusion, Delphi a évalué le système MSD Tracking de Cogiscan. Ce produit était déjà une solution entièrement conforme à la norme J-STD-033, qui assure le suivi en temps réel de tous les MSD depuis leur sortie du sachet sec jusqu'à la refusion finale. Mais il n'offrait qu'une capacité de refusion simple.
La définition d'une méthode d'identification des matières adéquate est la pierre d'assise du système de contrôle des MSD. C'est pourquoi la technologie d'identification par radiofréquence (RFID) a été retenue pour cette application. Les étiquettes RF sont des dispositifs électroniques passifs qui peuvent être lus et mis à jour lorsqu'ils se trouvent à portée de l'antenne d'un lecteur.
Le cœur du système est l'unité de contrôle locale (Local Control Unit). Il s'agit d'un poste à faible encombrement doté d'une antenne RF et d'un écran tactile. Pour attribuer un temps d'exposition restant à chaque PCB qui entre sur la ligne d'assemblage au premier passage, des lecteurs de codes-barres sont installés à l'entrée et à la sortie de la ligne.
Les principaux objectifs du système sont de garantir que le produit est fabriqué selon les lignes directrices de la norme J-STD-033, d'empêcher l'assemblage de composants qui ont dépassé leur durée de vie à l'air libre et d'empêcher l'assemblage, au second passage, de cartes portant des composants expirés. Cela garantit que le produit est exempt de problèmes de fiabilité liés aux défauts induits par l'humidité.
Le contrôle des composants sensibles à l'humidité est une question complexe qui a de nombreuses répercussions sur des aspects critiques du flux de matières et des procédés d'assemblage. L'installation du système Cogiscan chez Delphi Delco Electronics Systems a fourni une méthode efficace pour contrôler les composants sensibles à l'humidité pendant le processus d'assemblage, tout en fournissant l'information pertinente à la prise de décision. Les opérateurs ont adopté le système rapidement, puisque toute la complexité de la norme J-STD-033 leur a été retirée.
