La division Information and Electronic Warfare Systems de BAE SYSTEMS Information and Electronic Systems Integration, Inc. (« BAE SYSTEMS IEWS »), une filiale de BAE SYSTEMS North America, fabrique une vaste gamme de produits militaires destinés au gouvernement
L'une des usines spécialisées du groupe IEWS se consacre exclusivement à la production d'assemblages de cartes de circuits (« CCA »). Cette usine spécialisée CCA réalise la fabrication du matériel pour les programmes internes de l'entreprise et appuie également une organisation de fabrication sous contrat qui sollicite des mandats à l'extérieur. On peut donc la décrire comme un environnement de fabrication à faible volume et à forte diversité de produits.
Compte tenu de la nature des activités de l'usine spécialisée CCA, de nouvelles pistes d'amélioration sont constamment relevées. L'une d'elles concerne la gestion des composants sensibles à l'humidité (« MSD »). Avec l'aide de Cogiscan, une solution a été apportée à ce problème de gestion efficace des MSD qui touche toute l'industrie.
À mesure que le boîtier des circuits intégrés (CI) passe de la céramique au plastique, les préoccupations liées à la sensibilité à l'humidité et aux précautions à prendre se sont nettement accrues. Le conseil JEDEC d'Arlington, en Virginie, et l'IPC de Northbrooke, en Illinois, ont publié conjointement la norme J-STD-033 en 1999. Cette norme de l'industrie énonce des lignes directrices pour la manipulation, l'emballage et l'entreposage des composants sensibles à l'humidité. Depuis sa parution, les entreprises s'emploient à mettre en place des procédures de surveillance des MSD conformes à la norme. La plupart de ces procédures reposent largement sur un suivi manuel des composants, ce qui augmente les coûts et laisse place à l'erreur humaine.
Pour bien décrire le système actuel de l'usine spécialisée CCA et les avantages que BAE SYSTEMS IEWS en a tirés, il importe d'abord de présenter le système qui existait auparavant. Avant l'implantation du système IC-Scan de Cogiscan, le suivi manuel des composants sensibles à l'humidité était la seule méthode utilisée. Cette méthode exigeait qu'un opérateur consigne soigneusement le temps d'exposition, le temps d'étuvage et l'historique d'étuvage. Cette approche comportait manifestement de nombreux risques.
D'abord et avant tout, les procédés manuels sont par nature exposés à l'erreur humaine. Toute information erronée associée à un MSD donné peut amener un opérateur à prendre des mesures qui nuiront à ce composant. Il en va de même lorsque l'historique d'un composant est tout simplement inconnu.
On en trouve un exemple lorsque l'exposition réelle d'un MSD est inconnue. Par précaution, l'ancien système obligeait l'opérateur à soumettre les composants à un étuvage supplémentaire. Si cette solution peut sembler sans risque, des cycles d'étuvage répétés peuvent compromettre l'intégrité des composants en dégradant la fiabilité des joints de brasure ou la brasabilité des broches.
Un cycle d'étuvage insuffisant, ou l'absence de cycle d'étuvage découlant d'une information erronée ou inconnue, peut lui aussi entraîner des conséquences très néfastes. Lorsque les composants sont exposés à l'humidité ambiante, un gradient d'humidité se forme à mesure que l'humidité pénètre la surface du composant et progresse vers l'interface de la puce. Pour que le gradient total diminue pendant l'étuvage, il doit d'abord atteindre un maximum à l'interface de la puce. Par conséquent, durant la première partie de l'étuvage, le gradient à la surface de la puce augmente jusqu'à atteindre ce maximum, après quoi le gradient d'humidité global commence à diminuer. C'est pourquoi des cycles d'étuvage insuffisants augmentent souvent l'humidité à l'interface de la puce et, du même coup, les risques liés à l'absorption d'humidité.
Selon le niveau de sensibilité à l'humidité du composant, le temps d'exposition à l'air ambiant est limité. Les conséquences d'une surexposition apparaissent après la refusion de masse SMT. Lors de la refusion, les composants sont soumis à des températures élevées qui transforment en vapeur l'humidité emprisonnée. Si la pression de la vapeur dépasse la résistance du boîtier de plastique, celui-ci peut se fissurer, phénomène communément appelé « effet popcorn ». Même en l'absence de fissures, une délamination peut survenir entre la puce et le boîtier.
Ces défauts sont difficiles à détecter et, même lorsqu'ils le sont, la cause fondamentale n'est pas toujours déterminée avec exactitude. Les conséquences les plus graves sont les défauts latents, ceux qui se manifestent après la mise en service des pièces. Voilà pourquoi le suivi rigoureux et la manipulation appropriée des composants sensibles à l'humidité sont si déterminants dans la fabrication moderne de cartes de circuits.
Comme on l'a vu, l'implantation du système de suivi automatisé rehausse la qualité des produits.
Il faut aussi souligner son effet favorable sur le temps de cycle et, par conséquent, sur les coûts de production. Comme on l'a mentionné, les composants dont l'historique d'exposition et d'étuvage est incomplet sont étuvés par mesure de sécurité, ce qui peut ajouter des jours au processus d'assemblage. En consignant avec exactitude l'historique des composants grâce au système automatisé, on évite ces cycles d'étuvage inutiles.
De plus, le système manuel oblige un opérateur à consigner à la main l'exposition et l'historique d'étuvage des composants à chaque étape de production précédant la refusion de masse. Cette tâche allonge le processus et en augmente donc le coût.
Le système Cogiscan fait appel à la technologie d'identification par radiofréquence (RFID). Des « étiquettes » RF accompagnent les composants tout au long du processus de production. Ces étiquettes peuvent contenir plus d'information qu'un code-barres et résistent à la chaleur des étuves utilisées pour l'étuvage. L'information des étiquettes RF est lue par une antenne à chaque unité de contrôle locale (« LCU »). L'opérateur n'a qu'à enregistrer l'entrée et la sortie des étiquettes RF dans les systèmes Cogiscan à chaque opération. Tout l'historique est consigné automatiquement par les étiquettes RF, ce qui réduit les temps de cycle à chaque opération. Le système Cogiscan indique ensuite comment entreposer les composants et émet des avertissements lorsqu'un composant approche de sa limite d'exposition critique ou lorsque des composants en cours d'étuvage doivent être retirés.
Trois LCU de Cogiscan sont actuellement installées à l'usine de BAE SYSTEMS IEWS de Nashua, au New Hampshire. Elles sont placées stratégiquement dans le magasin, dans la zone de formage et sur la ligne d'assemblage SMT. Cet emplacement permet de suivre les MSD depuis l'ouverture de l'emballage d'origine du fournisseur jusqu'à la fin de la refusion de masse. Les opérateurs de toute l'usine spécialisée CCA ont été formés à l'utilisation des LCU ainsi qu'aux normes les plus récentes de manipulation des MSD. Pendant toute l'implantation, les commentaires des opérateurs ont confirmé la facilité d'utilisation du nouveau système.
L'implantation du nouveau système a entraîné de nombreux changements positifs pour l'usine spécialisée CCA.
L'usine spécialisée CCA a revu :
ses exigences d'emballage sec, ses techniques de scellage des sachets secs, son processus de réception des MSD dans le système de planification interne.
Par ailleurs, afin d'uniformiser la manipulation des MSD dans toute la chaîne d'approvisionnement, la communication avec les fournisseurs au sujet des normes les plus récentes d'emballage et de manipulation assurera la conformité dès l'entrée des composants dans l'usine.
L'usine spécialisée CCA tire aussi des avantages du système Cogiscan en dehors du suivi des MSD. Le système offre une plateforme permettant de gérer éventuellement d'autres activités, comme la fonction d'enregistrement de la traçabilité des composants, exigée dans certains programmes critiques auxquels participe BAE SYSTEMS IEWS. À terme, tous les composants SMT pourraient être suivis par le système Cogiscan. L'usine est en voie de migrer vers une version en réseau du logiciel Cogiscan, ce qui lui donnera une bien meilleure visibilité, sur l'ensemble du plancher de production, sur l'état et l'emplacement de tout MSD ou composant monté en surface.
En somme, les avantages du système sont manifestes.
Réduction des coûts et de la main-d'œuvre liés à la gestion manuelle des composants, Réduction des coûts attribuables aux composants endommagés, Amélioration de la qualité et du temps de cycle.
Cette solution de pointe pour la gestion des MSD renforcera non seulement les capacités de l'usine spécialisée CCA de BAE SYSTEMS IEWS, mais elle place aussi BAE SYSTEMS en excellente position pour attirer de nouveaux clients.
1. Lemontagne, J., Rouleau, J., Monette, F., « Should You Automate Control of Moisture-Sensitive Devices? », Circuits Assembly Magazine, mai 2002.
2. Zarrow, Phil, « MSD: What You Don't Know May Be Killing You », Circuits Assembly Magazine, On the Forefront, juin 2002.
Références supplémentaires
J-STD- 033A, « Handling, Packaging, Shipping, and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices », juillet 2002 Monette, F., Corriveau, A., And Dubois, V., « Tracking Moisture-Sensitive
