Dans tout assemblage de circuits imprimés (PCB), les soudures jouent un rôle crucial : elles servent non seulement de connexions électriques entre les composants et le circuit imprimé, mais aussi de supports physiques. Il n'est pas exagéré d'affirmer que la qualité de la soudure est la clé de voûte de la fonctionnalité et de la fiabilité des PCB. La soudure est l'un des processus les plus fondamentaux et critiques de la fabrication des PCB, et sa qualité détermine directement le bon fonctionnement du PCB. Cependant, divers facteurs peuvent entraîner des défauts lors du processus de soudure, qui figurent parmi les problèmes les plus fréquemment identifiés lors des tests de PCB. Par conséquent, dans le système de test de PCB, l'inspection et la gestion de la qualité de la soudure sont essentielles pour garantir la qualité du produit.

Pourquoi les tests de PCB accordent-ils une telle importance à la qualité de la soudure ? Cela s'explique par l'impact direct des défauts de soudure sur les performances et la fiabilité des PCB :

Défaillance de connexion (soudure froide/circuit ouvert) : Les soudures ne parviennent pas à former des connexions électriques efficaces, ce qui entraîne un dysfonctionnement du circuit.

Connexion involontaire (pontage de soudure/court-circuit) : Des ponts de soudure se forment entre différents points ou pistes de soudure, provoquant des courts-circuits susceptibles d'endommager les composants ou d'entraîner des dysfonctionnements.

Mauvaise connexion (soudure froide/soudure insuffisante) : Des points de soudure faibles ou une résistance excessive peuvent entraîner une atténuation du signal, des connexions instables, voire des fractures sous l'effet des vibrations ou des variations de température.

Défauts de soudure internes (vides) : En particulier dans les billes de soudure des boîtiers BGA, les vides peuvent compromettre la résistance mécanique et les performances thermiques, créant ainsi des risques cachés.

Fiabilité réduite : Les défauts de soudure sont l'une des principales causes de défaillances précoces des circuits imprimés ou de problèmes intermittents en fonctionnement.

La détection de ces défauts de soudure est l'un des principaux objectifs des tests de circuits imprimés. La qualité de la soudure est directement déterminée par le niveau de contrôle du processus de soudure lors de la fabrication des circuits imprimés. Par conséquent, le contrôle de la qualité de la soudure est intégré à plusieurs étapes des tests de circuits imprimés.

Pour contrôler la qualité de la soudure sur les circuits imprimés, une ou plusieurs des méthodes de test ou d'inspection suivantes sont généralement utilisées :

Inspection de la pâte à braser (SPI) : Réalisée après l'impression de la pâte à braser, mais avant le placement des composants, elle vérifie le volume, la forme, la position et l'épaisseur de la pâte à braser. La plupart des défauts de soudure étant dus à une mauvaise impression de la pâte à braser, l'inspection SPI constitue une première étape essentielle pour prévenir les défauts de soudure lors de la fabrication des circuits imprimés.

Inspection optique automatisée (AOI) : Réalisée après le soudage par refusion, l'AOI utilise des caméras haute vitesse pour capturer des images des circuits imprimés et utilise des algorithmes pour inspecter l'apparence des soudures et le placement des composants (par exemple, polarité, position, composants manquants ou défaut d'alignement). Elle permet de détecter des problèmes tels qu'une soudure excessive ou insuffisante, des pontages ou des soudures froides (se manifestant parfois par une morphologie anormale des soudures). L'AOI est une méthode efficace pour l'inspection par lots des défauts de soudure après la fabrication des circuits imprimés.

Inspection par rayons X : Indispensable pour les boîtiers tels que les BGA et les QFN où les soudures sont dissimulées sous les composants. L'inspection par rayons X permet de voir à travers les composants pour examiner la forme des billes de soudure, les vides internes, les pontages et l'état des broches de soudure. Elle offre des avantages uniques pour la détection des défauts de soudure invisibles et est couramment utilisée dans la fabrication de circuits imprimés complexes ou de haute fiabilité.

Test en circuit (ICT) : Utilise des sondes pour contacter des points de test sur le circuit imprimé afin d'effectuer des tests de circuit ouvert/court-circuit et de mesurer les paramètres électriques des composants. L'ICT identifie efficacement les courts-circuits causés par les pontages de soudure et les ouvertures dues aux soudures froides ou manquantes. Il vérifie électriquement l'exactitude des connexions résultant de la fabrication du circuit imprimé.

Test fonctionnel (FCT) : Valide le fonctionnement du circuit imprimé en simulant des conditions de fonctionnement et des signaux d'entrée réels. Certaines soudures froides ou connexions défectueuses peuvent sembler normales lors de tests statiques ou à température ambiante, mais se manifestent par des pannes ou des dysfonctionnements intermittents lors du FCT sous tension, chaleur ou vibrations. Le FCT permet de détecter ces problèmes fonctionnels latents causés par la qualité de la soudure.

Inspection visuelle manuelle : Bien que moins efficace et soumise à des facteurs humains, des inspecteurs expérimentés peuvent néanmoins identifier certains défauts de soudure dans des zones critiques ou complexes, complétant ainsi les inspections automatisées.

La détection des problèmes de qualité de soudure n'est qu'une première étape ; une gestion efficace et une amélioration continue sont essentielles pour réduire leur récurrence.

Enregistrement et classification précis des défauts : Établissez une base de données détaillée des défauts afin de documenter les types, les emplacements, les quantités et les étapes de détection (AOI, rayons X, ICT, FCT, etc.). Une classification appropriée facilite l'analyse ultérieure.

Reprise et retests standardisés : Reprise professionnelle des défauts de soudure détectés. Le processus de reprise doit respecter scrupuleusement les spécifications, en utilisant les outils et matériaux appropriés pour éviter les dommages secondaires. Les circuits imprimés retouchés doivent être retestés afin de confirmer leur résolution et l'absence de nouveaux problèmes.

Analyse des causes profondes (RCA) : Analyse approfondie des défauts de soudure critiques ou à haute fréquence afin d'en identifier les véritables causes. Cela peut concerner les paramètres d'impression de la pâte à braser, la précision des machines de placement, les profils de température de refusion, l'activité du flux, la conception des pastilles, la qualité des circuits imprimés, voire la conformité des opérateurs lors de la fabrication des circuits imprimés.

Contrôle et optimisation des procédés : Sur la base des résultats de l'RCA, ajustez les paramètres de fabrication des circuits imprimés, entretenez les équipements, perfectionnez les procédés et améliorez la formation. Par exemple, optimisez les profils de température du four de refusion pour réduire les vides, améliorez la conception des pochoirs pour l'impression de la pâte à braser afin de corriger les pontages ou l'insuffisance de soudure, ou renforcez les critères d'inspection AOI pour améliorer les taux de détection des défauts.

Analyse des données et boucle de rétroaction : Exploitez les données de test et d'inspection accumulées pour l'analyse des tendances, les statistiques de rendement et l'analyse des modes de défaillance. Un retour d'information rapide aux équipes de R&D, de conception et d'ingénierie de fabrication permet de mettre en place un système en boucle fermée favorisant l'amélioration continue et de traiter les problèmes de qualité de soudure à la source.

La qualité de la soudure est essentielle à la fiabilité des PCBA, et son contrôle et sa gestion rigoureux sont au cœur du système de test des PCBA. L'utilisation de méthodes d'inspection SPI, AOI, rayons X et autres à différentes étapes de la fabrication des PCBA, combinées aux ICT et FCT pour valider la fonctionnalité électrique, permet de détecter efficacement les défauts. Plus important encore, l'analyse des causes profondes des problèmes identifiés et la remontée des données au processus de fabrication permettent une amélioration continue. Seule l'intégration de technologies d'inspection avancées à des méthodes de gestion scientifique permet de fabriquer des PCBA performants et hautement fiables.