Une empreinte CMS doit correspondre exactement aux terminaisons du composant et aux procédés prévus de fabrication, de dépôt de pâte et de placement. Utilisez la recommandation du fabricant pour le boîtier concerné avec la méthode IPC applicable ; une entrée de bibliothèque générique ou un numéro de norme, à lui seul, ne valide pas la soudure obtenue.
IPC-7351 traite de la conception CMS et des motifs de pastilles. Le périmètre public de l’éditeur couvre les tolérances des composants, des pastilles, de fabrication et d’assemblage. Indiquez le document contractuel et sa révision, puis utilisez les informations sous licence pour tout calcul normatif. Vérifiez l’état du document et son applicabilité à la famille de boîtiers. Le tableau des révisions de l’éditeur indique qu’IPC-7351B n’est plus maintenue et qu’IPC-7352 est un guide distinct sur les motifs de pastilles, publié pour la première fois en juillet 2023 ; convenez du document applicable au projet.
Comment le modèle IPC 7351 aide-t-il à calculer les limites du congé de soudure ?
Le calcul du motif de pastilles combine les limites dimensionnelles du composant, les congés requis, les marges de fabrication et les tolérances d’assemblage propres au boîtier. Utilisez les définitions et conventions de tolérance de la méthode sélectionnée ; une tolérance ± et son intervalle complet ne sont pas des entrées interchangeables.
Un modèle statistique par somme quadratique (RSS) suppose une distribution et une capabilité de procédé données. Il ne garantit ni le pire cas simultané, ni le mouillage, ni la durée de vie en fatigue ou le rendement d’assemblage. Vérifiez le plan du boîtier et le procédé réel du fournisseur, même si un calcul automatisé est utilisé.
Schéma conceptuel des congés avant, arrière et latéraux ; ce dessin n’est pas une définition normative :
[ terminaison du composant ]
+--------------------------+
| |
+--------------------------+
/ congé avant / arrière \
+---+============================+---+ pastille cuivre
<- espacement et longueur ->
congé latéral sur les côtés
À titre de simple exemple géométrique, supposons deux pastilles rectangulaires identiques, distantes de 2,40 mm entre leurs extrémités externes, avec un écart intérieur de 0,80 mm. Chaque pastille mesure (2,40 − 0,80) / 2 = 0,80 mm de long et l’entraxe est (2,40 + 0,80) / 2 = 1,60 mm. Ces dimensions supposées illustrent une vérification de plan, pas une empreinte recommandée par IPC. Ajoutez les exigences du composant, de fabrication, de placement, du masque et de la pâte avant d’adopter les cotes.
Niveaux de densité IPC-7351 : équilibre entre encombrement et fabrication
Les niveaux de densité décrivent des objectifs de dépassement différents pour les familles de boîtiers prises en charge. Ils servent à comparer l’espace nécessaire, la capacité du procédé, les charges mécaniques et le compromis coût/réparation. Le niveau ne fixe pas à lui seul les dimensions, le rendement ou l’équipement d’inspection.
Schéma comparatif indicatif ; les dimensions réelles dépendent de la méthode et du boîtier :
Niveau A : marge de dépassement plus importante -> davantage d’espace
Niveau B : compromis de conception -> compromis général
Niveau C : marge de dépassement réduite -> encombrement moindre
| Niveau | Objectif de dépassement | Espace et inspection | Charge/procédé à examiner | Compromis de réparation |
|---|---|---|---|---|
| A | Marge plus importante pour les familles couvertes | Encombrement plus élevé ; accès parfois facilité | Recommandation du composant, fabrication et assemblage | Plus de matière/pâte possible ; vérifier le risque réel |
| B | Objectif intermédiaire pour les boîtiers concernés | Encombrement et accessibilité à évaluer | Procédé qualifié et limites de fabrication | Évaluer réparation et contrôle sur l’assemblage réel |
| C | Dépassement réduit lorsque la méthode le permet | Densité accrue ; inspection à planifier | Capacité réelle de placement, masque et pâte | Conséquences de reprise à convenir selon le produit |
Sélectionnez le niveau à partir de la méthode applicable, de la recommandation du composant et du procédé d’assemblage. La couverture SPI doit suivre une analyse de risque et le plan qualité convenu ; le niveau de densité n’impose pas à lui seul une inspection à 100 %, ne constitue pas une qualification industrielle et ne garantit pas le rendement.
Pastilles NSMD ou SMD : dimensions et masque adaptés au boîtier
Une pastille NSMD (cuivre non défini par le masque) présente une ouverture de masque plus grande que la pastille de cuivre. Une pastille SMD (cuivre défini par le masque) est limitée par l’ouverture du masque. Le choix dépend du boîtier, des recommandations du fabricant, des tolérances de fabrication et du procédé réel ; aucune des deux options ne convient automatiquement à tous les pas fins.
NSMD : ouverture du masque plus large que le cuivre
┌──────────────── ouverture masque ────────────────┐
┌──────── pastille cuivre ────────┐
SMD : ┌── ouverture masque ──┐
└──── pastille cuivre ──┘
| Critère | À vérifier avant de choisir |
|---|---|
| Dimension du cuivre | Motif recommandé par le fabricant pour le boîtier concerné |
| Ouverture et tolérance du masque | Dégagement, recouvrement ou barrage selon le dessin et le procédé |
| Fabrication | Limites de registration et résolution de masque réellement proposées |
| Assemblage | Volume de pâte, mouillage et résultats observés pour ce composant |
| Qualification | Résultats d’assemblage et de fiabilité exigés par le programme |
Les guides de boîtiers peuvent recommander NSMD pour certaines BGA, mais les règles ne sont pas uniformes. Le document AMD AM013 s’applique aux familles de boîtiers qu’il couvre ; les consignes TI sur les empreintes BGA peuvent différer. Suivez les dimensions du fabricant et les tolérances de fabrication convenues, puis validez l’assemblage.
Dissymétrie thermique et effet de tombstone des composants chip
Un déséquilibre de mouillage ou de comportement thermique entre les deux terminaisons peut créer un couple qui soulève le composant pendant la refusion. C’est un mécanisme possible, pas la preuve que la seule empreinte est en cause.
composant chip
+--------------+
| |
___+___ ___+___
pastille A pastille B
chaleur / mouillage différents
-> couple de soulèvement possible
| Facteur à examiner | Vérification sur l’assemblage réel |
|---|---|
| Géométrie des deux pastilles | Comparer les dimensions et le raccordement cuivre |
| Chemins thermiques | Examiner plans, vias, largeurs et dissipation locale selon les besoins du circuit |
| Pâte et terminaisons | Vérifier dépôt, stockage, forme et état des terminaisons |
| Placement et profil | Confirmer alignement, équilibre thermique et profil de refusion convenu |
| Masque et procédé | Respecter les largeurs de barrage réellement convenues avec le fabricant |
Ne déduisez pas un seuil universel de 1 à 2 secondes, une liaison obligatoire de toutes les pastilles de puissance par quatre branches, une largeur de branche précise, une largeur identique des pistes ou un barrage de masque universel. Définissez ces paramètres selon les besoins thermiques, le boîtier, la pâte, le profil et les capacités convenues.
Matrice de diagnostic des défauts d’assemblage et des motifs de pastilles
Un défaut observé ne prouve pas à lui seul qu’un unique paramètre d’empreinte en est la cause. Relevez les symptômes et les preuves avant de modifier le motif.
| Défaut observé | Indice visuel | Causes possibles à examiner | Contrôle utile | Action candidate et validation |
|---|---|---|---|---|
| Tombstone d’un composant chip | Résistance ou condensateur redressé | Déséquilibre de mouillage ou thermique, géométrie, pâte, terminaison, placement | AOI et revue du procédé de refusion | Corriger la cause démontrée et valider sur l’assemblage réel |
| Pont de soudure | Court-circuit entre terminaisons voisines | Largeur/espacement du cuivre, masque, pâte, dépôt ou placement | SPI/AOI et mesure de l’ouverture réelle | Ajuster la caractéristique concernée puis vérifier le résultat |
| Vides ou fissures sur BGA | Défaut visible en radiographie ou après analyse | Boîtier, procédé, conception thermique, via-in-pad ou assemblage | Radiographie/AXI, coupes et analyse selon le plan qualité | Appliquer les limites spécifiques au composant et au programme |
| Congé de soudure insuffisant | Mouillage incomplet ou géométrie anormale | Terminaison, quantité de pâte, géométrie ou profil | Contrôle visuel ciblé, coupe si nécessaire | Comparer à la spécification applicable et qualifier la correction |
| Décalage ou rotation du composant | Position/orientation hors cible | Origine, convention d’angle, import, placement ou pâte | AOI et comparaison avec XYR/dessin | Corriger le mapping et vérifier le premier article |
Aucun pourcentage de vides ni angle de rotation universel ne s’applique à tous les composants. L’acceptation dépend de la classe, de la révision, du boîtier et du plan convenu.
Économie SMT : effets d’une bibliothèque de motifs maîtrisée
Une bibliothèque contrôlée peut éviter des changements inutiles, mais les gains doivent être évalués avec des données du projet plutôt que des promesses universelles de rendement ou d’économie.
| Décision | Risque d’une bibliothèque non maîtrisée | Preuve d’une bibliothèque contrôlée | Conséquence commerciale à comparer |
|---|---|---|---|
| Premier assemblage | Inadéquation non examinée du boîtier ou de la pâte | Revue boîtier/empreinte et premier article | Reprise et analyse du lot concerné |
| Validation du pochoir | Ouvertures non étudiées pour les composants utilisés | Plan approuvé d’ouvertures et d’épaisseur | Coûts d’outillage et de révision chiffrés par l’assembleur |
| Placement | Conventions différentes d’origine ou d’angle | Import vérifié et orientation au premier article | Temps de réglage et répétabilité |
| Maintenance | Empreintes en double sans responsable | Révision maîtrisée et données sources approuvées | Effort d’ingénierie et risque de modification |
| Approvisionnement alternatif | Noms proches masquant des différences de broches ou de boîtier | Approbation électrique, mécanique et procédé de chaque alternative | Disponibilité comparée au coût de requalification |
Une empreinte commune ne rend pas des références fabricants différentes automatiquement interchangeables sur les plans électrique, brochage, thermique, mécanique ou procédés. Consultez nos offres d’assemblage PCB et d’assemblage SMT pour définir les contrôles entre conception et fabrication.
Documents à fournir pour la demande de prix et la libération
À joindre à la demande ou au dossier de libération :
- Archive Gerber (
RS-274X/Gerber X2) ouODB++/IPC-2581contenant les couches cuivre (GTL/GBL), masque (GTS/GBS) et pâte (GTP/GBP). - Fichier de centroïdes de placement (
XYR) avec origine des composants, face et convention d’angle indiquées et vérifiées avec le dessin d’assemblage. - Nomenclature complète (BOM) avec MPN fabricant complètes pour comparer les tolérances du boîtier aux empreintes CAO.
- Dessin d’assemblage indiquant la méthode de motif choisie, le niveau de densité le cas échéant, les exceptions approuvées et les positions Via-in-Pad Plated Over (
VIPPO, IPC-4761 Type VII).
À demander au fournisseur (preuves avant approbation) :
- Rapport d’audit DFM/DFA avant fabrication signalant les écarts patte/pastille, connexions thermiques non revues et caractéristiques du masque hors limites convenues.
- Tracé de vérification du pochoir : géométrie des ouvertures, rapport de surface et libération de pâte adaptés au pochoir/procédé, ainsi que segmentation en fenêtres des pads thermiques QFN/DFN.
- Rapports d’inspection du premier article convenus pour les congés accessibles et certains risques de joints cachés ; indiquer les limites de l’imagerie et les examens complémentaires éventuels.
- Vérification de l’alignement de Pin 1 et de la polarité des diodes, condensateurs et circuits intégrés polarisés avant refusion.
Responsabilités :
- Conception : approuver la géométrie pastille/pâte/masque propre au boîtier, les liaisons thermiques et la convention documentée de bibliothèque/import.
- Qualité : approuver les réductions d’ouverture du pochoir, contrôler les barrages de masque et valider les critères convenus d’inspection du premier article et de radiographie.
- Achats : avant substitution, confirmer la compatibilité électrique, brochage, mécanique, thermique et assemblage des MPN alternatives approuvées dans l’AVL.
Points de contrôle par étape :
- EVT : superposition CAO/MPN automatisée et inspection du premier article sur les premières cartes prototypes.
- DVT : volume de pâte SPI 3D en ligne selon le plan convenu, puis inspection 3D AOI des congés après refusion.
- PVT : valider réglage des feeders, placement, profil, couverture d’inspection et acceptation du pilote convenus.
- MP : maîtrise statistique continue du procédé (SPC) pour impression de pâte, placement et contrôles AOI définis.
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Comment choisir les niveaux de densité IPC-7351 A, B et C ?
Les niveaux A, B et C correspondent à des objectifs de dépassement différents pour les familles de boîtiers prises en charge. Choisissez selon la méthode applicable, la recommandation du composant et le procédé d’assemblage. Le niveau seul ne détermine ni le rendement, ni une qualification industrielle, ni un équipement d’inspection obligatoire.
Pourquoi le NSMD est-il souvent préféré au SMD pour les pastilles BGA à pas fin ?
Le NSMD expose le pourtour du cuivre et figure dans de nombreux guides de boîtiers. Le bon choix dépend toutefois du boîtier et du procédé : vérifiez les dimensions de pastille/masque du fabricant et les tolérances de fabrication réelles, sans appliquer une règle unique à tous les BGA à pas fin.
Comment une empreinte déséquilibrée peut-elle provoquer un tombstone ?
Un mouillage ou un comportement thermique inégal peut créer un couple de soulèvement. Comparez la géométrie des deux pastilles, les chemins thermiques du cuivre, la pâte, les terminaisons et le placement, puis validez le profil et la correction sur l’assemblage réel.
IPC-7351 définit-elle une convention d’orientation de la broche 1 ?
Les conventions de motifs peuvent faciliter la cohérence des bibliothèques, mais le dossier de fabrication doit préciser et vérifier l’origine, la face, la broche 1 et la convention d’angle. Ne supposez pas que la broche 1 se trouve toujours au nord-ouest pour un composant rectangulaire, ni qu’un fichier de centroïdes s’importe sans contrôle.