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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2022

Un cahier des charges exclusif pour des circuits imprimés plus fiables

Lorsque NCAB Group livre ses circuits imprimés (PCB), ils sont toujours fabriqués conformément aux spécifications de ses clients, mais aussi au cahier des charges de NCAB. Ce cahier des charges est un document « vivant » dans la mesure où il fait l’objet d’un travail d’amélioration continu. Quels sont les avantages pour les clients de NCAB ? Découvrez-le dans cette nouvelle newsletter.

La spécification PCB de NCAB Group est le fruit de décennies de travail de développement et d’expérience. Il s’agit d’un document exhaustif répertoriant plus de 100 exigences ou critères différents qui doivent tous être respectés lors de la fabrication de circuits imprimés pour nos clients.

« Sur la base de notre connaissance du domaine et de notre expérience concrète, nous avons créé notre propre cahier des charges standard qui complète, voire dépasse, la norme industrielle établie IPC classe 2. Nous avons la même philosophie fondamentale, le même processus et les mêmes objectifs que l’IPC, mais nous mettons l’accent sur l’ensemble des facteurs qui contribuent à la fiabilité des PCB », explique Ryan Pellow, Managing Director de NCAB Group UK.

Ryan Pellow, Managing Director NCAB Group

« NCAB met fortement l’accent sur la qualité, tout en assumant l’entière responsabilité des PCB livrés et en offrant à ses clients un faible coût total. »

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

L’IPC montre la voie à suivre

De nombreuses entreprises travaillent conformément à la norme IPC, dont l’origine remonte à 1957. L’objectif de cette norme est d’améliorer la qualité et la fiabilité des produits électroniques. L’idée est que son utilisation doit être universelle et qu’elle doit considérer tous les types d’infrastructures de fabrication, toutes les capacités et tous les types de produits.

« NCAB met fortement l’accent sur la qualité, tout en assumant l’entière responsabilité des PCB livrés et en offrant à ses clients un coût total faible. Par conséquent, nous considérons la norme IPC comme une base solide sur laquelle nous pouvons nous appuyer. Notre propre cahier des charges nous permet d’identifier les domaines que nous devons considérer comme particulièrement importants si nous voulons améliorer la fiabilité des produits de nos clients », explique Ryan Pellow.

« Nous avons la même philosophie fondamentale, le même processus et les mêmes objectifs que l’IPC, mais nous mettons l’accent sur l’ensemble des facteurs qui contribuent à la fiabilité des PCB ».

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

Jan Pedersen, Director of Technology de NCAB Group, qui participe également aux travaux de développement de la norme IPC, attire l’attention sur les nombreux domaines où la norme IPC stipule que les exigences et les critères peuvent être définis conjointement entre un client et son fournisseur. « Dans la pratique, cela peut souvent conduire à ne pas tenir compte de certains facteurs essentiels pour la fiabilité. Parce que nous ne nous en satisfaisons pas, nous insistons sur ce qui doit s’appliquer dans les domaines importants de notre propre cahier des charges. Compte tenu de la forte densité de composants et des nombreuses couches qu’intègrent les PCB actuels, les exigences de qualité et de fiabilité sont plus élevées qu’auparavant. »

Jan Pedersen, Technical Director NCAB Group

« Compte tenu de la forte densité de composants et des nombreuses couches qu’intègrent les PCB actuels, les risques de qualité et de fiabilité sont plus élevées qu’auparavant. »

Jan Pedersen
Director of Technology, NCAB Group

La fiabilité doit être intégrée

NCAB estime que tous les clients bénéficient de sa spécification, car la fiabilité est prise en compte dès la phase de conception des circuits imprimés. Il est en effet difficile d’intervenir une fois la conception définie. De plus, parce que le PCB est le composant le plus critique d’un produit électronique, son fonctionnement dépend de celui du produit final. C’est la raison pour laquelle NCAB s’efforce en permanence d’améliorer la fiabilité de ses produits dans les limites du cadre financier.

« La fiabilité et la durabilité sont comme les deux faces d’une pièce. »

Ryan Pellow,
Managing Director, NCAB Group

« C’est ce que nous nous efforçons d’atteindre grâce à notre cahier des charges. Le risque est en effet que le produit d’un client tombe en panne en cours d’utilisation, que ses performances soient médiocres ou que sa durée de vie soit réduite. Bien sûr, les conséquences diffèrent selon les applications. Si vous fabriquez des cartes destinées aux secteurs de la sécurité, de la santé et de l’automobile, une défaillance peut s’avérer très grave. Grâce à cette spécification, l’ensemble de nos clients bénéficie d’une fiabilité accrue », déclare Ryan Pellow.

NCAB Group PCB specification | NCAB Group
La spécification PCB de NCAB est un document exhaustif répertoriant plus de 100 exigences ou critères différents qui doivent tous être respectés lors de la fabrication de PCB pour nos clients.

Le fait que la fiabilité contribue à améliorer la durabilité est un aspect qui gagne en importance. Un meilleur PCB accroît à la fois les performances du produit et sa capacité à résister à différents environnements.

« La fiabilité et la durabilité sont comme les deux faces d’une pièce. Ce sont des facteurs sur lesquels nous travaillons en permanence, sans jamais atteindre un objectif final permettant de considérer que le travail est fini. Dans les deux cas, il est important de progresser grâce à un processus d’amélioration continue », affirme Ryan Pellow.

Un processus continu

La spécification PCB de NCAB Group s’appuie exactement sur ce type de processus d’amélioration. Elle définit des exigences claires et précises pour tous les domaines qu’elle aborde, et ces exigences sont constamment actualisées. Elles définissent les caractéristiques d’un PCB qui dure dans le temps.

Dans certains cas, notre cahier des charges comprend les mêmes exigences que l’IPC, mais NCAB les inclut afin d’insister sur leur importance. D’autres exigences sont signalées comme « Spécifiques à NCAB », ce qui indique que NCAB applique des normes qui ne sont pas incluses dans la norme IPC. Enfin, certaines caractéristiques sont signalées comme « Supérieures à l’IPC », ce qui indique que les normes peuvent être plus strictes que ce qui est demandé par l’IPC ou que la norme IPC ne comporte pas de critères clairement définis et quantifiés pouvant être utilisés.

Inspektion i ett "yellow room" i en mönsterkosrtfabrik. | NCAB Group
Les équipes de gestion des usines de NCAB sont directement responsables des produits qu’elles livrent. Leur travail consiste à contrôler et à certifier que les PCB sont fabriqués et vérifiés conformément à notre cahier des charges.

« Si l’on considère le coût total le plus bas, il est important d’inclure dans les calculs non seulement les coûts directs, mais aussi les coûts indirects que peut entraîner une fiabilité insuffisante. Le coût d’un rappel de produits et d’un problème qualité est très élevé. Si l’on ajoute à cela les coûts liés à l’analyse des défauts ou aux dommages en matière d’image, etc., notre fiabilité améliore le coût total le plus bas pour nos clients », affirme Ryan Pellow.


Sept exemples de facteurs importants pour un circuit imprimé fiable

Lorsque NCAB fait la promotion de sa spécification PCB, l’entreprise met en avant 14 caractéristiques importantes pour un circuit imprimé fiable. Afin de clarifier les avantages concrets pour les clients, nous avons demandé au directeur technique Jan Pedersen de choisir certaines de ces fonctionnalités et de nous en dire un peu plus :

Exempel på koppartjocklek för IPC class 1 &2 respektive IPC class 3.
La spécification PCB de NCAB exige que l’épaisseur de la métallisation des trous soit de 25 μm. En effet, un cuivre plus épais produit un via plus solide, ce qui réduit le risque de fissuration de la paroi du trou lors de l’assemblage et rend le produit final plus résistant à la charge pendant le fonctionnement.

Exigences pour la métallisation de trous de 25 μm

« Dans ce domaine, NCAB respecte les exigences de la classe 3 de l’IPC, alors que l’industrie applique généralement la classe 2, qui se contente de 20 μm. Un cuivre plus épais produit un via plus solide, ce qui réduit le risque de fissuration de la paroi du trou pendant l’assemblage. Cela permet au produit final d’être plus performant en charge pendant le fonctionnement. De plus, un PCB doté d’un via plus solide supporte mieux les tests d’impact et les chocs. Cette exigence propre à NCAB permet d’obtenir un produit final plus résistant aux défaillances électriques et aux contraintes physiques. »

« Un cuivre plus épais produit un via plus solide, ce qui réduit le risque de fissuration de la paroi du trou pendant l’assemblage. »

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group

Des exigences de pureté plus strictes que celles de l’IPC

« Les constructions de PCB sont de plus en plus denses, avec des largeurs de conducteurs et des distances d’isolation en constante réduction. Il est donc de plus en plus important que les cartes finies restent propres afin d’éliminer le risque de contamination susceptible d’affecter la fonction du produit et, à terme, son fonctionnement global. L’IPC n’a pas défini d’exigences quantitatives obligatoires concernant la propreté du circuit fini à la livraison. Ainsi, même si la plupart des usines sont en mesure de respecter notre cahier des charges dans ce domaine, elles ne le font pas si les exigences ne le stipulent pas. NCAB définit des exigences actualisées et spécifie un faible niveau de contamination que le fournisseur doit respecter. »

Utilisation de stratifiés de base reconnus internationalement

« Des matières de base de bonne qualité sont une condition préalable à la fiabilité des PCB haute performance. Cela s’applique au coefficient de dilatation thermique dans l’épaisseur (axe z) et dans les dimensions (axe x-y), à la quantité d’humidité absorbée par le stratifié et à la façon dont il réagit pendant les procédés de stratification, de perçage et de détourage. Dans les conceptions de PCB modernes où la densité entre les vias et les couches de cuivre est plus importante, les connexions indésirables causées par la migration du cuivre, qui forment ce que l’on appelle des filaments anodiques conducteurs (CAF), constituent un risque qui peut être réduit en utilisant des matériaux résistants aux CAF. Cela signifie que nous devons connaître les propriétés réelles du matériau de base malheureusement, ce paramètre n’est pas suffisamment contrôlé. Il existe de nombreuses marques de matières locales, par exemple en Chine, dont les homologations UL et les protocoles de test ne sont pas fiables. La seule manière de garantir que les propriétés du matériau de base répondent aux normes requises consiste à choisir des matières reconnues et éprouvées à l’échelle internationale. C’est ce que fait NCAB. »   

Close up of broken down PCB soldermask. | NCAB Group
Ici, nous voyons à la base de la piste que le flux a détérioré le vernis épargne provoquant une perte d’adhérence et exposant le cuivre. Si l’encre n’est pas de bonne qualité, il y a un réel risque de corrosion ou de courts-circuits.

Vernis épargne répondant aux exigences de la norme IPC-SM-840 classe T ou supérieure

« Alors que d’autres procédés de fabrication ont été développés et améliorés au fil des ans, le procédé de vernis épargne est globalement le même depuis plusieurs décennies. Si les encres utilisées se sont quelque peu améliorées, tout est fait de la même manière. C’est donc là que le risque d’erreur est le plus grand. »

« Là où les normes IPC ne sont pas totalement à jour, NCAB dispose d’une liste d’exigences propres pour garantir que le vernis épargne conserve sa propriété au cours de l’assemblage et pendant l’utilisation finale du PCB. Pour les circuits imprimés à haute densité ou les applications critiques, il est important de bien contrôler les vernis épargne utilisés et leur mode d’application. Le risque est que le vernis épargne se détache du stratifié, ce qui, à long terme, entraîne la corrosion des conducteurs en cuivre et la formation de surtensions. Cela peut mener le PCB au rebut et/ou entraîner l’apparition de défauts coûteux dans le produit final. Notre spécification stipule que seuls les vernis épargne conformes aux normes peuvent être utilisés et, surtout, que le processus doit faire l’objet d’un suivi et d’une surveillance appropriée dans les usines. »

I NCABs mönsterkortsspecifikation står beskrivet vilken tjocklek lödmasken ska ha. | NCAB Group
La spécification PCB de NCAB spécifie l’épaisseur du vernis épargne afin d’optimiser la fonctionnalité et la fiabilité de la carte.

Épaisseur spécifiée du vernis épargne

« La fonction de base du vernis épargne est de protéger le cuivre contre l’oxydation et d’empêcher les courts-circuits pendant la fabrication. L’épaisseur du vernis épargne est un facteur important qui peut affecter l’efficacité de la protection. Malgré cela, l’IPC ne spécifie aucune exigence en matière d’épaisseur. Par exemple, il est préférable que le vernis épargne soit assez épais pour permettre à la carte de supporter l’humidité sans entraîner d’oxydation ou d’impact sur le cuivre. Cela s’applique même lorsque le PCB fait l’objet de tests de fonctionnement dans différents environnements. Un vernis épargne plus épais offre également une meilleure résistance aux éventuels chocs et rayures en phase de production. Toutefois, il ne doit pas être trop épais, car cela peut créer des problèmes lors du montage des composants sur la carte. NCAB a résolu ce problème en déterminant l’épaisseur de vernis épargne qui optimise la fonctionnalité et la fiabilité de la carte. Ensuite, nos équipes de gestion des usines en Asie, en Europe et aux États-Unis vérifient que les épaisseurs spécifiées sont appliquées. »

Exigences esthétiques définies pour le réusinage et la réparation

« L’une des principales raisons pour lesquelles les usines d’électronique renvoient ou éliminent des cartes aujourd’hui est qu’elles considèrent parfois que les défauts des cartes actuelles, à la conception très dense, sont purement esthétiques, alors qu’en réalité ces défauts ont un impact négatif sur leur fonctionnement. Même si l’IPC prévoit une règle générale en matière de process de fabrication, aucune exigence n’est spécifiée pour les rayures mineures, les surépaisseurs, les réparations, les empreintes digitales et autres problèmes dits esthétiques. La spécification NCAB définit clairement ce qui est acceptable et ce qui ne l’est pas en raison d’éventuels problèmes de fiabilité et de fonctionnement. »

Process de fabrication spécifiques pour le remplissage des vias

« Cette exigence reflète également l’importance du vernis épargne pour la fiabilité du circuit imprimé. Lorsque le client spécifie des vias à remplir, la norme IPC ne fixe aucune exigence spécifique en ce qui concerne le degré de remplissage des trous, alors que NCAB exige que ses usines les remplissent à au moins 70 %. Le via est ainsi protégé pendant le processus d’assemblage car cela empêche les produits chimiques de rester à l’intérieur et de provoquer une éventuelle contamination ou corrosion. Le cuivre est protégé contre l’oxydation, ce qui à long terme évite les courts-circuits. Cela réduit le gaspillage de cartes et le produit final est plus fiable et plus performant. Tout comme l’épaisseur correcte du vernis épargne, les vias correctement bouchés et couverts améliorent également la capacité de la carte à résister aux tests de fiabilité et aux environnements difficiles. »

« La norme IPC ne fixe aucune exigence spécifique en ce qui concerne le degré de remplissage des trous, alors que NCAB exige que ses usines les remplissent à 70 %. »

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group