l`inspection par rayonsx, même quand les séries sont petites

20/07/05
17:58
Page 71
S olutions
TEST DE CARTES ÉLECTRONIQUES
L’INSPECTION PAR
RAYONS X, MÊME
QUAND LES SÉRIES
SONT PETITES
Reportage ■ Les industries électroniques intègrent des compo-
sants de plus en plus complexes sur les cartes électroPartners’ niques utilisées dans leurs produits. Cette évolution
Electronics nécessite des moyens de production et de test toujours plus performant et donc toujours plus coûteux.
Résultat, beaucoup d’industriels ont du mal à suivre et n’hésitent
pas à se séparer de leurs usines. D’autres, même petits, trouvent la
bonne formule. C’est, par exemple, le cas de Partners’ Electronics,
une société de seize personnes qui a investi dans une ligne
d’assemblage CMS et un système d’inspection par rayons X.
Vu chez
C
roissy-Beaubourg, petit village de
Seine-et-Marne. Dans la zone
d’activité Actipole, le bâtiment de
700 m2 de Partners’ Electronics abrite
des bureaux, une ligne d’assemblage pour
composants montés en surface (CMS), ainsi que des moyens de test pour le contrôle
des cartes fabriquées sur le site. Le nom de
la société pourrait trahir une origine américaine. Il n’en est rien. Partners’ Electronics est
une société bien française qui n’hésite pas
à investir dans des moyens de production et
de contrôle sophistiqués. Il faut dire que
nécessité fait loi. Il est impératif de pouvoir
répondre aux demandes des industries électroniques qui sont de plus en plus nombreuses à utiliser des cartes électroniques
complexes intégrant les dernières technologies de composants CMS de type BGA (Ball
Grid Array), Flip Chip et CSP. « La question
n’est pas de savoir si nous devons passer aux
dernières technologies de composants CMS
ou pas, mais c’est de savoir quand nos
clients fabricants d’équipements et de biens
électroniques vont les intégrer dans leurs
équipements. Et par conséquent, quand
nous, sous-traitants, devons investir dans
les moyens de production et de test adéMESURES 739 - NOVEMBRE 2001
quats », explique Jean-Pierre Lebœuf, gérant
de Partners’ Electronics, résumant bien l’état
d’esprit de la profession. Les fabricants
d’équipements de télécoms ont été les précurseurs. Et aujourd’hui, c’est l’ensemble de
l’industrie électronique qui suit le mouvement. Ainsi, pour les clients de Partners’ Electronics qui se situent dans les secteurs de
l’audio/vidéo professionnelle, de la sécuri-
R eportage
té et de la domotique, l’heure d’implémenter les dernières générations de CMS va sonner. La société a pris les devants et a investi
dans un testeur à rayons X, la seule technique qui permette de contrôler le bon
assemblage des composants BGA.
On sait que l’inspection par un testeur à
rayons X est une technique encore très chère. Le coût d’un tel système approche le million de francs. Avant de s’engager dans un
tel investissement, Partners’ Electronics y a regardé à deux fois. Surtout qu’il lui faut également composer avec les volumes de production. Il s’agit souvent de petites ou de
moyennes séries, entre une dizaine et
quelques milliers de cartes par an. On est
loin des centaines de milliers de cartes électroniques produites par an pour les téléphones portables.
« Pour réussir, il faut que les investissements soient anticipés par rapport aux
demandes des clients. Par ailleurs, il est
important de ne pas être dépendant d’un seul
client sinon celui-ci impose le fournisseur
et le type de testeurs à son sous-traitant, en
fonction des types de cartes électroniques
qu’il souhaite faire assembler. Nous ne
sommes pas du tout dans cette situation
puisque le plus important des clients de Partners’ Electronics ne représente pas plus de 10 %
du chiffre d’affaires », commente
M. Lebœuf. Partners’ Electronics a investi
1,5 millions de francs en 2000 pour les
équipements de contrôle et de réparation
BGA, 3 millions de francs en 2001 dans la
nouvelle ligne CMS et près de 1,5 millions
de francs sont prévus en 2002 pour un testeur électrique à sondes mobiles. « Ces
chiffres peuvent paraître importants au
regard des 10 millions de francs de chiffre
d’affaires de la société, mais ces investissements sont nécessaires pour nous permettre
© Luc Lambolcy - Studio Epimac
071_073_SOL
Pour faire face à la complexité de plus en plus en forte des cartes électroniques, les sous-traitants (même les plus petits) doivent disposer
d’outils de test et de process plus performants et plus chers.
71
071_073_SOL
20/07/05
17:58
S olutions
Page 72
R eportage
Un investissement financier important
Jean-Pierre Lebœuf, gérant de Partners’
Electronics : « La question n’est pas de savoir si
l’on doit passer aux composants BGA ou pas. La
question est quand ».
de nous maintenir à la pointe de la technologie », précise M. Lebœuf.
Evolution des stratégies de test
Pour les cartes électroniques complexes, audelà de l’investissement dans un système d’inspection par rayons X, c’est toute l’approche
du test qui est modifiée. Partners’ Electronics doit
s’adapter aux demandes de ses différents donneurs d’ordre. Certains d’entre eux lui confient
entièrement l’industrialisation de leurs produits. « Ce service d’industrialisation est d’un
grand intérêt pour les petits clients. Nous partons des schémas des cartes fournis par le
client avec le choix de tous ou d’une partie seulement des composants, explique M. Lebœuf.
Dans le cas de séries plus importantes, il nous
est nécessaire de prévoir des pastilles de test en
vue d’un futur test in situ ou de choisir le packaging de composants sur de nouvelles cartes.
L’étude CAO (Conception Assistée par Ordinateur) que nous faisons est limitée à une
optique de fabrication ».
Au niveau de la production, les composants
CMS sont d’abord assemblés sur les cartes soit
sur la ligne de production soit manuellement
pour les composants complexes et coûteux
(plusieurs dizaines de milliers de francs pour
certains composants BGA). Les composants
CMS sont alors contrôlés visuellement en sortie de ligne. Les cartes électroniques passent
ensuite sur les postes d’assemblage manuel où
les composants traversants et les éléments “exotiques” sont montés. L’étape finale porte sur
le réglage et le test fonctionnel des cartes électroniques. Là encore, il y a différentes situations. Certains clients spécifient les critères de
fonctionnement et les paramètres qu’il faut
vérifier (fréquence, puissance, etc.) avec des
demandes particulières en termes de réglages.
Dans ces cas-là, c’est souvent le donneur
d’ordre qui fournit le banc de test fonctionnel. Parfois Partners’ Electronics développe ellemême le banc. Il arrive également, pour de
72
son indépendance vis-à-vis de ses clients et sur un autre principe de bon sens : les investissements doivent être portés par l’activité en cours et non par l’activité future. La société a choisi un amortissement
dégressif sur cinq ans, ce qui permet d’amortir le plus gros de l’investissement les trois premières années.
« Cette durée de trois ans est pour nous une sécurité : elle nous assure une marge de manœuvre si des évolutions technologiques voient le jour entre temps », explique Jean-Pierre Lebœuf, gérant de Partners’
Electronics. Avec la nouvelle ligne d’assemblage et le système d’inspection par rayons X, Partner’s
Electronics table sur une hausse de 5 à 10 % de son chiffre d’affaires. Cette croissance viendra de l’augmentation du volume de production des cartes simples, c’est-à-dire ne nécessitant pas la pose manuelle
et hors ligne de composants CMS de type BGA. La nouvelle machine de report est en effet trois fois plus
rapide que la précédente. Toujours pour ses clients actuels, la société améliorera la qualité de son expertise en matière de composants complexes. Partner’s Electronics vise également de nouveaux marchés
qu’elle ne pouvait pas adresser auparavant sans un testeur à rayons X.
très petits lots de cartes complexes notamment,
que Partners’ Electronics ne fasse pas du tout de
test et c’est le client qui s’en charge.
Ces adaptations au cas par cas selon les donneurs d’ordre ne sont pas remises en question
par l’évolution des stratégies de test. « Lorsque
nous avons démarré notre activité d’assemblage de composants CMS, la pose de ces composants était validée très en aval de la production, au niveau du test fonctionnel. Compte
tenu de l’accroissement de la complexité des
cartes électroniques fabriquées, nous avons
ajouté un contrôle visuel en sortie de la ligne
CMS. Ce contrôle optique est fait par un opérateur. Un système d’inspection optique automatique (AOI) ne se justifie pas ici, compte
tenu des volumes de lots, entre 100 et 300 cartes
électroniques par mois », explique M. Lebœuf.
En effet, la mise en œuvre d’un système AOI en
ligne est lourde. Il faut programmer le testeur
type de carte par type de carte. Cela peut
prendre beaucoup de temps et ce n’est pas ren-
table lorsque l’on produit des petites ou
moyennes séries.
Mais qu’il soit fait par un opérateur ou une
machine, le contrôle optique montre vite ses
limites. Une inspection optique n’est pas
exempte de faux défauts et n’assure pas une
couverture de 100 %. Il faut de toute façon faire d’autres types de test derrière. Et comment
vérifier s’il n’y a pas de courts-circuits au niveau
de joints de soudure situés sous des composants ? Comment valider la qualité d’un joint de
soudure ? Seule l’inspection par rayons X l’autorise car elle permet de voir à travers les composants. Le système retenu par Partners’ Electronics
est le modèle hors ligne CRX 1000 de CR Technology (représentée en France par Antycip). Le
contrôle est réalisé manuellement.
Les rayons X à utiliser avec précaution
Mais si voir en transparence rend les
contrôles possibles,
© Luc Lambolcy - Studio Epimac
© Luc Lambolcy - Studio Epimac
■ Pour réussir à investir plusieurs millions de francs trois années de suite, Partners’ Electronics s’appuie sur
Courts-circuits, faux contacts, circuits ouverts, “trous” dus à un manque de soudure (voids),
rotondité des billes des BGA… L’inspection par rayons X assure le contrôle et l’expertise des
composants complexes. La possibilité d’orienter la carte permet d’obtenir une image sous différents angles et d’affiner ainsi l’analyse.
MESURES 739 - NOVEMBRE 2001
071_073_SOL
20/07/05
17:58
Page 73
S olutions
R eportage
Un service de contrôle et
de réparation BGA
CR Technology est utilisé pour le contrôle hors ligne des composants BGA et également dans le cadre d’une prestation que propose Partners’ Electronics : le service BGA 2000. Ce service
d’expertise, de contrôle et de réparation des BGA comprend le système
d’inspection par rayons X, un système de contrôle des BGA par fibre
optique Ersascope d’Ersa, deux
machines de réparation de BGA,
l’une de Finetech (à air chaud) et
l’autre d’Ersa (par infrarouge) et
enfin une machine rebillage* de brevet Novatech, la “ball seeder”.
* Le rebillage consiste à ré-équiper, de billes de
soudure, un composant BGA qui a été dessoudé.
ce n’est pas pour autant qu’ils soient faciles,
bien au contraire. Les cartes comportent plusieurs couches d’interconnexions et en général des composants sur les deux faces. Sur
l’image en deux dimensions restituée par le
testeur, tous ces éléments sont superposés. « Le
fait de voir en transparence nécessite d’interpréter les images. Il faut beaucoup d’expérience pour bien discerner un défaut d’un artéfact
dû à la position du composant, à la nature de
la soudure, etc. C’est comme un médecin qui
saura voir la fissure d’un os sur une radiographie alors que le commun des mortels ne
voit que des ombres », compare Guy Sciau-
deau, technicien test et bureau d’étude chez
Partners’ Electronics. Un peu comme pour les appareils utilisés dans le médical, le CRX 1000 offre
la possibilité de prendre une image de la carte sous différents angles. Il est en effet équipé
d’un système de pivotement de la carte. L’opérateur peut ainsi s’appuyer sur plusieurs images
pour affiner son analyse. Il peut, par exemple,
observer les défauts de rotondité des billes des
composants BGA.
Les testeurs à rayons X sont bien adaptés pour
le contrôle des courts-circuits, même s’ils ne
permettent pas de les dimensionner. « Avec de
l’expérience, il nous arrive même de contrôler
les courts-circuits de cuivre qui peuvent se
cacher sous un afficheur ou un connecteur
DB9, par exemple. Ce faisant, on ne dessoude
l’afficheur ou le connecteur que lorsque c’est
nécessaire », poursuit M. Sciaudeau. Pour les
faux contacts, les circuits ouverts et les “trous”
dus à un manque de soudure (voids), l’analyse
est plus délicate.
Même s’il permet de mettre en avant certains
défauts, le testeur CRX 1000 n’est pas à proMESURES 739 - NOVEMBRE 2001
© Luc Lambolcy - Studio Epimac
■ Le système d’inspection par rayons X CRX 1000 de
prement parler un testeur de production. Il est
installé hors ligne, le positionnement de la carte et l’interprétation d’une image sont réalisés
par l’opérateur. En s’équipant d’un tel matériel, Partners’ Electronics a voulu voir large. Outre
le contrôle en production, ce testeur permet
de valider tout nouveau process de fabrication.
Plus important peut-être, il permet à la société d’offrir un service à forte valeur ajoutée, le
service BGA2000 (voir encadré “ Un service de
contrôle et de réparation BGA”).
Parmi les techniques de test concernées, il y a
le test électrique. « Pour certains types de cartes
électroniques fabriquées en série, nous envisageons de proposer une prestation supplémentaire de test électrique à sondes mobiles. Plus
de 90 % des défauts rencontrés proviennent en
effet du câblage. Dans quelques rares cas seulement, on peut incriminer les composants euxmêmes. Le test à sondes mobiles trouve donc
toute sa justification », estime M. Lebœuf.
Jusqu’à une époque pas si lointaine, les testeurs à sondes mobiles étaient chers, disposaient de peu de sondes, étaient considérés
comme pas fiables et longs à programmer.
Cette technique de test électrique sans interface de test a fait beaucoup de progrès en
termes de prix, de fiabilité, de répétabilité et
de nombre de sondes. De plus, ces systèmes
disposent du test structurel, ce qui en fait,
entre autres, un excellent outil de SAV pour le
retour des cartes défectueuses par le client.
Cédric Lardière
Partners’ Electronics
Actipole 26/27 - Boulevard de Beaubourg - Croissy-Beaubourg
77325 Marne-la-Vallée Cedex 2
Tél. : 01 64 62 06 00 - Fax : 01 64 62 94 40
www.partners-electronics.fr
73