Le test in-situ, pilier de toute

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Vu
chez
Snees
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TEST DE CARTES
Le test in-situ, pilier de toute
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Les sous-traitants en fabrication de cartes électroniques doivent s’adapter aux besoins formulés par les donneurs d’ordre.
C’est ce qui a amené la Snees, une PME sarthoise, à proposer un service d’industrialisation et d’analyse de la testabilité des
cartes produites, doublé d’un engagement sur résultat. Pour la société, le test in-situ est et reste de loin le meilleur moyen
de réaliser des tests approfondis et sans risques…
L
es téléphones mobiles avec fonction internet, les assistants personnels (PDA), les PC, le GPS
embarqué sur les voitures, les
appareils photos numériques, les commandes électriques généralisées sur les voitures, les communications radio, les téléviseurs à haute définition et avec écrans plats,
la télévision numérique terrestre et tant
d’autres choses encore : l’électronique a
depuis longtemps envahi notre vie quotidienne et elle ne cesse de nous surprendre.
Et puis il y a le revers de la médaille : les journaux ne parlent que de délocalisations
d’usines, avec leur cortège de plans sociaux
et les dommages collatéraux qui en résultent pour les fournisseurs de composants et
de biens d’équipements…
Pour autant, et fort heureusement, il reste
pas mal de production électronique en France ! La sous-traitance,
elle aussi, est toujours
L’essentiel
là. Les difficultés que
Snees est de plus en plus
connaissent les très
souvent amenée à tester
gros sous-traitants
les cartes qu’elle fabrique
révèlent que la course à
pour les donneurs d’ordre
la taille n’est pas une
Pour certaines applications
condition de la survie.
exigeantes, elle développe
une véritable stratégie de
Les “petits” arrivent à
test, afin de garantir des
tirer leur épingle du
taux de défaillances très
jeu. C’est le cas de Snees,
faibles
basée à Sablé-sur Sarthe
Pour ses tests de câblage
(près du Mans). Ses
de cartes, elle s’appuie souarguments? « Réactivité,
vent sur des testeurs inflexibilité, adaptation à la
situ.
demande du marché, proxi Elle utilise un peu de test
optique mais uniquement
mité,prix compétitifs et quapour contrôler le bon
lité », résume Bernard
déroulement du process
Fallourd,
directeur de
de fabrication des cartes à
la société. La réactivimontage en surface
té? Une carte peut être
La qualité du service est un
mise en production à
critère primordial pour le
choix de son fournisseur en
peine quelques jours
testeurs (Aeroflex, ex IFR)
après avoir reçu les
plans de CAO. La flexi-
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bilité? Snees produit des séries qui vont de
quelques centaines de cartes à plusieurs
dizaines de milliers, comportant de 10 à
2000 composants, traditionnels (traversants)
ou CMS (Composants Montés en Surface).
L’adaptation à la demande du marché? Celle-ci prend plusieurs formes.Tout d’abord,
Snees a décidé d’être très ouvert, de ne pas
prospecter un marché plutôt qu’un autre.
Hier, le marché télécoms était important.
Aujourd’hui, c’est surtout celui de l’automobile (54 % du chiffre d’affaires). Les marchés des biens d’équipements industriels
(18 % du chiffre d’affaires) et de l’électronique professionnelle (23 %) sont à la hausse. L’adaptation à la demande, c’est aussi la
capacité à gérer des plans de charge très évolutifs et très serrés. En effet, les donneurs
d’ordre ont souvent une visibilité limitée à
quelques mois. L’adaptation à la demande,
c’est enfin le service Achats/Approvisionnements en composants, créé depuis environ
10 ans, qui a connu une forte évolution
depuis l ‘année 2000. On sait que l’achat des
composants électroniques n’est pas une sinécure, car il faut savoir anticiper les pénuries
et gérer les fluctuations des prix. « Grâce à nos
volumes de commande importants, nos clients peuvent
bénéficier de tarifs attractifs. Quant aux fabricants de
composants, nous sommes devenus un client important
pour beaucoup d’entre eux et ils sont attentifs à nos
attentes », poursuit M. Fallourd.
Une garantie de qualité
grâce au test
Snees se définit avant tout comme un “assembleur” de cartes électroniques. Sa vocation,
c’est avant tout de produire. La surveillance
qualité est constante mais le test n’est pas
encore systématique. « Certains de nos clients souhaitent en effet réaliser eux-mêmes les tests », indique
Jean-Pierre Foucher, responsable technique.
Mais pour les donneurs d’ordre, la tendance est tout de même à l’externalisation et de
plus en plus, ils laissent à Snees le soin de tes-
ter les cartes qu’elle leur fabrique. Ce test a
bien sûr des limites et un coût.
Tout d’abord, comme elle ne fait pas, en grande majorité,l’étude des cartes,Snees ne s’engage
pas sur la validation du schéma électrique et
n’est donc pas responsable par les dysfonctionnements dus à d’éventuelles erreurs de
conception. Par contre, elle n’hésite pas à s’engager sur la qualité de ce qu’elle fabrique. Cela
peut aller jusqu’à un engagement sur résultat.
« Quand nos donneurs d’ordre recherchent des taux de
rebuts de l’ordre du ppm (quelques cartes par millions),
nous discutons avec eux sur les moyens à mettre en œuvre
pour parvenir à ce résultat », explique M. Foucher.
Dans ces cas exigeants, l’implication de Snees
démarre dès l’étude de la carte. Les critères de
conception permettent en effet de définir dans
quelles conditions elle pourra être fabriquée
et testée. Snees est donc amenée à travailler en
étroite coopération avec les bureaux d’études
des donneurs d’ordre. Elle est parfois impliquée dans l’industrialisation et pratique une
analyse Amdec sur le procédé d’assemblage
de la carte, de façon à mettre en évidence tous
les modes de défaillances possibles générés
tout au long du cycle de fabrication. Fort de
son expérience et des informations de production accumulées, Snees peut prévoir a priori, pour une carte donnée, les types de défauts
qui vont être générés,quels composants seront
incriminés. Ceci permet ainsi de prévoir les
rendements de fabrication, sur quels points il
faudra être plus particulièrement vigilant au
niveau des tests.
Bien entendu, pour garantir des taux de
rebuts très faibles (de l’ordre du ppm), le
test doit avoir une couverture suffisante. A
ce niveau, le choix de la stratégie de test est
décisif. Ce qui importe aussi, c’est que le test
ne fragilise pas la carte. C’est ainsi que si l’on
se contente d’un test fonctionnel, le simple
fait de mettre la carte sous tension risque de
la fragiliser. « Un composant qui a été mis en courtcircuit, est fragilisé, et la carte également, explique
M. Foucher. Autre exemple,si un composant manque
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stratégie de test
Les lignes de montage CMS sont un peu la fierté de Snees.Elle en possède six,entièrement automatisées :même le transfert des cartes entre
les machines se fait en automatique.
sur une carte et que celle-ci est mise sous tension,les autres
composants risquent d’être en surcharge et la carte s’en
trouvera là aussi fragilisée. C’est la raison pour laquelle
nous avons mis le test in-situ au cœur de notre stratégie
de test. Il est capable de détecter un court-circuit ou un
composant manquant sans avoir à mettre la carte sous
tension, donc sans risquer de la fragiliser ». Certains
industriels ont cru devoir faire l’impasse du
test in-situ et passer directement au test fonctionnel, avec le risque de fragiliser la carte et
observer qu’une fois installée, elle tombe en
panne prématurément. Certains fabricants
de matériels électroniques, pour avoir eu des
taux de retour trop importants, ont perdu
de nombreux clients…
Des lignes très largement
automatisées
La fabrication des cartes est très largement
automatisée. Snees possède notamment
6 lignes de montage en surface. S’y ajoutent
2 lignes de montage de composants conven-
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tionnels traversants (axial et radial), là aussi
largement automatisées. Deux lignes d’insertion manuelle, réservées aux cartes équipées de composants traditionnels non insérés sur lignes automatiques (gros composants
tels que transfos, connecteurs…), complètent l’ensemble.
Les technologies les plus avancées se situent
bien évidemment au niveau des lignes de
Chaque ligne de montage de composants en surface est placée sous la responsabilité d’un
seul opérateur,qui prend en charge les réglages initiaux,surveille le bon déroulement des
opérations et alimente en composants les différents équipements.En cas de problème sur
un des équipements de la ligne,il peut faire appel à un technicien spécialisé,formé sur cet
équipement.
montage en surface, qui offrent une capacité de 34 000 à 215 000 composants par heure. Il s’agit de capacités théoriques, sur une
des lignes, Snees atteint tout de même des
cadences de 117 000 composants réels à
l’heure sur sa ligne la plus importante.
Ces lignes sont totalement automatisées, y
compris le convoyage des cartes entre les différents équipements (moins il y a de manipulations, moins il y a de risques de fragiliser les cartes). Chaque ligne est sous le
contrôle d’un seul opérateur. « Cette approche
Des études jusqu’au test
Basée à Sablé-sur-Sarthe, Snees a été
créée en 1980. Cette société de soustraitance spécialisée dans la fabrication
de cartes électroniques a considérablement étendu ses moyens de production au fil des ans (elle investit en
moyenne 150 K€ par an). Elle possède
aujourd’hui 6 lignes automatisées de
fabrication de montages de composants CMS (Composants Montés en Surface), d’une capacité de 600 000 CMS
par heure, auxquelles s’ajoutent
2 lignes automatisées de montage de
composants conventionnels auxquelles
s’ajoutent deux lignes de montage
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manuel. La société maîtrise toutes les
technologies de fabrication (elle est
prête à passer au “sans plomb”, qui va
être imposé par les directives européennes). En plus des cartes, elle réalise
de l’assemblage mécanique et de l’intégration.
Snees est certifié Iso 9001 (version
2000) et emploie 120 personnes pour
un chiffre d’affaires de 7 M€ en 2003
(10 M€ espérés cette année). Cette
année, 25 donneurs d’ordre lui ont passé des commandes (contre 20 en 2002).
Elle est devenue un petit groupe dans
lequel on trouve Saff Etim (conception
et industrialisation de cartes, 4 personnes) et Elecsi (une entreprise de
43 personnes créée en octobre 2001,
qui fabrique des petites et moyennes
séries, pour des produits stabilisés).
La gestion des ordres de fabrication et
l’ordonnancement sont assurés par le
logiciel de GPAO Octave. Celui-ci gère
en moyenne 80 ordres de fabrication
par semaine, d’une capacité de 100 à
10 000 pièces.
Snees a récemment étoffé son service
d’achats de composants. Elle en a acheté pour 2 M€ en 2003.
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L’usine comporte
plusieurs lignes de
montage de cartes
avec composants
traversants classiques.Les composants les plus
“exotiques”,les
plus volumineux,
sont montés à la
main.
nous distingue de ce que l’on peut voir ailleurs. Elle présente l’avantage de baisser les coûts mais elle permet aussi d’être plus efficace.L’opérateur,autonome,est très motivé », commente M. Foucher. L’opérateur
bénéficie d’une solide formation en interne.
Ce n’est pas un ingénieur de haut niveau.
L’expérience a en effet montré que lorsqu’on
leur confiait la responsabilité de la ligne, les
techniciens ou ingénieurs étaient très impliqués au début mais que leur attention se relâchait rapidement.
Les opérateurs de chaque ligne règlent les
équipements, les approvisionnent en composants, font les dépannages de premier
niveau. S’ils n’arrivent pas à se dépanner, ils
font appel à un technicien spécialisé : Snees a
spécialisé un ou plusieurs techniciens pour
chaque équipement présent sur le site. Ces
techniciens ont bénéficié d’une formation
par le constructeur.
S’il n’y a pas de test en ligne, il y a quand
même des contrôles.Trois des lignes de montages de CMS (Composants Montés en Surface) sont équipées de machines de vision
MVT situées en amont du four de refusion.
Celles-ci permettent
de contrôler le dépôt
de la pâte à braser et
vérifier la précision
du placement des
composants. « A l’origine, ces machines ont été
installées lorsque nous
avions décidé de fabriquer
des cartes pour téléphones
GSM,lesquelles comportent
des composants BGA.Certaines parties des cartes
pour ce type d’application
sont par ailleurs équipées de
capots de protection contre
les interférences électromagnétiques.Que ce soit pour les composants BGA (dont les
contacts sont en dessous du composant) ou pour les composants protégés par des capots,il n’y a pas d’accès physique aux broches du composant et il n’est donc pas possible de réaliser un test in-situ. Pour cette raison, il est
important de minimiser les risques de défauts de fabrication et c’est pour cela que nous faisons appel à un contrôle par vision pour nous assurer que les composants sont
bien placés », explique M. Foucher.
L’optique ? Bon pour l’inspection,
pas pour le test
Le programme de contrôle des machines de
vision est généré à partir des données CAO de
la carte, de façon quasi-automatique (il y a
tout de même quelques mises au point à
effectuer). Les informations délivrées par les
systèmes MVT sont soumises à un traitement
statistique permettant de mettre en évidence une éventuelle dérive du process. Si c’est
le cas, l’opérateur peut modifier les réglages
des machines de report des composants sur
la carte. Le but est évidemment d’éviter au
maximum de “reprendre” les cartes pour
corriger les défauts, une opération coûteuse.
Faux départ pour la télémaintenance
Le juste à temps, le zéro stock sont devenus
des maîtres mots de l’industrie. C’est plus
particulièrement vrai dans l’industrie électronique, et plus spécifiquement dans la
sous-traitance. Autant dire que les arrêts de
production doivent être limités au minimum, ce qui passe par un dépannage rapide
en cas de panne. Avec l’arrivée d’Internet,
certains constructeurs de machines ont mis
en place des services permettant de réaliser
du télédépannage à distance. Une telle solution pourrait séduire une entreprise comme
Snees, qui possède beaucoup d’équipe-
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ments sophistiqués et subit une lourde pression sur les délais. « Ce type de service a effectivement été proposé par les constructeurs de
nos machines. Mais ils ont tous plus ou moins
abandonné, car les industriels ne veulent pas
courir le risque d’ouvrir leurs réseaux à l’extérieur, avec tous les risques que cela comporte
en matière de sécurité », observe Jean-Pierre
Foucher, responsable technique. Pour obtenir une disponibilité maximale de ses équipements, Snees a affecté des spécialistes sur
chacun de ses équipements, formés par les
constructeurs.
Le test AOI (Automatic Optic Inspection) a
fait l’objet de pas mal de publications et certains constructeurs le recommandent pour
contrôler les courts-circuits, les circuits
ouverts et la qualité des soudures, qui constituent les défauts de fabrication les plus répandus. M. Foucher reste très réservé : « L’AOI ne
remplacera jamais le test électrique,seul habilité à garantir que les composants fonctionnent correctement.De plus,
les testeurs optiques ont beaucoup de mal à contrôler la
qualité des soudures. S’ils font un contrôle rapide, ils ne
sont pas fiables.S’ils font un contrôle plus approfondi,ils
sont souvent plus lents et génèrent pas mal de faux défauts.
Ce phénomène de faux défauts est amplifié avec des brasures “sans plomb” ». Pour le montage en surface, certains industriels utilisent l’AOI pour
contrôler les soudures après le four de refusion. Snees, compte tenu du niveau de maîtrise (hors sérigraphie et pose) atteint pour
ce procédé, n’en voit pas la nécessité. Le
contrôle des soudures pourrait se justifier
davantage pour les cartes avec contacts traversants, avec soudure à la vague. Mais compte tenu que l’AOI présente des limitations et
que de toute façon on ne pourra pas faire
l’économie d’un test in-situ électrique, Snees
a renoncé au test AOI. « Pour nous,l’AOI n’est pas
un testeur au sens strict du terme, dans la mesure où il
n’apporte aucune indication sur le bon fonctionnement
d’une carte. Nous avons banni le terme “test optique” de
notre vocabulaire. Nous préférons parler de “contrôle par
vision”,son but étant de nous apporter des indications en
continu,sur la qualité et précision de pose des petits composants (95 % de la population d’une carte) ainsi que
sur la sérigraphie de pâte.Ces résultats sont utilisés pour
actions rapides sur le process,afin d’en améliorer la capabilité », poursuit M. Foucher.
Surtout du test in-situ,
pour la première phase du test
Dans la première phase la conformité d’assemblage de la carte est vérifiée (Ex :Test Insitu) alors que dans un second temps c’est
le fonctionnement de celle ci, ou d’un
ensemble, qui est vérifié. Pour cette seconde
phase,de test fonctionnel,Snees utilise des testeurs
fonctionnels étudiés et réalisés par Saff ETIM.
Pour la première phase Snees pratique le test
in-situ (quand la majorité des équipotentiels
sont accessibles), technique qui consiste à
vérifier que la carte ne comporte pas de
courts-circuits et de circuits ouverts, puis à
tester successivement les valeurs des composants analogiques et le comportement des
composants numériques présents sur la carte. L’accès aux différents points de la carte se
fait avec le traditionnel lit à clous. Celui-ci est
systématiquement réalisé par des sous-traitants spécialisés. Par le passé, les industriels
ont eu à déplorer les délais relativement longs
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Les équipements de test,série 42xx,sont situés dans un espace dédié au test alors que ceux de la famille 52xx sont en ligne.Snees s’appuie
surtout sur des testeurs in-situ,tous de Aeroflex :les 52xx (in-situ sans ressources numériques),le 4220 (un in-situ multiplexé) et enfin
un 4250 (un in-situ “pure pin”).
nécessaires à la réalisation des lits à clous. Les
temps ont beaucoup changé : « Les délais ont été
raccourcis dans un rapport de deux à trois en quelques
années.Aujourd’hui, pour un lit à clous pas trop complexe,ce délai peut descendre à deux semaines », observe M. Foucher.
Par le passé, il est arrivé que les donneurs
d’ordre mettent leurs propres moyens de test
à la disposition de Snees. Cela arrive encore
mais la société s’appuie de plus en plus sur
ses propres ressources de test. Tous les testeurs sont des modèles d’Aeroflex.« Nous avions
eu une première expérience concluante avec ce constructeur,
du temps où il s’appelait encore Marconi.A partir du
moment où il a toujours pu nous proposer un matériel
qui répondait à notre besoin,avec un prix compétitif,nous
lui avons renouvelé notre confiance lors de l’achat de nouvelles machines », explique M. Foucher. En faisant appel à un fournisseur unique, la société réalise des économies en termes de
formation et bien sûr de maintenance. La
qualité du service est également un paramètre important, peut-être le plus impor-
tant. « Aeroflex a mis des moyens importants au niveau
de l’assistance technique.Si nous avons un problème,nous
n’attendons pas plus d’une heure avant qu’un spécialiste
nous apporte une réponse.Autre avantage,ce constructeur
a un service de conception et de développement de lits à
clous et il peut nous dépanner en cas de besoin.C’est “un
plus”indéniable ».Snees apprécie aussi qu’Aeroflex
propose des “programmes de conversion”
pour récupérer des programmes de test écrits
pour des testeurs de la concurrence. Cela lui
donne la possibilité de récupérer les programmes de test qu’ont écrits certains de ses
clients pour des testeurs autres que ceux de
Aeroflex.
Mais les relations avec Aeroflex vont bien audelà d’une simple relation commerciale. Il
s’agit d’une véritable relation de partenariat.
Régulièrement, des clients potentiels d’Aeroflex sont amenés à visiter les installations de
test de Snees.Dans l’affaire, cette dernière n’est
pas tout à fait désintéressée. Un industriel
qui cherche à s’équiper en moyens de test,
c’est avant tout un fabricant de cartes et un
Rien ne remplace un rapide coup d’œil pour mettre en évidence les
grosses anomalies.Naturellement,ce contrôle ne mettra pas en évidence l’absence éventuelle d’un micro-composant CMS,surtout si
la carte en comporte plusieurs centaines…
Tout procédé de fabrication,aussi bien maîtrisé soit-il,peut nécessiter des retouches.
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Snees
donneur d’ordre en puissance…
Snees dispose des trois grandes familles de testeurs in-situ. Il y a d’abord le modèle 5200
qui est un in-situ sans ressources numériques, que d’aucuns appellent MDA (Manufacturing Defect Analyser) parce qu’il est surtout destiné à contrôler les courts-circuits,
les circuits ouverts et à vérifier la valeur des
composants passifs. Une fois tous ces tests
effectués, le testeur peut mettre la carte sous
tension, sans risquer de la détériorer, et pratiquer un test fonctionnel. Snees utilise cette
possibilité pour par exemple tester des cartes
de décodeurs pour réception TV. Le testeur
récupère les réponses du micro-contrôleur
de la carte lorsque la carte reçoit les ordres
d’une télécommande, et vérifie ainsi qu’elle fonctionne correctement.
Le deuxième testeur Aeroflex est un modèle
in-situ classique, multiplexé, le 4220. Le
“petit dernier”, arrivé il y a moins d’un
an, est le modèle 4250, un “pure pin” à
2 048 points de test (comme pour le
4220). Rappelons que pour accéder aux
différents points de la carte, les testeurs ont
un certain nombre de drivers/sensors qui
envoient les stimulis de test (rôle des “drivers”) et récupèrent les réponses (rôle des
“sensors”). Sur les testeurs à architecture
multiplexée, pour un nombre de drivers/sensors donné, on peut avoir un
nombre de points de test plus élevé. Par
exemple, avec un multiplexage 4x1, chaque
driver/sensor permet de contrôler successivement 4 points de la carte. Sur les testeurs à architecture “pure pin”, on trouve
autant de drivers/sensors qu’il y a de points
de test. « Un “pure pin”est un peu plus cher à l’achat
qu’un modèle multiplexé. Mais ce surcoût initial est
très vite rattrapé au niveau de l’exploitation », estime M. Foucher. Le principal apport se situe
au niveau de la réalisation du lit à clous.
Pour un testeur à architecture multiplexée,
il faut savoir à l’avance comment on va tester la carte. Il faut pour cela commencer
par décrire la carte dans le système, il faut
lancer le générateur automatique de programme de test et ce n’est qu’à ce
moment-là que l’on peut lancer la fabrication du lit à clous. Avec un testeur “pure
pin”, ça va beaucoup plus vite : il suffit
d’avoir la position physique des points de
test sur la carte (donc d’avoir le plan CAO
de la carte) pour développer le lit à clous.
Il suffit d’ajouter un convertisseur et le testeur est opérationnel. Globalement, cette
approche se révèle moins chère et plus facile à mettre en œuvre que dans le cas d’une
architecture multiplexée.
Jean-François Peyrucat
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