Tous les fabricants de circuits imprimés (PCB) font des promesses en matière de contrôle qualité et de normes. Il est cependant crucial de savoir dans quelle mesure ils respectent ces garanties. C'est là que les rapports d'inspection qualité jouent un rôle essentiel. Ils attestent que le fabricant de PCB répond aux exigences que vous vous imposez.
Les principaux fabricants de PCB font régulièrement réaliser des tests en laboratoire indépendants sur leurs matériaux de référence et leurs cartes finies. Ces rapports vous apportent non seulement la tranquillité d'esprit, mais sont également indispensables pour faciliter des processus tels que la conception et le choix des matériaux, le suivi continu des processus, l'analyse des défaillances, les tests de qualité et la prévision de la fiabilité, la conformité réglementaire et la certification. « Les rapports d'inspection qualité constituent un atout majeur pour les fabricants de PCB qui accompagnent leurs clients », explique Ben, ingénieur senior chez PCBWay. « Il ne s'agit pas seulement de confirmer les affirmations relatives à la qualité, mais aussi de fournir aux ingénieurs les informations nécessaires pour que la conception et la fabrication des produits soient aussi rapides et simples que possible. »

PCBWay en est un excellent exemple, publiant pas moins de 14 rapports d'inspection qualité [https://www.pcbway.com/oem/quality-control.html] issus de tests réalisés par Centre Testing International (CTI), un laboratoire d'essais tiers accrédité. Chaque test est mené selon des méthodes standardisées, permettant ainsi aux clients de comparer les résultats de fabricants du monde entier. Ces rapports sont également directement applicables aux démonstrations de conformité aux normes IPC.
En tant que concepteur de produits ou ingénieur en électronique, vous pouvez utiliser ces rapports pour vous assurer que le matériel du produit final est conforme à la configuration des couches et aux matériaux utilisés, et qu'il offre la fiabilité, la sécurité et la longévité requises.

Les essais thermomécaniques,
par exemple, sont essentiels pour connaître la réaction des cartes à la chaleur, tant lors de l'assemblage que pendant leur utilisation.
La température de transition vitreuse (Tg) est sans doute la spécification la plus importante pour les ingénieurs concevant des cartes destinées à être soudées sans plomb ou fonctionnant à haute température. Il s'agit de la température à laquelle la résine du liant cesse d'être rigide comme le verre et devient viscoélastique. Cette transition s'effectue sur une plage définie, mais les résultats des tests sont généralement rapportés à la valeur médiane. Plus la température Tg est élevée, mieux c'est, car la dépasser peut entraîner une perte de stabilité dimensionnelle de la carte et la rendre vulnérable au délaminage et aux dommages mécaniques.
La valeur Tg typique des cartes FR4 standard est de 130 à 140 °C. Cependant, PCBWay dépasse largement cette valeur, atteignant 169,61 °C.
De même, le temps de délaminage (T260, T288 et T300) mesure la durée pendant laquelle un stratifié peut résister à une température donnée avant que ses couches ne se séparent. C'est un meilleur indicateur de la durée de vie globale de la carte que la seule Tg. La spécification la plus fréquemment citée est la T288, qui évalue le temps de délamination à 288 °C. La norme industrielle est généralement de 5 à 10 minutes pour les cartes haute fiabilité, mais les tests de PCBWay montrent systématiquement des temps supérieurs à la limite supérieure de cette plage. Les

hautes températures provoquent également la décomposition de la résine de la carte, ce qui entraîne une perte de masse et une diminution de sa résistance. La plupart des fabricants de circuits imprimés visent une température de décomposition (Td) de 325 °C, tandis que PCBWay a atteint un peu plus de 345 °C lors de ses tests les plus récents.
Le coefficient de dilatation thermique linéaire (CTE) est lié à ce phénomène : il indique la dilatation ou la contraction de la carte pour chaque degré de variation de température, par rapport à la Tg. Le stratifié étant renforcé par du tissu de verre, la dilatation selon les axes du plan (X et Y) est très limitée. Cependant, la dilatation selon l'axe Z (l'épaisseur du circuit imprimé) peut engendrer des contraintes importantes sur les trous métallisés traversants, les vias et les joints de soudure lors du refusion et des cycles thermiques, provoquant des fissures cylindriques, le soulèvement des pastilles et des ouvertures intermittentes. Pour des températures inférieures à la température de transition vitreuse (Tg), le coefficient de dilatation thermique (CTE) typique est de 50 à 70 ppm/°C. PCBWay améliore considérablement cette valeur avec un résultat de test de 37,4 ppm/°C.
Ces normes élevées offrent des marges de sécurité bien plus importantes, tant en production qu'en utilisation finale.

Intégrité dimensionnelle et structurelle :
La chaleur n'est pas le seul facteur. D'autres aspects mécaniques et structurels essentiels entrent en jeu, tels que la planéité du circuit imprimé (gauchissement et torsion), la vérification de l'intégrité des matériaux de remplissage et des interconnexions des couches internes (inspection par micro-coupe ou par optique), et l'adhérence du vernis épargne (également appelée test de grille).
Ces aspects physiques du circuit imprimé sont souvent négligés. Cependant, dans le cas du gauchissement et de la torsion, par exemple, tout circuit imprimé comportant des composants CMS présentant une distorsion supérieure à 0,75 % peut engendrer des problèmes tels que l'effet « pierre tombale » ou la défaillance des joints de soudure dans les boîtiers BGA (Ball Grid Array). Il est donc crucial de maîtriser ces défauts. Les tests de PCBWay montrent un taux de torsion de seulement 0,16 % et un gauchissement de 0,12 %.
La taille est un autre facteur qui semble simple, mais qui peut avoir des implications subtiles. On pourrait s'attendre à ce que le circuit imprimé ait les dimensions exactes, avec des trous percés aux emplacements précis spécifiés dans les fichiers Gerber. Cependant, tous les processus de fabrication présentent certaines tolérances, et il est important de s'assurer qu'elles sont acceptables. Le rapport de dimensionnement détaille les dimensions finales de la carte, l'emplacement des trous, le retrait/l'expansion des motifs et, parfois, l'alignement des couches. Il garantit que la carte fabriquée s'adapte au boîtier, aux connecteurs et aux compartiments, et que les empreintes correspondent aux composants.
Outre la garantie d'un bon assemblage, un dimensionnement précis évite également les problèmes de compatibilité avec les boîtiers, les éléments de montage et autres dispositifs, notamment aux points d'interaction (par exemple, via un connecteur de bord). Un dimensionnement incorrect peut engendrer des problèmes de fiabilité et de fabrication, ainsi que des défauts d'intégrité du signal et de soudure. Il
peut également avoir des conséquences sur la conformité réglementaire et la certification. Des facteurs tels que les dégagements de sécurité (par exemple, entre les sections haute et basse puissance de la carte) doivent être respectés dans le produit final.
Les normes industrielles courantes incluent ±0,1 mm pour le contour de la carte, ±10 % pour l'épaisseur et ±50 à 75 µm pour la position des trous de perçage, les tolérances dimensionnelles finales des trous et les tolérances d'alignement des couches.

Performances électriques et chimiques :
La capacité des cartes à supporter les hautes tensions est un critère essentiel pour de nombreux ingénieurs.
Le test de tenue en tension (également appelé test de tenue diélectrique ou test haute tension) vérifie que le stratifié du circuit imprimé (ou le vernis épargne recouvrant les paires de conducteurs) peut supporter une tension de 1 000 V CC à une vitesse de montée en tension contrôlée de 100 V/s pendant une minute, sans décharge, décharge de surface, étincelle ni courant de fuite excessif. Ce test simple (réussite/échec)
est important pour la certification des équipements connectés au secteur. Dans le cas des dispositifs médicaux, il est essentiel de garantir la conformité aux exigences MOPP (Moyens de Protection du Patient) et MOOP (Moyens de Protection de l'Opérateur).
La tension de claquage est un paramètre connexe. Une tension alternative est appliquée à l'échantillon testé, avec une vitesse de montée en tension de 500 V/s, jusqu'à l'apparition d'une augmentation catastrophique du courant de fuite ou d'une décharge d'arc visible. Ce test fournit une limite supérieure absolue de la rigidité diélectrique du stratifié sous excitation alternative.
Pour les composants électroniques de puissance, tels que les moteurs, les alimentations sans interruption, les onduleurs et autres applications où les conducteurs haute tension doivent être isolés sur le circuit imprimé, la tension de claquage du vernis épargne est un paramètre critique. Un concepteur peut utiliser ces valeurs pour calculer l'intensité maximale admissible du champ électrique sous le vernis épargne et déterminer la distance minimale de sécurité entre les conducteurs.

Couches stables :
Un circuit imprimé (PCB) est loin d'être simple. Il s'agit d'un assemblage de substrats laminés, de pistes et de couches de cuivre. Par conséquent, la solidité de l'adhérence de ces couches est cruciale. La
résistance des jonctions mesure la qualité de l'adhérence entre le laminé et la feuille de cuivre. Une mauvaise adhérence représente un risque latent qui se manifeste par le décollement des pastilles lors du soudage manuel ou des retouches, le délaminage sous l'effet des chocs thermiques et le décollement des pistes sous l'effet des vibrations mécaniques ; autant de causes majeures de défaillances de produits.
Le test mesure la force nécessaire pour empêcher une feuille de cuivre de se décoller du laminé, le résultat étant la moyenne de plusieurs tests. Pour les cartes FR-4 standard, la valeur de référence est de 100 à 120 N, mais les échantillons testés par PCBWay ont atteint une moyenne d'environ 220 N.
La résistance des jonctions se dégrade à haute température, ce qui explique également l'importance d'une valeur Tg élevée.

L'absorption d'humidité pose également des problèmes pour la fabrication et la fiabilité à long terme. Par exemple, l'humidité emprisonnée dans le stratifié peut s'évaporer lors du refusion, créant une pression de vapeur interne qui provoque des irrégularités, un délaminage et des cloques. Pour certains produits, comme les circuits imprimés RF/micro-ondes, l'absorption d'eau est un critère de choix primordial en raison de leur utilisation sur le terrain.
Lorsqu'un circuit imprimé absorbe de l'eau, sa masse augmente. L'augmentation maximale spécifiée par la norme IPC-4101 pour le FR-4 est de 0,32 %, tandis que les résultats de PCBWay sont quatre fois meilleurs, à 0,08 %.

Qualité de production
. Des tests sont directement liés à la qualité de production des circuits imprimés.

Le premier d'entre eux concerne la porosité, un facteur important pour toute carte avec une finition de surface en or (généralement un dépôt d'or par immersion dans du nickel chimique, ou ENIG), et plus particulièrement pour celles susceptibles d'être exposées à des environnements difficiles. Les pores microscopiques à la surface de l'or peuvent exposer le nickel ou le cuivre sous-jacent, créant ainsi une voie de corrosion et entraînant le syndrome des « pastilles noires ». Ce syndrome provoque des soudures de mauvaise qualité et des défaillances d'interconnexions BGA qui peuvent ne pas être détectées avant la mise en service.
Des cartes échantillons sont exposées à des vapeurs d'acide nitrique, puis immergées dans une solution réactive. Cette dernière réagit avec le cuivre ou le nickel exposé pour produire des points de corrosion visibles. Ces points sont comptés et regroupés en trois catégories de diamètre : ≤ 0,05 mm, 0,05–0,51 mm et ≥ 0,51 mm. Plus le nombre est faible, mieux c'est. Le dernier rapport de PCBWay affiche un score parfait de zéro dans toutes les catégories.
Enfin, le test de propreté mesure la quantité totale de contaminants ionisables (ioniques) présents à la surface du circuit imprimé. Ces contaminants proviennent des activateurs de flux (acides organiques, activateurs halogénés), des produits chimiques de galvanoplastie, des solutions de gravure et des contaminations liées à la manipulation. Ils peuvent provoquer une migration électrochimique (MEC), également appelée formation de filaments conducteurs anodiques (FCA), et une croissance dendritique. En présence d'humidité et d'un champ électrique continu, les ions dissous migrent sous l'effet de la force électromotrice et forment des filaments métalliques conducteurs entre les conducteurs adjacents, entraînant des courants de fuite, des courts-circuits intermittents et, à terme, des défaillances graves.
La carte est lavée avec un mélange de solvants, dont la conductivité est ensuite mesurée. Le résultat est normalisé par rapport à la masse de sel par unité de surface de la carte. L'exigence IPC est une valeur inférieure à 1,0 µg/cm². Cependant, le rapport PCBWay affiche une valeur nettement meilleure de 0,19 µg/cm², résultat d'un processus de nettoyage bien contrôlé et d'un flux avec un minimum de résidus grâce à des normes de contrôle de processus élevées.

Utilisation des rapports
: « Ces rapports ne sont pas des documents techniques obscurs, mais des outils que les ingénieurs peuvent utiliser au quotidien », explique Ben. « Ils fournissent des données concrètes et fiables qui étayent nombre d’hypothèses que les ingénieurs doivent formuler lors de la conception. »
Les ingénieurs peuvent comparer la Tg, la Td, le CTE, l’épaisseur, les données diélectriques et la structure du tissu avec leurs simulations et leurs hypothèses de fiabilité concernant la dissipation de puissance, l’impédance et la durée de vie des vias, validant ainsi leurs hypothèses d’empilement. Les dimensions, la résistance à la flexion/torsion et les dimensions de micro-section confirment que le fabricant respecte les tolérances mécaniques requises pour les connecteurs, les boîtiers et les composants lourds. De plus, les rapports aident les ingénieurs à sélectionner les stratifiés appropriés.
Lors des inspections du premier article (FAI), les rapports sur les dimensions, les micro-coupes, le CTE/Tg, la résistance des jonctions et la propreté fournissent des données essentielles pour la certification d’un nouveau circuit imprimé ou d’un nouveau fournisseur, notamment dans les secteurs de l’automobile et de l’aérospatiale.
Ces données peuvent également servir à calculer le temps moyen entre les pannes (MTBF) d’un produit.
Les ingénieurs en intégrité du signal (SI) utilisent fréquemment des rapports d'absorption d'eau et de micro-coupes transversales pour s'assurer que l'épaisseur du diélectrique ne s'écarte pas significativement des spécifications de conception. Dans le cas contraire, l'impédance des pistes peut varier, entraînant des réflexions de signal et des erreurs de données sur les bus haut débit tels que PCIe ou DDR4.
Les fabricants d'équipement d'origine (OEM) peuvent partager ces rapports entre les équipes de conception, de qualité et d'achats afin de conserver un historique qualité documenté et de justifier les changements de matériaux ou de fournisseurs lors des audits réglementaires. La preuve de ces tests est souvent exigée dans le cadre de la qualification des fournisseurs ou des audits périodiques (par exemple, pour la documentation de gestion de la qualité ISO 9001).
Même lorsque le produit final est en production, ces rapports peuvent contribuer au suivi continu du processus. Des coupes transversales périodiques, des mesures de propreté et de résistance à la flexion/torsion sont utilisées comme indicateurs de contrôle du processus et sont consignées dans les rapports d'inspection afin de démontrer la stabilité statistique et de déclencher les actions correctives nécessaires.
Si un lot de produits présente une défaillance sur le terrain, les ingénieurs consultent généralement directement les rapports de propreté et de temps de délamination pour vérifier la présence éventuelle de croissance dendritique.

Réglementation et certification.
L'avantage le plus significatif des rapports réside sans doute dans la facilitation des processus de conformité réglementaire et de certification.
Par exemple, la norme UL 796 (norme des Underwriters Laboratories pour les circuits imprimés) exige des fabricants qu'ils suivent la température de transition vitreuse (Tg) et la résistance des jonctions.
Les projets automobiles et aérospatiaux nécessitent des preuves fiables de la résistance aux cycles thermiques, aux vibrations, à l'humidité et au stockage à haute température. Les mesures, au niveau du circuit imprimé, du coefficient de dilatation thermique (CTE), de la Tg, de la température de transition vitreuse (Td), de la résistance des jonctions, de la résistance à la flexion/torsion, de la déformation et de la propreté sont des éléments clés des rapports de qualification et des plans de contrôle.
Les rapports de propreté sont obligatoires pour les dispositifs médicaux de classe II/III selon la norme ISO 13485. La contamination ionique peut provoquer des courants de fuite qui interfèrent avec des signaux biologiques sensibles ou, dans des cas extrêmes, compromettent la sécurité des patients.
De même, les normes de sécurité telles que la CEI 62368-1 (TI/AV), la CEI 60601-1 (médicale) et leurs équivalents UL s'appuient sur des données fiables relatives à des facteurs tels que la tension, la résistance/la tension de claquage, la précision dimensionnelle, etc., afin de garantir la robustesse de la conception du circuit imprimé.
Et le rapport de micro-coupe en coupe transversale est la principale preuve qu'une carte répond aux exigences de classe 3 (telles que la couverture minimale de cuivre sur la courbe d'un trou) pour la certification AS9100 dans les secteurs de l'aérospatiale et de la défense.

efforçons
toujours de dépasser les normes de l’industrie. »