Auteur : Benjamin Münch
Ingénieur « Méthodes de production » sur le site d’Elancourt, d’Airbus Defence and Space
Présentation d’Airbus Defence and Space :
Airbus Defence and Space est une division du groupe Airbus, née du regroupement des activités de Cassidian, Astrium et Airbus Military. Cette nouvelle division est le numéro un européen de l’industrie spatiale et de la défense, le numéro deux mondial de l’industrie spatiale et fait partie des dix premières entreprises mondiales du secteur de la défense. Elle réalise un chiffre d’affaires annuel d’environ 14 milliards d’euros avec un effectif de quelque 40 000 employés. Le pôle d’Elancourt en France s’articule principalement autour du Centre d’Excellence Electronique, le secteur de haute technologie d’Airbus Defence and Space. Parmi les principales activités du site, citons la conception, le développement et la fabrication d’équipements électroniques, l’ingénierie d’essai, la fabrication de circuits hybrides et multi puces.
Produits fabriqués à Elancourt :
A Elancourt sont fabriquées les cartes électroniques utilisées dans les satellites et les équipements militaires. Le site produit annuellement entre 300 à 400 cartes hautement complexes, alliant innovation technologique et méthodes éprouvées. Chaque carte représente une valeur de plusieurs centaines de milliers d’Euro et est capable de soutenir des contraintes extrêmes (mécaniques, thermiques…).
Le partenariat entre Airbus Defence and Space et Vi TECHNOLOGY :
Début 2014, Airbus Defence and Space recherchait un partenaire capable de fournir une solution efficace d’inspection 3D de la pâte à braser (3D SPI) ainsi qu’un haut niveau d’expertise technique afin de caractériser le processus de sérigraphie des cartes électroniques destinées aux applications spatiales.
Le partenariat entre AIRBUS D&S et Vi TECHNOLOGY a débuté en Juin 2014, suite à la présentation de leur dernière innovation, une machine d’inspection de la pâte à braser de la famille PI Series, capable d’offrir une méthode innovante de référencement en Z, gage d’une précision de mesure inégalée de la hauteur et du volume de la pâte déposée par notre machine de sérigraphie.
Vi TECHNOLOGY a tout d’abord réalisé une étude dans leur centre de R&D afin de mettre en évidence les possibilités de leur machine PI Primo sur nos cartes électroniques de haute technicité. Forts de ces premiers résultats, nous avons décidé d’évaluer, dès Septembre 2014, sur notre site d’Elancourt, une PI Primo afin de complètement caractériser notre procédé de sérigraphie utilisé lors de la production de cartes électroniques.
Spécificités des cartes électroniques pour les applications spatiales :
Les cartes électroniques destinées aux applications spatiales présentent de nombreuses différences avec celles destinées à des applications plus classiques (avionique, médical, etc…).
Nos cartes en polyimide sont sans vernis-épargne et avec une finition étain plomb non-uniforme d’une carte à l’autre. L’absence de vernis-épargne complexifie le processus de sérigraphie, en générant des défauts propres à cette application.
Sélection de la machine PI Primo :
Lors de notre étude des différents moyens d’inspection 3D de dépôt de pâte à braser disponibles sur le marché, nous avons été particulièrement convaincus par certaines caractéristiques de la machine PI Primo de Vi TECHNOLOGY :
De plus, grâce à des algorithmes puissants et une technologie brevetée, la PI Primo permet un apprentissage de chaque carte nue avant l’inspection de celle-ci une fois sérigraphiée. Ce qui permet de déterminer avec précision le niveau 0, référence indispensable de chaque hauteur de pâte sur le PCB, même sur des cartes présentant une forte non-planéité.
Caractérisation du procédé de sérigraphie à l’aide de la PI Primo:
Nos cartes électroniques, dont la densité en composant augmente et le nombre de pistes en surface diminue, exigent une maîtrise totale de notre processus de sérigraphie pour assurer une répétabilité au plus haut niveau de qualité.
Les mesures obtenues, avec PI Primo, nous ont permis de mettre en évidence certains défauts spécifiques à notre processus.
Nous avons donc décidé de mettre en œuvre un plan d’expérience afin d’optimiser l’ensemble des paramètres inhérents au processus de sérigraphie, pour optimiser le remplissage des plots de pâte à braser.
Plan d’expérience mis en œuvre :
Les paramètres de sérigraphie sur lesquels nous avons agi sont :
La machine PI Primo nous a permis de mesurer avec précision le volume, la surface, la forme et la position de la pâte à braser déposée sur chaque plot et de représenter l’écart de chaque valeur par rapport à la valeur idéale souhaitée sur chaque plot, et ce pour chaque modification de paramètre de sérigraphie.
L’analyse des résultats nous a permis d’optimiser le remplissage des bords d’attaque des plots les plus grands.
Le cycle de nettoyage des écrans de sérigraphie à également pu être optimisé, afin de maintenir une qualité d’impression constante.
Illustration de l’optimisation des effets des paramètres de sérigraphie :
Image 3D avant correction
Défauts en « os de chien »
Image 3D après correction
Meilleur remplissage des bords d’attaque
Mise en place d’un processus d’amélioration continue :
Nous avons également mis en place une procédure permettant de nous assurer de la répétabilité de la qualité de la sérigraphie tout au long de l’année.
Chaque mois, nous imprimons un PCB de référence à l’aide d’un pochoir de référence que nous inspectons sur notre PI Primo afin de mesurer précisément la surface de remplissage de chaque plot, ainsi que les décalages en X et en Y du dépôt.
Ainsi chaque trimestre, une présentation de ces indicateurs de performance de la sérigraphie est faite à nos clients internes afin de les rassurer sur la stabilité de notre processus.
Illustration des améliorations du procédé de sérigraphie :
Taux de remplissage des plots (AAR < 2.1)
Septembre 2015 : implémentation des nouveaux paramètres de sérigraphie
Le taux de remplissage est maintenant proche de 100% avec un meilleur écart-type.
Prochaine étape :
La prochaine étape sera la mise en ligne de notre PI Primo avec notre machine de sérigraphie (3ème trimestre 2016) grâce à l’acquisition de convoyeurs modernes.
Nous avons pour objectif de définir la meilleure méthode d’utilisation de ce moyen en ligne :
L’ultime étape sera de définir nos critères d’inspection sur la surface, le volume, le décalage, la forme 2D et 3D pour autoriser la carte à passer à l’étape suivante ou pas.
