Ce que vous devez savoir sur l'assemblage de PCB

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Le processus d'assemblage de la carte de circuit imprimé (PCB) comprend diverses étapes et directives qui doivent être exécutées dans le bon ordre pour que le produit fini fonctionne comme prévu. Pour garantir que cela se produise, les fabricants de circuits imprimés utilisent des modèles d'écran et des mécanismes de chauffage et de refroidissement contrôlés pour réguler la manière dont les composants sont appliqués et fixés en place.

Lorsque vous assemblez une carte de circuit imprimé, vous devez choisir la bonne technologie pour le type de composants à portée de main. Toutes les pièces et pièces doivent être correctement alignées à leur emplacement désigné, comme spécifié dans la conception du circuit imprimé. Tout écart, aussi minime soit-il, peut avoir d'énormes ramifications sur les fonctions de la carte finie.

Terminologie PCBA

Pour comprendre le processus d'assemblage des PCB, vous devez connaître la signification de plusieurs termes :

• Substrat : Matériau de base de la carte de circuit imprimé, le substrat rend chaque carte ferme et rigide.
• Cuivre : Chaque côté de travail d'un PCB contient une fine couche de cuivre, à des fins conductrices. Sur les cartes monocouches, le cuivre est placé du côté actif. Sur les PCB double face, le cuivre apparaît des deux côtés.
• Masque de soudure : Il s'agit de la couche à la surface (généralement verte) de chaque carte de circuit imprimé. Le masque de soudure fournit une isolation entre le cuivre et d'autres matériaux, empêchant les courts-circuits qui pourraient autrement se produire si différents matériaux conducteurs entrent en contact. Le masque de soudure fournit une structure pour la disposition du PCB en gardant tout à sa place. Chaque carte contient des trous qui traversent le masque de soudure. La soudure est placée dans chaque trou, ce qui offre une base pour chaque composant ajouté à la carte.
• Sérigraphie : La touche finale sur chaque carte de circuit imprimé est la sérigraphie, une couche transparente qui affiche des chiffres et des lettres à côté des différentes parties d'une carte donnée. Cela permet aux fabricants d'identifier les composants spécifiques de chaque carte.
• Soudure manuelle : Il s'agit d'un processus dans lequel un technicien insère manuellement un seul composant à l'endroit désigné sur une série de cartes de circuits imprimés. Une fois terminée, chaque planche est envoyée au technicien suivant, qui ajoute une autre pièce et transmet la planche.
• Soudure à la vague : Le soudage à la vague implique un soudage correct où la carte est placée sur un convoyeur et passe à travers une chambre de chauffage. Ici, une vague de soudure est appliquée sur le fond, fixant toutes les bases de la carte en place en un seul processus.

Il est également important de comprendre les différences entre les assemblages traversants, à montage en surface et à technologies mixtes.

Assemblage PCB traversant

La technologie à trou traversant est le choix idéal pour les cartes de circuits imprimés qui comportent des conducteurs ou des fils qui sont enfilés à travers des trous dans la carte, puis fixés de l'autre côté avec de la soudure. Les PCB avec de gros composants sont particulièrement adaptés à la technologie à trou traversant, en particulier les condensateurs.

Les étapes de base de la technologie des circuits imprimés traversants peuvent être résumées comme suit :

1. Le technicien assemble manuellement des pièces sur des zones spécifiques d'une carte de circuit imprimé, conformément aux spécifications de conception du PCB. Chaque composant doit être placé dans une position exacte, comme spécifié, pour que le PCB fonctionne correctement.
2. La carte est examinée pour s'assurer que toutes les pièces ont été correctement assemblées et que chaque composant est placé à sa place exacte. Si l'une des pièces du circuit imprimé est mal placée, il est maintenant temps de corriger ces imperfections.
3. Les composants sont maintenant soudés en place sur le circuit imprimé. Cela se fait généralement avec une soudure à la vague, où la carte se déplace au-dessus d'une vague de liquide de soudure chaud qui solidifie l'assemblage PCB. Cela peut également être fait à la main ou en utilisant une soudure sélective. La soudure sélective est similaire à la soudure à la vague, cependant, l'opérateur peut souder des zones de manière sélective, ce qui est utile lorsque vous ne souhaitez pas de soudure sur certaines zones.

Les cartes à trous traversants contiennent généralement des composants avec des fils conducteurs, axiaux ou radiaux. Par rapport à la technologie de montage en surface, les cartes à trous traversants présentent généralement des liaisons plus solides. Cependant, plus de travail est nécessaire pour produire un assemblage traversant en raison du forage supplémentaire impliqué.

Si une carte à trous traversants se compose de plusieurs couches, les traces de signal ont un acheminement limité sur les couches internes car les trous traversent entre les surfaces supérieure et inférieure. Par conséquent, la technologie à trou traversant est souvent limitée à certains des composants de PCB les plus volumineux comme les condensateurs électrolytiques et les semi-conducteurs. Les cartes qui nécessitent une fermeté et un support supplémentaires, telles que les relais électromécaniques et les connecteurs enfichables, sont également fabriquées avec la technologie à trou traversant.

Au cours de l'étape de prototypage, les techniciens préfèrent souvent le plus grand trou traversant au montage en surface, car le premier fonctionne plus facilement avec les prises de planche à pain. Cependant, si une carte est destinée à des applications à haute vitesse ou à haute fréquence, la conception peut nécessiter une technologie de montage en surface pour réduire la réticence parasite. Sinon, la fonction des circuits serait dégradée en raison de l'inductance ou de la capacité des conducteurs.

Lors de l'application de pâte à souder, un pochoir de soudure est placé sur le dessus de la carte de circuit imprimé pour s'assurer que la soudure reste dans les limites spécifiées dans la conception. Le pochoir est une fine réplique de la conception originale avec des découpes pour les zones où les composants sont placés.

Une fois que les composants ont été mis en place et que la carte a subi sa première inspection, la pâte à souder est chauffée au-dessus d'un liquide chaud jusqu'à ce que les minuscules billes de métal à l'intérieur de la pâte se solidifient avec le produit chimique de liaison, le flux. Cela lie les composants à la carte de façon permanente. Une fois le chauffage et le collage terminés, le panneau est refroidi dans un environnement contrôlé. Cela ramène la carte à un état normal et évite les chocs.

Maintenant terminée, la carte de circuit imprimé doit faire examiner ses composants pour détecter d'éventuels désalignements. Si les composants sont relativement gros, cela peut souvent être fait par une inspection visuelle. De nos jours, cependant, les inspecteurs optiques et à rayons X peuvent examiner les PCB avec une précision beaucoup plus élevée. Si des défauts de conception sont détectés, le problème doit être résolu avant que d'autres cartes ne passent par le processus.

Technologie de montage en surface

La technologie de montage en surface est l'option pratique pour les cartes de circuits imprimés qui contiennent des composants minuscules et sensibles qui pourraient autrement être difficiles à mettre en place sans dommage. Des exemples du type de composants qui subissent ce processus incluent les diodes et les résistances.

Les étapes de base de la technologie de montage en surface peuvent être résumées comme suit :

1. La première étape implique une imprimante conçue pour l'application de pâte à braser. Un modèle d'écran de soudure est utilisé pour s'assurer que les minuscules composants sont placés à leur place. Avant que les composants ne soient réellement placés, le gabarit est inspecté pour s'assurer que le gabarit est correctement aligné.
2. La carte est maintenant acheminée vers une machine où les composants sont mis en place conformément à la conception du gabarit de l'écran de soudure. Des bobines dans la machine garantissent que les pièces sont alignées et attachées à leurs patins correspondants.
3. Avec les composants correctement installés sur la carte, un processus de chauffage est utilisé pour solidifier tout en place. À ce stade, le PCB est envoyé à travers une chambre de chauffage qui liquéfie la soudure, fixant les pièces au cours du processus.

Avant que les composants ne soient placés sur un circuit imprimé, certaines zones de la carte elle-même doivent d'abord être enduites de pâte à souder, qui sert d'adhésif pour les parties uniques de la carte. Les zones qui nécessitent une soudure sont principalement les endroits où les pastilles existeront pour les composants correspondants.

La pâte à souder est composée de minuscules grains et de flux. Le processus de placement de la pâte à souder sur une carte de circuit imprimé ressemble beaucoup à celui d'une application d'impression. Un écran de soudure est placé sur la carte selon un alignement précis et spécifié. Un rouleau est ensuite passé sur l'écran pour presser la pâte à souder sur la carte.

L'écran de soudure est imprimé à l'avance selon la conception du PCB. Par conséquent, l'ouverture de l'écran est alignée sur les pastilles des composants sur la carte. Cela garantit que le masque de soudure se répartit exclusivement sur ces zones. La quantité de soudure distribuée au cours de ce processus doit être régulée pour s'assurer que chaque joint n'est ni sur-couvert ni sous-couvert.

Une fois la pâte appliquée, la carte est envoyée dans une machine pick-and-place où des composants spécifiés sont appliqués sur les zones soudées. Tant que des forces externes ne secouent pas la carte pendant ce processus, la tension de la soudure doit être suffisante pour maintenir les composants en place.

Sur certaines machines pick-and-place, de petites quantités d'adhésif sont ajoutées aux zones désignées pour fixer les composants. Ceci est principalement destiné aux cartes de circuits imprimés qui subissent le processus de soudure à la vague. L'inconvénient de cet adhésif supplémentaire est qu'il peut rendre les corrections difficiles sur les cartes où les composants ont été mal alignés par rapport aux spécifications de la conception d'origine.

Une fois les composants fixés à leurs emplacements appropriés, le PCB est envoyé à travers la machine à souder. Sur les cartes plus anciennes, les fabricants utilisaient souvent la soudure à la vague, bien que cela ait été largement retiré de la pratique. Dans les productions où la méthode est employée, la pâte à souder n'est pas utilisée car la soudure est appliquée par la machine à souder à la vague. Aujourd'hui, cependant, la soudure par refusion est la méthode la plus couramment utilisée par les fabricants de PCB.

Une fois que la carte de circuit imprimé est sortie de la machine à souder, les techniciens inspectent la composition de la carte pour détecter d'éventuelles imperfections. Si la carte contient plus de 100 composants différents, la carte est envoyée via un inspecteur optique automatique (AOI), qui peut détecter même les moindres défauts, tels que des joints mal alignés, des composants déplacés et des placements incorrects.

Chaque carte de circuit imprimé doit subir une série de tests avant de quitter l'assemblage. La carte subit plusieurs tests pour vérifier qu'elle peut fonctionner comme prévu dans la conception d'origine.

Pendant que l'opération est en cours, l'équipement doit être inspecté pour s'assurer que tout fonctionne comme prévu. Les premiers endroits à vérifier sont les sorties, car elles aideront à vérifier le succès d'une production donnée. La sortie de la machine à souder doit être inspectée au début de chaque production, ainsi que les cartes initiales qui sortent. De cette façon, toute imperfection peut être détectée tôt, avant qu'une erreur d'impression ne devienne importante et coûteuse.

Technologie mixte

En raison de l'évolution rapide de la technologie informatique, un nombre croissant de cartes de circuits imprimés sont fabriquées avec des pièces de plus en plus petites. Cela signifie que de nombreux PCB sont fabriqués aujourd'hui avec une combinaison de méthodes, communément appelées technologie mixte. Un assemblage qui implique une technologie mixte englobera l'une des approches suivantes :

• Un assemblage mixte à une face, où une carte de circuit imprimé subit une technologie de montage en surface ainsi qu'une technologie à trou traversant, toutes deux du même côté de la carte.
• Un assemblage divisé, où un côté de la carte de circuit imprimé est assemblé avec la technologie de montage en surface et l'autre côté de la carte est assemblé avec la technologie à trou traversant. Les PCB comme ceux-ci ont des composants de taille normale d'un côté et des composants plus petits de l'autre.
• Un assemblage mixte double face, où les deux côtés de la carte de circuit imprimé sont assemblés avec une combinaison de technologie à trou traversant et de technologie de montage en surface. Une carte de ce type comporte des composants réguliers ainsi que des composants minuscules et délicats des deux côtés.

Avant qu'une conception de PCB n'entre en production, les cartes destinées à être utilisées doivent être inspectées à des fins de qualité. Sur les composants, l'oxydation des pieds ou les résidus huileux pourraient servir de drapeaux rouges. Si elle est stockée dans un environnement frais, la pâte à souder ne peut être appliquée qu'une fois décongelée et agitée. Le PCB doit être sec avant toute application de pâte sur la surface.

Sur les cartes de circuits imprimés à technologie mixte, un ensemble de processus plus complexe est requis au sein de la machine pick-and-place. Ici, un mélange de différentes tailles de composants devra être pris en compte, soit sur un ou les deux côtés de la carte.

Si la carte de circuit imprimé est constituée d'un assemblage double face, le processus de soudure devra être appliqué des deux côtés. En gros, tout ce qui se passe d'un côté se passe aussi de l'autre. La seule différence réside dans les composants spécifiques et leurs emplacements, car un côté peut contenir des composants plus petits que l'autre. La soudure à la vague n'est pas possible pour les circuits imprimés à deux faces, car le fait de soumettre à nouveau la carte pour la deuxième face endommagerait les parties délicates de la première face.

Toute carte de circuit imprimé constituée d'une technologie mixte doit être soumise à un inspecteur optique automatique. De cette façon, les techniciens peuvent être assurés d'une inspection infaillible qui détectera même les plus petites imperfections, telles que les égarements mineurs de pièces microscopiques.

Pour tenir compte des complexités d'une carte à technologie mixte à deux faces, un ensemble de tests plus approfondis est nécessaire pour les PCB initiaux produits dans de telles lignes. Puisqu'il y a plus de composants à prendre en compte, il y a plus de problèmes potentiels si même une pièce n'est pas alignée.

Fabrication de PCB chez Millennium Circuits Limited

Dans le monde high-tech d'aujourd'hui, les cartes de circuits imprimés deviennent de plus en plus complexes à mesure que les techniciens trouvent des moyens de charger plus de données et d'énergie sur des puces de plus en plus petites. À mesure que les appareils informatiques et électroniques deviennent plus petits, les PCB qui alimentent ces appareils et les connectent au réseau sans fil le seront également. Pour les fabricants de PCB, cela signifie que la production de cartes de circuits imprimés nécessitera des niveaux d'ingénierie avancés.

Pour rendre les PCB efficaces selon les normes actuelles, vous devez disposer du PCB nu spécifié approprié pour effectuer chaque étape plus efficacement du processus d'assemblage. Chez Millennium Circuits, nous utilisons les dernières technologies dans nos installations pour exécuter chaque commande de PCB nu selon les spécifications du client. Contactez Millennium Circuits pour plus d'informations sur la fabrication de PCB.

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