Maîtriser l'Assemblage PCB : Techniques Professionnelles pour une Électronique Fiable

Les circuits imprimés sont la force motrice derrière une large gamme d'appareils électroniques. On les trouve dans des calculatrices simples comme dans des systèmes militaires et satellites avancés. Cependant, savez-vous comment assembler un PCB ? Connaissez-vous les étapes impliquées dans le processus ? Pas de panique si ce n'est pas le cas ! Nous avons créé ce guide approfondi sur la Nomenclature (BOM) d'un PCB à assembler sur une carte. Assemblage PCB pour tout savoir sur le processus. Ensuite, vous pourrez assembler votre PCB et donner vie à votre projet.

Ce guide explorera le processus d'assemblage PCB et les différentes technologies utilisées.

L'Assemblage de Circuits Imprimés

L'assemblage de circuit imprimé consiste à monter ou placer des composants électroniques qui donnent à la carte sa fonctionnalité. Des techniques manuelles et automatiques peuvent monter les composants électroniques, qui sont ensuite soudés en place.

Un PCBA ou assemblage de circuit imprimé. Il ne faut pas le confondre avec la fabrication de circuit imprimé (PCB), qui produit et crée des prototypes. L'assemblage couvre l'installation des composants électroniques pendant le processus d'assemblage. Le PCB assemblé (PCBA) est la carte présentée après que toutes les pièces et éléments ont été soudés et correctement installés.

Différentes technologies peuvent être utilisées pour assembler un PCB, notamment les procédés CMS et THT. Nous les explorerons en détail au chapitre 4, mais regardons d'abord une conception de PCB.

Conception et Fabrication de Circuits Imprimés

À l'aide de schémas, vous pouvez utiliser une solution de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) pour concevoir des PCB. Selon la conception, les fichiers de conception ou fichiers Gerber sont ensuite transmis au fabricant qui produit ou assemble le PCB.

La conception de base des PCB comprend :

• Substrat : Le matériau de base d'un PCB est appelé le substrat. C'est ce qui rend la carte rigide et durable.
• Cuivre : Chaque face fonctionnelle du PCB reçoit une fine couche conductrice de cuivre. Le nombre de faces nécessitera une couche de cuivre selon que la carte est simple ou double face.
• Masque de soudure : La substance verte sur les PCB est due à l'application du masque de soudure. Il assure l'isolation des pistes de cuivre pour qu'elles ne contactent pas de composants conducteurs.
• Sérigraphie : Utilisez un écran blanc comme dernière couche du PCB. Il contient les étiquettes des différents composants en symboles et caractères.

Les PCB peuvent aussi être de trois types :

• PCB rigide en matériau solide comme la fibre de verre
• PCB flexible en matériaux flexibles comme le Kapton
• PCB à cœur métallique en noyau métallique

Le prochain chapitre découvrira le processus d'assemblage de circuits imprimés.

Processus d'Assemblage de Circuits Imprimés

3.1 Outils Requis

Vous aurez besoin d'un nombre minimum d'outils si vous prévoyez de souder votre PCB manuellement. Les éléments à préparer incluent :

• Fer à souder ou station de soudage
• Flux à souder
• Pinces
• Coupe-fils
• Tournevis
• Voltmètre/Ohmmètre

3.2 Assemblage PCB – Équipement de Soudage

Vous pouvez choisir parmi une large gamme d'équipements de soudage pour l'assemblage manuel de circuits imprimés. Les plus simples se branchent directement sur la prise de courant et n'ont pas beaucoup d'options de contrôle de température. Vous devriez sélectionner un fer à souder de 15 à 30 watts pour votre assemblage PCB.

Les fers à souder à contrôle thermostatique peuvent convenir car ils offrent des options de contrôle de température. Certains ont des molettes pour contrôler la température, tandis que d'autres utilisent une pointe magnétisée avec une température spécifique.

Vous devriez choisir un fer à souder avec des pointes remplaçables de différentes tailles. Les bonus commencent à s'aimanter à mesure que vous augmentez le courant, faisant monter la température. Quand le magnétisme diminue, la chaleur diminue aussi.

Vous pourriez aussi avoir besoin d'une station de soudage à air chaud qui utilise de l'air chaud pour faire fondre la soudure.

3.3 Types de Soudure

Vous trouverez différents types de soudure sur le marché et choisirez selon le but et l'application de votre projet. Il y a trois types de soudure utilisés pour l'électronique :

• Soudure alliage plomb
• Soudure sans plomb
• Soudure alliage argent

Soudure Alliage Plomb

Les soudures sont faites d'une combinaison de plomb et d'étain et peuvent aussi contenir des traces d'autres métaux. Elle est responsable de donner à la soudure une température de fusion plus basse, ce qui est significatif car la plupart des appareils électroniques sont sensibles à la chaleur.

Les soudures à base d'alliage de plomb sont définies par le rapport du poids d'étain suivi du poids de plomb. Par exemple, cela pourrait avoir un équilibre de 60:40 ou 63:37 - le premier nombre représente la quantité d'étain tandis que le second fait référence à la quantité de plomb.

Vous pouvez utiliser les deux types de soudure pour des applications électroniques typiques. L'alliage 63:37 peut se transformer efficacement en état liquide et aide à prévenir les joints de soudure froids.

Les alliages à base de plomb sont utilisés comme standard dans l'industrie électronique mais peuvent avoir des conséquences sur la santé.

Alliages Sans Plomb

Vous pourrez rencontrer des alliages sans plomb tels que le 96,5:3:0,5, qui contient 96,5 % d'étain, 3 % d'argent et 0,5 % de cuivre. Les alliages sans plomb sont plus chers que les alliages à base de plomb et ont une température de fusion plus élevée.

Les alliages sans plomb créent des joints de soudure plus solides bien qu'ils puissent être fragiles.

Soudure Alliage Argent

Les soudures peuvent ou non contenir du plomb. L'argent a été utilisé pour la première fois dans les soudures pour créer des joints de soudure plus robustes et durables. Les soudures à l'alliage d'argent ont tendance à être plus chères que les alliages à base de plomb et sans plomb.

3.4 Assemblage PCB – Technique de Soudage Appropriée

Processus d'assemblage PCB. Vous devez recourir aux méthodes de soudage plusieurs fois pendant l'assemblage de circuits imprimés. Vous devez utiliser des techniques de soudage appropriées pour obtenir les produits finis de la plus haute qualité possible. Ici, nous vous dirons comment utiliser des techniques de soudage appropriées pendant la Nomenclature (BOM) d'un PCB à assembler sur une carte.

La bonne façon de souder est de chauffer les surfaces qui seront soudées au-delà du point de fusion de la soudure. Cela permet à la soudure de couler librement sur les surfaces. Vous devez aussi surveiller la quantité de soudure, en veillant à ne pas en utiliser trop.

Vous devez également vous assurer que la surface est suffisamment chauffée pour prévenir les joints de soudure froids. Cela se produit quand vous utilisez trop peu de chaleur sur la surface, et la soudure ne peut pas couler librement.

Le reste du processus de soudage est effectué automatiquement par des machines. Le brasage par refusion utilise une série de chauffages et de refroidisseurs pour faire fondre et solidifier la soudure et la rendre ferme.

Vous devez vous assurer que les températures sont correctement réglées dans la machine de brasage par refusion. Elle doit chauffer jusqu'à 250 degrés Celsius pour faire fondre la soudure.

La technique de soudage manuel peut être nécessaire lors de la manipulation de composants THT. Vous devez placer les pièces à la main et souder le fil ou la patte supplémentaire de l'autre côté de la carte. Cela doit être fait soigneusement pour que la soudure ou le flux ne touche pas les différents composants et seulement au bon endroit.

Il peut être complexe ou difficile de souder des PCB si vous êtes entièrement nouveau dans le métier. Vous devriez d'abord pratiquer sur de petits projets, puis essayer le soudage PCB après avoir acquis des compétences. Vous devez aussi faire attention à ne pas inhaler les fumées ou la fumée provenant du flux dans la soudure.

Maintenant, nous allons examiner les différences entre les processus utilisés pour assembler les PCB.

Différences dans le Processus d'Assemblage de Circuits Imprimés

Vous pouvez utiliser différentes technologies pour assembler les composants électroniques sur un PCB. Les méthodes principales incluent la Technologie Traversante (THT), la Technologie de Montage en Surface (CMS), et la technologie mixte.

Nous discuterons des principales différences et du processus de CMS. Cela facilitera la tâche d'une machine pick-and-place pour prélever et placer facilement les composants sur le PCB (assemblage PCB pour chaque méthode.

Technologie Traversante (THT)

La méthode THT d'assemblage PCB est utilisée pour les composants électroniques qui viennent avec un fil ou une patte. Le PCB comporte des trous percés pour y insérer les pièces. La patte supplémentaire qui traverse les trous est soudée du côté opposé de la carte.

Le THT est utilisé pour des composants significatifs tels que bobines et condensateurs. Il est aussi utilisé pour d'autres composants traversants plaqués (PTH) qui traversent le trou plaqué du PCB. Divers composants PCB utilisent les trous de la carte pour transférer les signaux d'un côté à l'autre du PCB. Pour cette raison, vous ne pouvez pas compter sur la pâte à souder qui passerait directement à travers les trous.

Assemblage PCB – Processus d'Assemblage

L'assemblage THT utilise à la fois des processus manuels et automatiques pour placer les composants sur le PCB. Procédez comme suit :

1. Assemblage PCB – Placement des Composants

Les ingénieurs électriques placent manuellement les composants sur le PCB selon les spécifications. Cela doit être fait rapidement et avec précision, en totale conformité avec les normes ou réglementations du processus d'assemblage THT pour un bon fonctionnement.

Par exemple, il est essentiel de définir l'orientation et la polarité des composants électroniques pour que les éléments de fonctionnement ne les affectent pas.

2. Assemblage PCB – Examen et Correction

Vous devez vérifier si tous les composants électroniques sur le PCB ont été placés avec précision. Cela peut être fait automatiquement avec l'utilisation d'un cadre de transport. Les ingénieurs peuvent rapidement rectifier toute erreur ou faute si vous les trouvez.

3. Brasage par Vague

Ces composants électroniques doivent être soudés à la carte à cette étape. Vous pouvez le faire manuellement, mais un processus automatisé bien plus efficace appelé brasage par vague peut être utilisé.

Le PCB est placé sur un tapis convoyeur qui l'emporte dans un four spécial contenant de la soudure fondue à haute température. La soudure est appliquée sur le dessous de la carte, ce qui couvre toutes les broches à la fois.

Les composants électroniques sont fixés avec toutes les connexions de fils ou pattes à la carte.

Technologie de Montage en Surface (CMS)

Chez WellPCB, nous avons des professionnels et experts qui ont les bonnes compétences pour donner vie à vos besoins PCB. Nous offrons la fabrication PCB et l'assemblage PCB (CMS permet d'accélérer le processus de production, mais il y a des risques accrus de défauts. Le CMS est le placement ou montage automatique de composants électroniques sur un PCB. Pour cette raison, la méthode emploie aussi la détection de pannes pour créer des produits fonctionnels.

Les composants électriques montés en CMS sont plus petits que les composants PTH et peuvent avoir ou non des pattes. Ils viennent parfois avec des broches, des contacts plats, ou des terminaisons sur leur corps.

Processus d'Assemblage

1. Assemblage PCB – Application de la Soudure

Vous devez utiliser une imprimante à pâte à souder pour appliquer la soudure sur le PCB. Un écran de soudure ou pochoir est utilisé pour assurer l'application correcte de la soudure aux points valides où les composants électroniques seront placés.

Il est crucial d'avoir un processus d'impression de pâte à souder efficace car il impacte directement la qualité du brasage. Un inspecteur de soudure est utilisé pour trouver tout défaut dans la qualité de l'impression de pâte à souder. Si des erreurs sont repérées, la soudure est lavée pour une deuxième impression.

Pour les défauts mineurs, une retouche peut suffire.

2. Placement des Composants

Une machine pick-and-place est utilisée pour monter les composants électroniques après l'impression de la soudure. Le moteur monte automatiquement le CI ou les composants via des bobines de composants. Les bobines de composants sont responsables de l'alimentation des détails à la machine, qui sont ensuite fixés sur le PCB.

3. Assemblage PCB – Brasage par Refusion

Cette étape utilise un four spécialisé pour durcir la pâte à souder et fixer fermement les composants de la carte. Le PCB est emmené à l'intérieur d'une série de chauffages qui élèvent la température de la carte à 250 degrés Celsius. La haute température fait fondre la soudure sur la carte.

Ensuite, le PCB passe à travers une série de chauffages plus frais, qui font baisser la température et aident la soudure à durcir. Cela fixe fermement tous les composants électroniques au PCB.

Assemblage PCB – Technologie Mixte

Les produits électroniques ont gagné en complexité, nécessitant différents composants électroniques sur les PCB à l'ère moderne. Vous trouverez l'utilisation des technologies THT et CMS sur un seul PCB contenant à la fois des composants montés en surface et traversants.

La technologie mixte est utilisée dans les cas suivants :

Assemblage Mixte Face Unique

Dans l'assemblage mixte face unique, le processus habituel d'impression de pâte à souder est effectué en premier. Ensuite, les composants montés en surface sont placés, suivis du brasage par refusion.

Ensuite, vous devez placer les composants THT et effectuer le brasage par vague. Vous pouvez aussi opter pour le soudage manuel si vous utilisez un petit nombre de composants THT.

Une Face THT et Une Face CMS

D'abord, vous devez appliquer les adhésifs de montage en surface, puis monter les composants CMS. Ensuite, vous les mettez au four pour solidification, suivi du retournement.

Ensuite, vous devez monter les composants THT et effectuer le brasage par vague. Ce processus d'assemblage nécessite un coût élevé en raison de l'utilisation d'une quantité accrue d'adhésifs.

Assemblage Mixte Double Face

C'est un processus compliqué et long où les composants CMS sont placés après l'impression de pâte à souder. Ensuite, vous devez utiliser des adhésifs pour placer les composants CMS de l'autre côté, suivis de la solidification.

Ensuite, les composants THT sont montés, se terminant par le brasage par vague. Vous pouvez aussi réaliser le processus sans utiliser d'adhésifs mais avez besoin de chauffer trois fois, résultant en une efficacité réduite.

Le chapitre suivant déterminera comment un PCB est testé pour assurer sa fonctionnalité et sa qualité.

Tests d'Assemblage de Circuit Imprimé

Vous devrez effectuer divers tests pour déterminer la fonctionnalité de votre assemblage PCB. Cela commence par la vérification DFM (Design For Manufacturing), qui implique de vérifier les spécifications de conception d'un PCB pour des caractéristiques manquantes ou problématiques.

Le test suivant pour la fonctionnalité est effectué après que les composants montés en surface sont placés et soudés. La carte est testée pour ses connexions et courts-circuits, qui peuvent survenir si des liaisons inappropriées ont eu lieu.

Inspectez manuellement le PCB après le processus de refusion. Cela peut être utile pour un petit lot de PCB mais n'est pas réalisable pour une production à grande échelle. Une machine d'inspection optique automatique est aussi utilisée pour tester les PCB à l'aide de caméras avancées.

La machine peut détecter les soudures de mauvaise qualité en analysant la façon dont elles réfléchissent la lumière.

L'une des méthodes moins conventionnelles utilisées pour les PCB hautement complexes ou multicouches implique l'inspection par rayons X. Les rayons X fournissent des visuels de toutes les couches et peuvent aider à trouver des problèmes cachés à l'œil nu.

Après la fin du processus d'assemblage, une inspection finale et un test de fonctionnalité sont effectués. Vous pouvez découvrir différents aspects grâce au test, tels que la sortie de signal, le courant et la tension. Vous pouvez déterminer les caractéristiques électriques du PCB par des signaux simulés.

Assemblage PCB – Conclusion

L'assemblage PCB peut être un processus compliqué ou simple selon le nombre de composants électroniques que vous utilisez et leurs types. La meilleure façon d'assembler un PCB est de se spécialiser dans le maintien de toutes les spécifications et normes.

Vous pouvez nous contacter pour l'assemblage de circuits imprimés et des produits finis de haute qualité passant rapidement les tests de fonctionnalité. Nous veillerons à ce que les PCB soient assemblés selon votre conception et vos instructions pour délivrer les meilleurs résultats.