À l'ère du numérique, tous nos besoins dépendent de l'électronique. Chaque appareil électronique possède un circuit imprimé. Cet article traite du processus d'assemblage des circuits imprimés (PCBA).
Tout appareil électronique comporte une plaque verte sur laquelle sont fixés de nombreux petits composants. Cette plaque verte est appelée circuit imprimé (PCB). Poursuivez votre lecture pour découvrir en détail le processus d'assemblage d'un PCB .
Principes de base de la conception de circuits imprimés
Dans la conception d'un circuit imprimé, l'unité de base est le substrat, constitué de plusieurs couches. Ces couches jouent un rôle dans le fonctionnement global du circuit imprimé. Nous les examinerons plus en détail ultérieurement.
Le substrat est la principale plaque rigide sur laquelle sont disposés les différents composants du circuit imprimé . Cette couche est constituée de matériau FR-4 et assure la rigidité générale du circuit imprimé.
- Feuille de cuivre: Il s'agit de la deuxième couche qui recouvre le dessus et le dessous du circuit imprimé sous forme de feuille de cuivre.
- Masque de soudure: La troisième couche, située en haut et en bas du circuit imprimé, constitue une zone non conductrice et permet de séparer les pistes de cuivre afin d'éviter tout court-circuit.
- Sérigraphie: On trouve généralement des marquages blancs sur le circuit imprimé, tels que C1, R1 ou le logo de l'entreprise. Ces marquages sont réalisés par sérigraphie.
Voici donc les couches qui composent un circuit imprimé. Nous allons maintenant aborder les trois principaux types de circuits imprimés.
- Un circuit imprimé rigide est un base recouvrant la majeure partie de Processus d'assemblage des cartes de circuits imprimés (PCBA). Cependant, il est composé de peu de matériaux. Ceux-ci comprennent le FR-4, la fibre de verre, les phénoliques ou les époxydes.
- PCB flexible: Ces pièces sont fabriquées dans un matériau de type Kapton. Elles peuvent également résister à des températures élevées avec une épaisseur d'environ 0.005 pouce.
- PCB à noyau métallique : Il s'agit d'alternatives aux circuits imprimés rigides. Elles sont constituées d'un noyau métallique, généralement en aluminium. Cependant, elles dissipent très efficacement la chaleur.
Avant le processus d'assemblage
Avant de commencer l' assemblage des cartes de circuits imprimés (PCBA) , certaines étapes sont nécessaires. Ces étapes préliminaires permettent au fabricant d'évaluer la fonctionnalité globale. La plupart des entreprises d'assemblage de PCB exigent un fichier de conception contenant des spécifications supplémentaires. Le fabricant peut ainsi vérifier le fichier et corriger tout problème susceptible d'affecter le fonctionnement des composants de la carte.
Il s'agit donc de l'étape de vérification de la fabricabilité (DFM) du circuit imprimé. Le fabricant analyse la conception globale afin de détecter toute fonctionnalité manquante ou toute erreur lors de cette vérification. Ces erreurs peuvent altérer plus ou moins le fonctionnement du circuit imprimé, selon leur nature.
De plus, l' assemblage du circuit imprimé commence après une analyse approfondie visant à détecter ces problèmes ou erreurs. Le processus proprement dit débute une fois que le fabricant a corrigé chaque problème, comme vous pouvez le constater ci-dessous.
Étapes du processus PCBA
Avant l'assemblage, la carte de circuit imprimé est appelée prototype. L' assemblage des cartes de circuits imprimés (PCBA) consiste à appliquer de la pâte à braser sur le prototype et à y placer d'autres composants tels que des résistances et des condensateurs.
Step 1: Stenciling de pâte à braser
Dans un premier temps, la soudure est appliquée sur toutes les zones du circuit imprimé où vous souhaitez placer les composants. La pâte à braser est déposée sur un pochoir en acier inoxydable. Ensuite, un opérateur assemble le pochoir et le circuit imprimé à l'aide d'un applicateur.
L'applicateur répartit ensuite la pâte à braser uniformément sur le circuit imprimé, de manière à remplir toutes les zones cibles. Cette pâte est composée de 96.5 % d'étain, 3 % d'argent et 0.5 % de cuivre. Elle ne contient pas de plomb.
Étape 2: Pick and Place
Après avoir étalé la soudure, l'étape suivante consiste à placer les composants sur le circuit imprimé à l'aide d'une machine de placement automatique. Pour ce faire, le fabricant de circuits imprimés saisit le fichier de conception dans la machine. Celle-ci, en scannant le fichier, prélève et place les composants à leur emplacement exact.
Lorsque ces machines ne sont pas utilisées, leur utilisation est effectuée avec une extrême précaution par des techniciens experts. De ce fait, le technicien souffre de problèmes de vue et d'une grande fatigue, en plus d'un ralentissement du processus.
Ainsi, le processus était devenu plus sujet aux erreurs. Cependant, grâce à l'arrivée de ces machines, l'assemblage de circuits imprimés est désormais précis et pratique. De plus, ces machines peuvent fonctionner 24 h/24 et 7 j/7.
Étape 3: Soudage par refusion
Après avoir placé les composants et la pâte à braser sur le circuit imprimé, l'étape suivante est le brasage par refusion. Ce procédé consiste à placer les circuits imprimés et les composants sur un tapis roulant qui les transporte dans un four à une température de 250 °C.
Cette température est donc suffisante pour faire fondre la pâte à braser. Cette fusion permettra à la carte de circuit imprimé d'ajuster tous les composants et de réaliser des soudures. Ensuite, elle sera placée dans les refroidisseurs, où ces soudures seront refroidies de manière contrôlée.
Ce refroidissement permettra ainsi de créer des liaisons permanentes entre les composants et le circuit imprimé. Cependant, si le circuit imprimé est double face, l'autre face sera traitée de la même manière après ce processus. La face traitée en premier sera celle qui comporte le moins de composants.
Étape 4 : Inspection et contrôle de la qualité
Après le processus de brasage par refusion, une inspection est nécessaire. En raison des mouvements des composants, de petites pièces sur le circuit imprimé peuvent présenter des défauts, qui doivent être éliminés par une inspection minutieuse. Un fabricant de circuits imprimés peut effectuer trois types de contrôles à ce stade.
- Contrôle manuel : L'inspection manuelle est impossible en raison de la petite taille des composants. Il sera difficile pour les techniciens d'intervenir à un niveau de finition aussi fin. Toutefois, elle sera envisageable si la carte possède des fonctionnalités THT.
- Inspection optique : Cette méthode est adaptée au traitement d'un grand nombre de circuits imprimés. Plusieurs caméras haute définition sont installées sur une machine qui inspecte les joints sous tous les angles. Grâce à sa précision et à sa rapidité, cette inspection est réalisée en un temps réduit.
- Inspection aux rayons X : Cette inspection permet de détecter les défauts de la couche interne. Elle nécessite l'intervention de techniciens pour analyser la présence d'éventuels défauts ou problèmes dans cette couche. Un scan mal effectué peut entraîner des circuits imprimés défectueux.
Etape 5: Insertion de composants traversants
À la cinquième étape de l'assemblage du circuit imprimé , on insère les composants traversants. Ces composants, également appelés composants métallisés, traversent les trous du circuit imprimé. Chaque trou est relié à un autre par des pistes de cuivre.
Lorsque ces composants sont insérés dans les trous, un réseau électrique se forme entre les trous et les composants.
Étape 6 : Inspection finale et test fonctionnel
Une fois toutes les étapes mentionnées ci-dessus réalisées, la dernière étape consiste à effectuer le test fonctionnel. Ce test fournira les signaux électriques nécessaires pour vérifier la sortie et les connecteurs spécifiques.
Pour cela, il est nécessaire de disposer d'instruments de laboratoire tels qu'un multimètre numérique, un générateur de fonctions et un oscilloscope. Ces tests sont essentiels pour vérifier la présence éventuelle de défauts, de problèmes ou d'erreurs.
Procédé d'assemblage de la technologie traversante (THT)
L'assemblage de composants comportant des broches traversantes, insérées dans de petits trous d'une carte de circuit imprimé, nécessite la combinaison de procédures manuelles et automatisées.
- Placement des composants : Cette étape nécessite une manipulation manuelle par les ingénieurs. Ces derniers placent rapidement les composants aux emplacements prévus dans le fichier de conception. Toutefois, pour obtenir des résultats précis, ce placement doit être effectué conformément aux règles de ce processus.
- Inspection et rectification : Une fois tous les composants en place, la carte de circuit imprimé est positionnée dans un cadre de transport adapté afin de vérifier la précision de leur placement. Il sera ainsi facile de corriger les éventuels problèmes.
- Soudage à la vague : Enfin, ces composants sont soudés à l'aide de vagues. La carte est chauffée lentement à une température d'environ 260 °C (500 °F). Après cette étape, tous les éléments sont solidement fixés à la carte.
Processus d'assemblage de la technologie de montage en surface (SMT)
Dans le processus d'assemblage de la technologie de montage en surface, toutes les étapes sont automatisées par rapport au processus précédent.
- Impression de pâte à souder : Les composants sont montés sur la carte par dépôt de pâte à braser. Un gabarit permet un positionnement précis de la pâte. La qualité des produits est ensuite contrôlée à l'aide d'un inspecteur de pâte à braser.
- Composants de montage : Après l'application de la pâte à braser, l'ensemble est envoyé à la machine de placement où les composants sont montés.
- Soudage par refusion : Après le montage des composants, la carte est passée dans un four à une température d'environ 500 °F (260 °C). Cela permettra aux composants d'adhérer fermement à la carte.
Conclusion
Une fois l'assemblage des cartes de circuits imprimés (PCBA) terminé , tous les produits sont livrés à destination. À chaque étape, les employés travaillent avec rigueur et contrôlent minutieusement chaque production afin d'éviter tout défaut. Ce travail de haute précision garantit la satisfaction des clients.