L'assemblage de circuits imprimés est une étape essentielle dans la fabrication électronique, transformant les circuits imprimés bruts en cartes peuplées capables d'exécuter des fonctions désignées.
Sans assemblage, un circuit imprimé n'est guère plus qu'un morceau de fibre de verre. Avec un assemblage approprié, il devient le cerveau, l'épine dorsale d'un appareil électronique.
Ce guide vous présente tout ce dont vous avez besoin concernant l'assemblage de circuits imprimés (PCBA). Nous commencerons par quelques notions de base, puis détaillerons les étapes avant et pendant l'assemblage, les différentes méthodes d'assemblage, les volumes, etc.
Nous vous montrerons également pourquoi notre entreprise est équipée pour répondre à tous vos besoins d'assemblage de circuits imprimés.
Si vous êtes nouveau dans la fabrication de PCBA ou si vous cherchez à trouver un partenaire d'assemblage fiable, vous apprendrez ici les tenants et aboutissants du processus.
Commençons!
Principes de base de la conception de circuits imprimés
Avant de nous plonger dans les subtilités de l’assemblage de circuits imprimés, nous devons d’abord acquérir une compréhension fondamentale des composants constituant un circuit imprimé fini.
En substance, un substrat de circuit imprimé constitue la base sous-jacente, généralement composée de feuilles de fibre de verre rigide FR-4. Sur cette base, des pistes de cuivre complexes sont gravées pour interconnecter électriquement différents points de la carte via des conduits appelés pistes.
Les pastilles constituent les surfaces métalliques planes sur lesquelles sont fixées les broches des composants ou les billes de soudure. Des composants électroniques tels que résistances, circuits intégrés, condensateurs, transistors, etc. sont montés sur les pastilles et les trous pour doter le circuit imprimé des fonctionnalités souhaitées lors de l'assemblage.
Les trous métallisés assurent les connexions entre les différentes couches. Leur nombre détermine si le circuit imprimé est simple face, double face ou multicouche. Les vias assurent la connectivité électrique entre les couches en métallisant les parois des trous percés à travers les couches.
Recouvrant les pistes, le masque de soudure constitue une couche isolante destinée à prévenir les courts-circuits et la corrosion. La sérigraphie désigne les marquages imprimés comprenant les identifiants des composants, les indicateurs de polarité, les logos et autres informations pertinentes.
Le processus de conception de circuits imprimés (PCB) consiste à adapter les exigences du circuit à l'agencement optimal de la carte et au placement des pastilles afin de simplifier l'assemblage ultérieur des composants. Grâce à notre maîtrise des composants et des fonctionnalités de base d'un PCB, nous consolidons les bases nécessaires pour aborder ensuite le processus captivant de l'assemblage.
À propos de PCBaSic
Le temps, c'est de l'argent dans vos projets – et PCBasique l'obtient. PCBasic est une Entreprise d'assemblage de circuits imprimés qui offre des résultats rapides et impeccables à chaque fois. Notre gamme complète Services d'assemblage de circuits imprimés Nous offrons un soutien technique expert à chaque étape, garantissant une qualité optimale pour chaque carte. En tant que leader Fabricant d'assemblage de circuits imprimés, Nous proposons une solution complète pour optimiser votre chaîne d'approvisionnement. Faites appel à nos experts Usine de prototypes de PCB pour des délais d'exécution rapides et des résultats supérieurs auxquels vous pouvez faire confiance.
Qu'est-ce que l'assemblage PCB?
En quoi consiste exactement l'assemblage d'un circuit imprimé ? En termes simples, il s'agit du processus de soudage de divers composants électroniques sur le circuit imprimé. Ce processus transforme le circuit imprimé nu de son état statique en un circuit électronique fonctionnel capable d'exécuter des tâches spécifiques.
Si les machines d'assemblage largement automatisées facilitent la production moderne, les techniciens assemblent également les composants manuellement si nécessaire. Les composants montés en surface (CMS) ont révolutionné l'assemblage en permettant leur placement directement sur des pastilles plutôt que par des trous, ouvrant ainsi la voie à la miniaturisation.
Cependant, les composants traversants sont toujours utilisés lorsque la conception l'exige. Les cartes multicouches permettent le montage des composants sur les deux faces ou à l'intérieur des couches. Les adhésifs post-soudure protègent également les composants des vibrations. Une fois l'assemblage terminé, des tests complets confirment que tous les composants ont été soudés correctement et sans défaut.
L'assemblage peut être classé en volumes faibles, moyens et élevés selon les volumes de production. Des processus optimisés répondent à chaque gamme. Par exemple, l'automatisation est rentable pour les grandes quantités. En revanche, les méthodes manuelles offrent une certaine flexibilité pour les prototypes ou les petites quantités. Chaque conception de circuit imprimé doit finalement subir un placement de composants pour exploiter pleinement ses capacités intrinsèques.
L'assemblage transforme des configurations de circuits imprimés imaginatives en cartes concrètes et fonctionnelles, alimentant les innovations électroniques mondiales. Après avoir abordé les fondamentaux de l'assemblage de circuits imprimés, nous approfondissons notre exploration des étapes préparatoires spécifiques à la fabrication dans la section suivante.
Avant la fabrication du PCBA
Avant de commencer l’assemblage des circuits imprimés, certaines étapes préparatoires s’avèrent primordiales pour optimiser le processus et éviter les problèmes ultérieurs.
Premièrement, pour les produits en phase de développement, l'assemblage d'un ou deux prototypes permet de vérifier la fabricabilité d'une conception donnée. Cela permet de détecter et de corriger tout espacement entre les composants, tout dépassement de jeu ou tout autre obstacle avant la production en série. La construction de prototypes offre des informations précieuses.
Ensuite, les personnes impliquées dans la conception des circuits imprimés doivent respecter les directives de conception pour la fabrication afin de simplifier l'assemblage. Par exemple, maintenir un espace suffisant entre les composants permet d'éviter les collisions, et laisser un espace suffisant autour des connecteurs facilite l'accès.
Vous devez également établir une nomenclature complète répertoriant chaque composant requis, ses références, ses caractéristiques nominales, ses quantités et autres informations essentielles à l'approvisionnement. Pensez à commander des quantités supplémentaires pour anticiper les pertes ou dommages potentiels. Une nomenclature précise oriente les achats et garantit l'obtention de toutes les pièces nécessaires avant le début des travaux.
Pour l'assemblage en surface, vous aurez besoin de pochoirs de pâte à braser découpés au laser sur mesure dans des tôles métalliques, dont les découpes reproduisent les pastilles de soudure du circuit imprimé. Cela permet un dépôt précis de pâte à braser pour l'adhérence temporaire des composants CMS lors de la refusion.
Vos équipements et machines d'assemblage nécessiteront une programmation avec des instructions pour le positionnement et le soudage des composants en fonction de la conception de votre carte. Pour l'assemblage automatisé, cela inclut les paramètres de la machine de prélèvement et de placement.
Enfin, assurez-vous que la conception de votre circuit imprimé comporte suffisamment de points de test. Cela facilite la vérification des cartes assemblées par des tests de continuité, des analyses de limites et d'autres tests électriques nécessaires à la validation de l'assemblage avant expédition.
En d'autres termes, vous devez veiller à allouer une attention particulière aux optimisations de conception, à la génération complète de nomenclatures, à l'approvisionnement en composants de qualité, à la préparation de l'équipement, aux dispositions de test et à d'autres questions préalables qui ouvrent la voie à un assemblage ultérieur rapide avec un minimum de contretemps.
Maintenant que nous avons posé ces bases, j'aimerais que nous nous penchions sur la séquence concrète de l'insertion des composants sur les circuits imprimés. Ce processus fondamental promet une fascination sans bornes pour ceux qui s'intéressent à la transformation de cartes brutes en circuits électroniques fonctionnels.
Processus de fabrication des PCBA
Les quatre méthodes d'assemblage prédominantes comprennent la technologie de montage en surface (SMT), la technologie traversante (THT), une approche hybride combinant les deux et l'assemblage BGA.
Assemblage de la technologie de montage en surface (SMT)
La technologie CMS a révolutionné l'assemblage électronique en permettant le placement des composants directement sur les pastilles de surface plutôt que par perçage. Cela a ouvert la voie à la miniaturisation. L'assemblage CMS utilise des machines de placement automatisées pour placer les composants selon un processus rapide et de haute précision, impliquant :
Application de la pâte à souder : Le circuit imprimé passe d'abord sous un pochoir à brasure adapté à la disposition des pastilles de cuivre. Un étaleur dépose une fine couche uniforme de pâte à braser sur les pastilles, qui agit comme un adhésif.
Placement des composants : Les machines robotisées de prélèvement et de placement sélectionnent avec précision les composants montés en surface à partir de bobines et les placent sur leurs patins respectifs selon des instructions programmées.
Soudage par refusion : La carte peuplée entre dans un four de refusion, chauffant l'ensemble de l'assemblage juste au-dessus du point de fusion de la soudure, fusionnant solidement les composants aux pastilles.
Inspection optique automatisée : Après la refusion, les caméras vérifient que tous les composants ont été correctement positionnés sans défauts visibles.
Première inspection : La carte initiale entièrement assemblée est soumise à une inspection manuelle minutieuse au microscope, vérifiant notamment son positionnement, son orientation, la qualité des soudures et bien plus encore. Pour optimiser l'efficacité de l'inspection, notre usine PCBaic a développé un testeur de premier article pour inspecter automatiquement les propriétés et les fonctions de la carte, évitant ainsi toute erreur humaine.
Test de la sonde volante : Des sondes vérifient la continuité électrique et les courts-circuits de chaque pastille du circuit imprimé. Cela permet de valider l'assemblage avant l'expédition des produits.
Grâce à ses vitesses de production élevées, la technologie CMS est idéale pour la fabrication électronique en grande série. Cependant, elle nécessite des investissements considérables : pochoirs de soudure précis, imprimantes de pâte à braser, machines de placement spécialisées, fours de refusion et systèmes d'inspection optique automatique. Cependant, ces coûts sont rentabilisés pour la production de milliers de cartes.
Assemblage à technologie de trou traversant (THT)
Contrairement aux composants SMT, qui ne comportent pas de fils saillants, les composants THT ont des fils axiaux ou radiaux qui doivent être insérés dans les trous correspondants percés dans le substrat du PCB.
L'assemblage THT comprend :
Insertion de composants : À l’aide de dessins d’assemblage, les techniciens insèrent manuellement les composants dans les trous traversants désignés sur la face inférieure de la carte.
Pliage du plomb : Tout excès de longueur de câble est replié contre la surface du PCB pour éviter tout délogement avant la soudure.
Soudage à la vague : Le PCB peuplé passe sur une « vague » de soudure liquide, recouvrant les fils et les pastilles exposés pour former des joints de soudure fiables.
Nettoyage: Les résidus de flux après soudure sont nettoyés à l'aide de solvants appropriés, ce qui prévient toute corrosion ultérieure.
inspection: Les cartes assemblées subissent une inspection visuelle manuelle, vérifiant l'insertion, l'orientation et la qualité des joints de soudure.
Test: Des tests de continuité de base valident l'assemblage avant toute étape de production supplémentaire. Une fois la production de la carte terminée, des testeurs d'assurance qualité qualifiés effectuent des tests visuels et à l'aide de machines de pointe. Des machines de test brevetées permettent aux ateliers d'assemblage de déterminer si les composants assemblés ne correspondent pas aux fichiers de nomenclature fournis par les clients.
L'assemblage THT prend en charge des composants plus volumineux et plus puissants, non adaptés aux procédés CMS. Les méthodes manuelles offrent également une grande flexibilité dans le formage des broches.
Cependant, cette méthode est plus lente que la SMT et entraîne des coûts de main-d'œuvre plus élevés en fonction des volumes de production. En revanche, la THT nécessite moins de frais de démarrage, ce qui est idéal pour les petites quantités.
Assemblage hybride
Pour les circuits imprimés nécessitant à la fois des composants à montage en surface (CMS) et traversants (THT), un processus d'assemblage hybride combine le meilleur des deux technologies :
Placement des composants CMS
Des machines de prélèvement et de placement de haute précision équipent les composants CMS selon des instructions programmées. Ces machines utilisent des buses à vide pour prélever les composants sur des bobines, des plateaux ou des bâtonnets et les placer avec précision sur les pastilles de leur circuit imprimé.
Les systèmes d'alignement optique assurent un positionnement précis avec une tolérance de 0.1 mm ou moins. Cela garantit que les composants sont placés exactement à l'emplacement prévu.
Les chargeurs assurent un approvisionnement constant en composants de la tête de prélèvement et de placement. Les configurations à bande et bobine sont courantes pour les pièces CMS de petite taille.
Soudure par refusion CMS
● Le PCB avec tous les composants SMT placés entre dans un four de refusion pour fixer les composants de manière permanente.
● Différentes zones de chauffage préchauffent, augmentent progressivement la température, maintiennent le pic de refusion, puis refroidissent dans un profil contrôlé conçu pour la pâte à souder utilisée.
● Les températures de refusion typiques varient de 200 à 250 °C, maintenues pendant 60 à 90 secondes. Le procédé doit être optimisé pour éviter d'endommager les composants sensibles.
● La pâte à souder fond/s'allie avec des pastilles de cuivre et des fils de composants pour créer des joints électriques et mécaniques fiables.
● Une atmosphère d’azote empêche l’oxydation pendant la soudure.
Insertion du composant THT
● Tous les composants traversants sont insérés manuellement après la refusion SMT alors que la carte est encore propre.
● Les techniciens se réfèrent aux plans d'assemblage pour indiquer le positionnement correct des composants. Les pièces peuvent être pré-assemblées.
● Les fils sont insérés dans les trous correspondants du circuit imprimé jusqu'à ce qu'ils soient au ras de la carte. Le pliage des fils assure la fixation des pièces.
Soudure à la vague THT
● Le PCB peuplé de pièces THT passe sur une vague ou une fontaine de soudure fondue à 230-260°C.
● L'onde turbulente recouvre les fils et les pastilles des composants exposés lorsque la carte se déplace dessus pour former des joints de soudure.
● Des alliages de soudure courants comme le SAC305 ou le Sn63Pb37 sont utilisés. Un enrobage à l'azote prévient l'oxydation.
● Les agents de flux facilitent le mouillage, puis le nettoyage après soudure élimine tous les résidus.
Essais et inspection
● Les tests électriques tels que les tests en circuit ou les sondes volantes vérifient que toutes les soudures sont satisfaisantes, sans court-circuit ni ouverture.
● L'inspection optique automatisée et les contrôles microscopiques manuels confirment la réussite du soudage et de l'assemblage.
● Si des retouches sont nécessaires, les techniciens peuvent retoucher les joints de soudure ou remplacer les composants défectueux.
Cette approche hybride offre la flexibilité nécessaire pour optimiser l'assemblage en fonction des types de composants, tout en minimisant les défauts de soudure potentiels. Elle exploite pleinement les technologies CMS et THT pour garantir qualité et efficacité.
Assemblage BGA
Outre l'assemblage CMS, THT et hybride, une autre technique avancée, l'assemblage BGA (Ball Grid Array), gagne en popularité pour les dispositifs complexes à forte densité d'E/S. Découvrons ce qu'est l'assemblage BGA.
Les composants BGA utilisent une grille de billes de soudure sur leur face inférieure comme terminaisons, au lieu de broches ou de pastilles. Ces interconnexions à billes de soudure offrent plusieurs avantages :
● Des densités plus élevées permettant d'accueillir davantage d'E/S dans des empreintes compactes
● Inductance réduite pour des vitesses électriques plus rapides
● Résilience aux contraintes mécaniques dues à la dilatation thermique
● Capacité pour un nombre de broches plus élevé atteignant des milliers
● Adapté aux boîtiers de circuits intégrés avancés tels que les processeurs
Cependant, l'assemblage des BGA pose des défis que l'on ne rencontre pas avec les composants SMT standard :
● L'alignement précis des billes de soudure sur les plages du PCB est essentiel
● Accès d'inspection visuelle limité sous l'emballage
● Un faible espace entre les billes de soudure risque de provoquer des courts-circuits
● L'assemblage à haute température peut endommager la grille à billes
● La reprise est très difficile après la fixation
L'assemblage des BGA nécessite des équipements et des procédés de précision de pointe, spécifiquement conçus pour relever les défis liés aux matrices de billes denses. Cependant, les avantages offerts par les BGA continuent de favoriser leur adoption croissante dans tous les secteurs.
Notre usine a développé des capacités spécialisées pour assembler des BGA, notamment :
● Impression de pochoirs avancée avec inspection optique 3D
● Pick-and-place avec alignement optique divisé de précision
● Fours à refusion par convection à profil optimisé
● Inspection par rayons X haute résolution et tomodensitométrie 2D/3D
● Tests de balayage des limites pour les appareils conditionnés
● Options de revêtement conforme pour éviter les barbes d'étain
Ainsi, que vos conceptions nécessitent 100 ou 10,000 XNUMX boîtiers à grille à billes, nous utilisons des processus et une expertise de pointe pour fournir un assemblage BGA sans défaut et à haut rendement, adapté à vos exigences techniques et à vos volumes de production.
Les assemblages SMT, THT, hybrides et BGA offrent chacun des avantages spécifiques qui les rendent adaptés à des applications particulières en fonction de facteurs tels que les quantités, les sélections de composants, la complexité du produit, les objectifs de qualité et les environnements de production.
Entre-temps, nous disposons d'une équipe expérimentée qui peut évaluer vos besoins d'assemblage de produits et recommander le processus idéal pour livrer des cartes de haute qualité dans les délais et dans le respect du budget.
Assemblage de circuits imprimés mixtes (CMS, THT et mixtes)
Maintenant que nous avons couvert en détail les principales techniques d'assemblage de circuits imprimés, il est utile de comparer directement les approches de montage en surface (SMT), de montage traversant (THT) et de technologie mixte pour comprendre leurs avantages et applications respectifs.
Commençons par explorer une comparaison de haut niveau entre l’assemblage SMT et THT :
SMT contre THT
Pensez élégance. Pensez modernité. C'est la technologie CMS. Comme son nom l'indique, la technologie CMS consiste à placer des composants directement sur la surface d'un circuit imprimé. Cette méthode permet une densité élevée de composants et, comme les composants peuvent être montés des deux côtés de la carte, il n'est pas surprenant qu'elle soit la méthode de choix pour la plupart des appareils électroniques modernes.
Si la technologie CMS était une nouveauté, la technologie THT est une technologie de pointe. Elle consiste à insérer les broches des composants dans des trous percés dans le circuit imprimé, puis à les souder de l'autre côté. Cette technique, qui a dominé la fabrication électronique pendant des décennies, offre robustesse et fiabilité.
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SMT Assembly
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Assemblage THT
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Les composants ont des fils/pastilles en bas
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Les composants ont des fils insérés dans des trous
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Pick-and-place automatisé
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Insertion manuelle par les techniciens
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Composants de petite taille
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Prend en charge des composants plus grands
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Densité de composants plus élevée
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Densité de composants inférieure
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Soudage par refusion
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Soudage à la vague
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Investissement initial plus élevé
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Coûts de démarrage réduits
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Vitesse d'assemblage plus rapide
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Taux de production inférieur
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Idéal pour la fabrication de PCBA en grand volume
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Convient à la fabrication de PCBA à faible et moyen volume
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Refonte plus difficile
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Reprise plus facile
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La technologie CMS a révolutionné l'assemblage et la fabrication électroniques, permettant une production automatisée en éliminant l'insertion manuelle des composants. Les machines de placement et le procédé de refusion ont apporté rapidité, précision et qualité à l'assemblage en grande série. Ils ont élargi les possibilités de miniaturisation.
Cependant, la CMS présente des inconvénients notables, comme des coûts de démarrage élevés et des difficultés lors de la reprise des pièces défectueuses sur des cartes denses. Cela rend la CMS encore préférable pour les prototypes rapides ou les petites quantités, où l'assemblage manuel présente des avantages. La CMS prend également en charge les types de composants non adaptés à la CMS, comme les connecteurs ou les transformateurs volumineux.
Assemblage mixte vs SMT vs THT
Mais que faire si vous souhaitez le meilleur des deux mondes ? C'est l'assemblage mixte. Cette méthode combine les avantages du CMS et du THT. Un scénario typique consiste à utiliser le CMS pour la plupart des composants, tandis que le THT est réservé aux composants nécessitant un ancrage robuste, comme les connecteurs ou les gros condensateurs.
Comparons maintenant l'assemblage à technologie mixte, qui combine les procédés SMT et THT :
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Technologie mixte
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SMT et THT séparément
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Processus unifié unique
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Lignes SMT et THT séparées
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Investissement moindre en équipement
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Équipements SMT et THT dupliqués
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Défauts de soudure potentiels
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Processus optimisé pour chaque
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Optimisation compromise
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Qualité maximale sur chaque ligne
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Complexité technique
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Des processus individuels plus simples
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L'assemblage simultané de composants CMS et THT permet de réduire les coûts d'investissement en limitant les redondances d'équipement. Cependant, l'intégration des deux procédés de brasage en une seule passe entraîne souvent des défauts de pontage et d'autres anomalies. Cela induit un recours à des inspections et des retouches approfondies pour garantir la qualité.
Des lignes distinctes, optimisées spécifiquement pour le CMS et le THT, offrent un contrôle, une qualité et un rendement optimaux pour chaque type de technologie. Cela nécessite certes des investissements supplémentaires en équipements de duplication, mais permet une optimisation indépendante et des processus simplifiés, centrés sur une technique d'assemblage unique.
Très bien, vous trouverez ci-dessous un tableau résumant les principales différences entre les processus d'assemblage SMT, THT et mixte :
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Type d'assemblage
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SMT
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THT
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Mixte
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Style de composant
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Montage en surface
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À travers le trou
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Le
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MATERIEL
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Machine pick-and-place
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Fers à souder, soudure à la vague
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Nécessite les deux
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Automatisation
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Entièrement automatisé
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Manuel
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Partiel
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Vitesse
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Très rapide
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Lent
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Modérée
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Coût
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Coûts de démarrage et de production élevés
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Faibles coûts de démarrage et de production
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Équilibré
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Taux de défauts
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Coût en adjuvantation plus élevé.
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Meilleure performance du béton
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Le plus élevé
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Adéquation du volume
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Haute
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Faible/Moyen
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Moyen-élevé
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En résumé, la technique d'assemblage choisie a un impact considérable sur la qualité, les coûts et les capacités de production. Le CMS favorise la production automatisée en grande série. Le THT permet une production plus faible avec flexibilité. La technologie mixte établit un équilibre entre les deux, tout en augmentant les risques liés aux processus.
Assemblage de circuits imprimés manuel ou automatisé
Lors du lancement d'un projet d'assemblage de circuits imprimés, une décision cruciale est de choisir entre des procédés de fabrication manuels ou automatisés. Chaque approche présente des avantages et des limites spécifiques, en fonction de facteurs tels que les volumes de production, les exigences de qualité, les coûts et la complexité technique. Examinons ces différences clés.
— Assemblage manuel de circuits imprimés
L'assemblage manuel implique des techniciens qualifiés utilisant microscopes, pinces et fers à souder pour placer et fixer méticuleusement les composants sur les circuits imprimés. Il offre une grande flexibilité lors du prototypage, même lorsque des modifications de conception sont encore en cours.
Les ingénieurs peuvent modifier l'emplacement des composants ou échanger des pièces sans reprogrammation importante, contrairement aux équipements automatisés. Pour les productions en faible volume, l'assemblage manuel permet de réduire les coûts de démarrage grâce à un équipement minimal. Cependant, il compromet inévitablement la rapidité. Le remplissage manuel des cartes est fastidieux et chronophage, ce qui rend les méthodes manuelles inadaptées aux productions moyennes ou élevées.
Les techniciens doivent suivre une formation approfondie pour maîtriser le processus délicat de positionnement et de soudure de précision des composants. Cependant, la faillibilité humaine implique inévitablement des incohérences et des erreurs. Chaque carte produite manuellement ne sera pas identique.
Si l'inspection de chaque carte peut atténuer ce problème, la multiplication des étapes de contrôle qualité impacte le rendement. Les coûts de main-d'œuvre à grande échelle s'accumulent également rapidement. Pourtant, pour l'assemblage de cartes très complexes ou en faible quantité, les techniciens expérimentés restent maîtres de la situation.
— Assemblage automatisé de circuits imprimés
En revanche, l'assemblage automatisé utilise des équipements robotisés de pointe pour placer et souder les composants. Les machines de placement programmées remplissent les cartes avec une précision infiniment plus rapide qu'il n'est humainement possible. Pour la production en grande série, l'automatisation permet d'atteindre une régularité et des vitesses inégalées avec un minimum d'erreurs.
Mais au préalable, les machines nécessitent une programmation préalable approfondie, basée sur la conception de la carte, pour définir les routines de placement. Cela manque de flexibilité, car toute modification ultérieure des composants ou de la configuration implique une reprogrammation des lignes.
Si l'inspection et les tests optiques automatisés détectent la plupart des défauts, les systèmes manquent de discernement humain pour repérer les anomalies subtiles. Les retouches s'avèrent également difficiles, car les techniciens ne peuvent pas simplement modifier les joints individuellement. La correction des problèmes nécessite de retirer la carte de la chaîne de production et de reprogrammer le système ou d'effectuer des retouches manuelles.
Les coûts fixes des équipements automatisés et de la programmation ne se justifient qu'une fois amortis sur des milliers de cartes. L'automatisation permet une production 24 heures sur 24, sans surveillance, mais la réduction des coûts de main-d'œuvre se traduit par des coûts d'investissement plus élevés.
Les petites entreprises peuvent trouver intimidant d'investir des sommes considérables dans des systèmes de prélèvement et de placement propriétaires, rien que pour se lancer. En revanche, les grands fabricants d'équipement d'origine (FEO) produisant en grande série comptent sur l'automatisation pour rester compétitifs.
Vous trouverez ci-dessous un tableau comparatif résumant les principales différences entre l'assemblage manuel et automatisé de circuits imprimés :
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Facteur
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Assemblage manuel
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Assemblage automatisé
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Coût
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Coûts de démarrage inférieurs, coûts de main-d'œuvre plus élevés
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Investissement initial plus élevé
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Vitesse
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Processus très lent et fastidieux
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Extrêmement rapide, sans surveillance
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Changement/Flexibilité
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Modifications de conception facilement prises en compte
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Nécessite une reprogrammation des lignes pour chaque changement
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Exigences de main d'œuvre
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Des techniciens hautement qualifiés
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Des effectifs réduits et des programmeurs qualifiés
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Qualité
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Sujet aux erreurs humaines et aux incohérences
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Haute cohérence et précision
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Adéquation du volume
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Idéal pour les prototypes et les petites quantités
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Optimisé pour la production de masse
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Contrôle de processus
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Meilleure capacité à détecter les défauts subtils grâce à l'inspection
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Cela dépend davantage de la programmation et de la vision artificielle
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Récupération des pannes
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Reprise plus facile des joints de soudure
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Reprogrammation difficile uniquement pour les réparations
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En substance, les techniques manuelles favorisent la complexité des faibles volumes, tandis que l'automatisation favorise la cohérence des volumes élevés. Les ingénieurs avisés tireront le meilleur parti des deux mondes en combinant processus manuels et automatisés pour une flexibilité, une qualité et une maîtrise des coûts optimales.
L'objectif est de trouver l'équilibre idéal entre efficacité de l'automatisation et techniques manuelles pour un produit spécifique. Forte de son expertise dans toutes les méthodes d'assemblage, notre équipe expérimentée est prête à vous aider à identifier les solutions idéales pour votre application spécifique.
Assemblage de circuits imprimés à faible, moyen et grand volume
Les volumes d'assemblage de circuits imprimés varient considérablement selon les secteurs et les applications. Optimiser les processus pour la fabrication de 1,000 XNUMX cartes par mois implique des considérations très différentes de celles pour la fabrication d'un million de cartes par an. Examinons les différences entre les facteurs d'assemblage pour les productions à faible, moyenne et grande série.
PCBA à faible volume
À l'entrée de gamme, les volumes inférieurs à 1,000 XNUMX planches par mois constituent un assemblage à faible volume. Dans ce cas, les techniques manuelles flexibles sont généralement les plus pratiques et les plus rentables. Les coûts fixes d'équipements spécialisés ne se justifient que par des quantités massives.
Pour les faibles volumes, des techniciens qualifiés peuvent placer et souder méticuleusement les composants à la main, sans recourir à des luxes comme l'inspection optique automatisée. Les coûts de démarrage minimes rendent l'assemblage manuel accessible aux petites entreprises. Les cycles d'assemblage plus courts sont également plus faciles à planifier lorsque la capacité n'est pas saturée sur les lignes automatisées fixes.
L'inconvénient est une productivité réduite, des coûts de main-d'œuvre plus élevés et des écarts de qualité potentiels. Pourtant, cette approche pratique permet aux ingénieurs d'ajuster les conceptions ou de personnaliser les fabrications. Grâce à l'attention portée au contrôle qualité et au tri, les méthodes manuelles offrent un rendement élevé pour les assemblages complexes en faible volume.
PCBA à volume moyen
Au niveau intermédiaire, des volumes compris entre 1,000 10,000 et XNUMX XNUMX cartes par mois témoignent des gains liés à une automatisation modérée. La production est suffisamment importante pour potentiellement rentabiliser les investissements dans des machines de placement simples ou le soudage sélectif.
Cela complète les activités manuelles pour optimiser la productivité des tâches répétitives tout en préservant la flexibilité des éléments personnalisés. L'équilibre entre l'efficacité de l'automatisation et la supervision et les retouches manuelles permet une progression économique vers des quantités intermédiaires.
Les tests et les inspections restent des mesures de protection essentielles face à l'augmentation des volumes. La combinaison de techniques automatisées et manuelles offre une transition évolutive avant de passer à des lignes à haut volume entièrement automatisées.
PCBA à volume élevé
Enfin, les volumes dépassant 10,000 XNUMX cartes par mois nécessitent des lignes d'assemblage dédiées à haut volume. Dans ce cas, le rendement astronomique des systèmes de pick-and-place avancés et des modules de soudage rapide s'avère payant.
Grâce à des coûts fixes importants budgétisés en amont, l'automatisation optimise la cohérence et la qualité à des coûts bien inférieurs à ceux de l'assemblage manuel. La fabrication de circuits imprimés en grande série repose sur ces techniques sophistiquées et de haute précision pour rester compétitive à l'échelle mondiale.
Les installations hautement automatisées fonctionnent presque 24 heures sur 24, faisant tourner les moteurs hors-bord. Cependant, avec une surveillance manuelle limitée, des tests et des inspections rigoureux en ligne doivent détecter tout défaut occasionnel. L'automatisation à haut volume sacrifie la flexibilité pratique au profit de vitesses et d'économies d'échelle inégalées.
Voici un tableau qui résume la manière dont les considérations de base diffèrent selon le volume d'assemblage de circuits imprimés :
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Facteur
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Volume bas
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Volume moyen
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Volume élevé
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quantités
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<1,000 XNUMX planches/mois
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1,000 10,000 à XNUMX XNUMX planches/mois
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>10,000 XNUMX planches/mois
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Considérations de coûts
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Coûts de démarrage minimisés
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Investissements équilibrés
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Automatisation maximale
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Exigences de main d'œuvre
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Supérieur, manuel
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Modéré, mixte
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Bas, axé sur la programmation
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Démarche Qualité
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Axé sur l'inspection
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Automatisation accrue et inspection
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Tests en ligne automatisés
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Type d'assemblage
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Manuel
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Manuel + automatisation modérée
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Lignes automatisées dédiées
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Environnement de production
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Flexible
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Semi-fixe
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Production de masse continue
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Passage
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Révisions fréquentes prises en compte
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Une certaine flexibilité demeure
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Routines automatisées fixes
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Il est crucial d'identifier les volumes justifiant les transitions entre techniques manuelles, semi-automatisées et à haut volume. La recherche des intersections optimales optimise la qualité et la maîtrise des coûts tout au long du développement.
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Terminologie relative à la fabrication de PCB et de PCBA
Enfin, j'ai rassemblé quelques termes liés aux PCB et au processus d'assemblage des PCB pour une meilleure compréhension :
Bague annulaire
La bague annulaire désigne la zone de cuivre exposée entourant un trou métallisé sur un circuit imprimé. Elle fournit la surface sur laquelle la soudure peut adhérer pour former une connexion fiable entre le corps du PTH et la pastille ou le plan de la couche externe. Une largeur de bague annulaire suffisante est nécessaire pour garantir une résistance adéquate du joint de soudure.
RDC
La vérification des règles de conception (DRC) est une étape essentielle de la conception de circuits imprimés. Elle analyse la disposition de la carte par rapport à une liste prédéfinie de contraintes liées à l'espacement, aux jeux, à la taille des pastilles, etc. Toute violation est signalée aux concepteurs afin qu'ils puissent la corriger. Cela permet d'éviter d'éventuels problèmes de fabricabilité en aval.
Coup de foret
Un trou de perçage désigne l'endroit où un foret percera un trou dans le substrat du circuit imprimé pendant la fabrication. Les trous de perçage représentent l'emplacement des vias ou des pastilles traversantes où seront insérées les broches des composants.
Doigt
Un doigt désigne une saillie longue et fine s'étendant depuis une pastille, une piste ou une zone de coulée. Il permet d'augmenter la surface de contact disponible pour la soudure ou le montage de composants. Les doigts optimisent l'adhérence mécanique et la connectivité électrique.
Morsures de souris
Les « morsures de souris » sont de petits espaces volontairement aménagés dans les éléments en cuivre d'un circuit imprimé pour empêcher la soudure de s'écouler. Ces « morsures » limitent l'écoulement de la soudure, évitant ainsi les courts-circuits entre des pistes ou des pastilles rapprochées lors de l'assemblage.
Tampon
Un pad est une zone conductrice (généralement en cuivre) sur la surface du circuit imprimé où sont soudés les fils ou les broches des composants. Les pads se connectent aux pistes de la couche interne, permettant ainsi la connectivité électrique.
Webinars
Un panneau désigne une carte plus grande dans laquelle sont découpés des circuits imprimés individuels. La fabrication de cartes identiques selon un agencement en panneau améliore l'efficacité de fabrication. Les cartes sont ensuite dépanélisées.
Coller le pochoir
Un pochoir à pâte est une fine feuille de métal découpée au laser dont les ouvertures correspondent aux pastilles de soudure du circuit imprimé. Lors de l'assemblage, il dépose la pâte à souder avec précision sur les pastilles avant le placement des composants.
Pick and Place
Les machines de prélèvement et de placement sélectionnent automatiquement les composants et les placent avec précision sur leurs pastilles sur un circuit imprimé. Cela automatise le remplissage des cartes en vue du soudage.
avion
Un plan est une zone continue de cuivre servant de référence à faible impédance dans un circuit. Les plans fournissent de vastes réseaux de masse ou d'alimentation, améliorant ainsi les performances électriques.
Trou traversant plaqué (PTH)
Les PTH sont des trous à parois conductrices permettant les connexions entre les couches d'un circuit imprimé multicouche. Le placage autocatalytique dépose du cuivre pour faciliter l'insertion des composants.
Broche Pogo
Les broches Pogo sont des broches à ressort utilisées pour établir des connexions électriques temporaires fiables, par exemple pour connecter des équipements informatiques aux cartes lors des tests. Les broches se compriment au contact.
soudage par refusion
Le brasage par refusion utilise un chauffage minuté pour faire fondre les dépôts de pâte à braser, formant ainsi des joints électriques fiables entre les pastilles et les broches des composants. Il s'agit du procédé de brasage principal dans l'assemblage CMS.
Pâte à braser
La pâte à braser contient des particules d'alliage de soudure en suspension mélangées à du flux. Elle est imprimée sur des pastilles, assurant une adhérence temporaire des composants avant le brasage par refusion permanent.
Pourquoi PCBasic est un fabricant fiable d'assemblages de circuits imprimés
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