Processus de prototypage de circuits imprimés

Lorsque nous découvrons des produits industriels et grand public, nous nous demandons souvent d'où ils viennent. Chaque carte électronique PCB/PCBA est issue d'un prototype de PCB.

Prototype PCB fait référence à une carte PCB/PCBA qui a été fabriquée par un fabricant de prototypes de PCB expérimenté en petit lot dans le seul but de tester et de garantir que tout fonctionne parfaitement avant de passer au processus de production de masse.

Dans cet article, nous vous guidons et vous montrons les étapes et les processus par lesquels un PCB passera pendant les étapes de prototypage et de fabrication d'assemblage du PCB.

Conception d'une carte prototype

Lors de la conception d'un circuit imprimé pour le prototypage, il est important de suivre quelques étapes pour garantir le bon déroulement de la procédure. Le circuit imprimé prototype doit comporter plusieurs vias pour faciliter le débogage et la détection des problèmes. Ceci est particulièrement utile pour les composants de type BGA et autres composants sans broches accessibles en surface. Lors de la phase de prototypage, des tests peuvent être nécessaires pour garantir le bon fonctionnement de la carte. Pouvoir accéder à plusieurs broches normalement inaccessibles via des « trous de test » est une fonctionnalité de conception très utile.

Quelques conseils pour concevoir un bon PCB pour le prototypage :

• 1. Validez la mise en page et le schéma avant de soumettre les fichiers au fabricant de PCB.
• 2. Exécutez des simulations à l’aide d’un logiciel de CAO PCB pour détecter rapidement tout problème éventuel.
• 3. Assurez-vous que la conception du composant suit les recommandations et la fiche de référence du fabricant.
• 4. Essayez toujours de réduire la taille du PCB pour réduire les coûts.
• 5. Confirmez que les dimensions et la hauteur correspondent aux besoins du prototype de PCB.

Pour le prototype de circuit imprimé, l'ingénieur doit envisager la possibilité de tester et de garantir la qualité et le fonctionnement de la conception le plus rapidement possible. Cela permettrait d'économiser beaucoup de temps et d'argent en évitant la fabrication de plusieurs versions d'un même prototype de circuit imprimé.

Fichiers requis pour la carte prototype PCB

Afin de produire un prototype entièrement fonctionnel, le fabricant de prototypes de circuits imprimés devra préparer plusieurs fichiers à l'avance. Ces fichiers comprendront :

• 1. Fichiers Gerber – nécessaires à la production d'une carte PCB
• 2. Fichiers d'instructions de perçage
• 3. Nomenclature (BOM) si le PCBA est une exigence
• 4. Instructions de test pour l'assurance qualité

La plupart des fournisseurs de services de prototypage de circuits imprimés demanderont également des instructions plus détaillées telles que :

• 1. Taille et dimensions de la carte requises pour la fabrication
• 2. Épaisseur de la planche requise pour la production
• 3. Dimensions des trous à percer
• 4. Couleur du PCB (PCB sérigraphié)
• 5. Traçage, finition de surface, traçage, etc…

Même si tous ces détails sont inconnus du client, le fournisseur de fabrication de prototypes de circuits imprimés les examinera manuellement et appliquera les dimensions demandées en fonction de la conception originale de Gerber.

Une fois que tous les fichiers et informations ci-dessus sont prêts, l’installation PCB peut passer à l’étape suivante.

Production de la carte de prototypage PCB

La production de prototypes de circuits imprimés ne diffère pas de la production en série. Le principal critère à prendre en compte est le prix de fabrication d'un petit lot de prototypes de circuits imprimés, généralement plus élevé que celui de la production en série.

Lors de la production d'un prototype, le délai d'attente est généralement compris entre 24 et 72 heures. Selon la taille du circuit imprimé, sa complexité et la couleur de la sérigraphie, un délai supplémentaire peut être nécessaire pour traiter la commande.

Pour les prototypes de circuits imprimés, il est généralement recommandé de commander entre 5 et 10 pièces, en raison du risque d'erreur. Commander une petite quantité au départ permet d'éviter le gaspillage de matériaux, de composants, de cartes prototypes et, surtout, de temps sur un circuit imprimé plus avancé.

Commande de composants pour un prototype d'assemblage de PCB

Un prototype de PCB comprend les mêmes composants que la production en série, mais leur conditionnement diffère souvent. Lors de la production en série, les composants sont placés dans des machines CMS capables d'assembler automatiquement des centaines de milliers de cartes par heure, réduisant ainsi le temps, la main-d'œuvre et, surtout, les coûts. Cependant, lors de la phase de prototypage de PCB, la configuration d'une machine CMS est plus longue que l'assemblage manuel de deux ou trois prototypes de PCB.

La commande de composants pour le prototypage PCBA implique généralement plusieurs étapes :

• 1. Rechercher les composants en ligne.
• 2. Évitez les appareils contrefaits en achetant auprès d’un fournisseur de confiance.
• 3. Confirmer la possibilité de placer une petite quantité minimale de commande (MOQ).
• 4. Valider que les composants sont en stock et disponibles à l'achat.

Les composants de prototypage PCB sont souvent livrés en petits lots de 50 à 100 pièces pour les composants fréquemment utilisés tels que les résistances, les condensateurs, les transistors, etc., et de 5 à 10 pièces pour les circuits intégrés plus coûteux. Ces petits lots ne peuvent pas être placés dans une machine CMS en raison de leur emballage et de leur forme. Alors que la production de masse est livrée en rouleaux prêts à être placés dans les machines CMS, les composants de prototypage PCBA sont souvent livrés dans de petits sacs plastiques.

Lors de la commande de composants pour le prototype de circuit imprimé, il est important d'être particulièrement vigilant afin d'éviter l'achat de contrefaçons. Ces appareils peu fiables pourraient causer de graves dommages. Lors des tests de contrôle qualité, certains défauts de production pourraient facilement être confondus avec un circuit imprimé.PCBA des problèmes liés à la conception alors qu'en réalité, c'est la faute du composant contrefait.

Il est toujours recommandé d’acheter auprès de fournisseurs et de sources de confiance, non seulement pendant la phase de prototypage du PCB, mais jusqu’à la production en série.

Prototypage PCBA

En matière d'assemblage de circuits imprimés, le choix du prototype ou de la production en série fait toute la différence. Pour la production en série, des équipements CMS coûteux permettent d'accélérer le processus de fabrication des circuits imprimés. Cependant, le prototypage de circuits imprimés implique souvent l'assemblage manuel des pièces par un ingénieur expérimenté.

Lors de la phase de prototypage, l'ingénieur doit prêter attention aux détails suivants :

• 1. Coller suffisamment de pâte à souder sur le PCB.
• 2. S’assurer que les composants sont orientés dans la bonne direction.
• 3. Utilisez suffisamment de chaleur pour garantir que les composants adhèrent au PCB.
• 4. Si vous utilisez un pistolet thermique, évitez tout contact étroit pour réduire le risque de brûlure des composants.
• 5. S’assurer que les composants de la bonne valeur sont placés aux bons endroits.

Selon le nombre de composants et la taille du circuit imprimé, l'assemblage du prototype peut prendre de quelques minutes à quelques heures. Un ingénieur qualifié sélectionne et place manuellement chaque composant, en le positionnant dans le bon sens afin d'éviter tout dysfonctionnement.

Une autre méthode unique de prototypage PCBA est la méthode de placement de la pâte à souder, où la pâte à souder est collée manuellement sur chaque carte.

Test de qualité des prototypes de PCB

Une fois la fabrication terminée, chaque prototype de PCB est testé indépendamment. Les tests de qualité sont souvent effectués selon des procédures standard, telles que :

• 1. S'assurer que la carte ne présente pas de courts-circuits.
• 2. Confirmer qu’il y a suffisamment de pâte à souder pour tous les composants.
• 3. Inspection visuelle pour détecter d’éventuels défauts ou fissures qui pourraient endommager la fonctionnalité de la carte, etc.

Certains tests sont exécutés selon les exigences spécifiques des clients. Ces tests peuvent inclure l'exécution d'un firmware, la validation du fonctionnement, le test des conditions de fonctionnement et de la température de la carte, etc. Les prototypes de circuits imprimés nécessitent de nombreux tests pour garantir que les défauts ne passent pas inaperçus jusqu'à la production en série.

Les fabricants recommandent souvent d'effectuer des tests sur plusieurs semaines, voire plusieurs mois, afin de garantir la cohérence et la stabilité du logiciel sur une longue période.

Conclusion et résumé

Voici quelques points à retenir de ce que nous avons appris dans l’article d’aujourd’hui :

• 1. Les prototypes de PCB ne sont pas très différents de ceux produits en série.
• 2. Le plus grand facteur de différenciation est la quantité et le prix.
• 3. Assemblage de prototype de PCB assemblé manuellement par des ingénieurs qualifiés.
• 4. Les concepteurs de prototypes de PCB peuvent ajuster les conceptions de PCB pour faciliter le processus de test.

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