Assemblage de cartes de circuits imprimés pour automates programmables : Comment sont fabriquées et testées les cartes de contrôle industrielles fiables

Table des Matières

1. Un automate programmable n'est pas un circuit imprimé classique : composants du contrôleur

2. Pourquoi l'assemblage de circuits imprimés pour automates programmables est-il différent du processus d'assemblage de circuits imprimés classique ?

3. De l'analyse DFM à l'assemblage de circuits imprimés PLC SMT/THT

4. Comment tester l'assemblage d'une carte de circuit imprimé d'automate programmable (PLC) autrement que par inspection visuelle ?

5. Du prototype à la production en série : Cohérence des cartes électroniques PLC

6. Conclusion

7. FAQ

---

Pour traiter correctement de nombreux signaux dans les usines de fabrication modernes, l'électronique doit fonctionner de manière fiable. Un automate programmable industriel (API) reçoit les signaux des capteurs, traite le programme logique et envoie des commandes aux machines-outils, variateurs, vannes et autres dispositifs. Les API remplissent donc de multiples fonctions de contrôle, et leur électronique doit être fiable.

 

Par conséquent, l'assemblage de circuits imprimés pour automates programmables ne se limite pas à la simple pose des composants sur le circuit imprimé ; il implique de gérer des aspects tels que les signaux mixtes, le bruit industriel, la chaleur, la fiabilité des connexions, l'approvisionnement en composants et les tests.

 

Cet article explique Ce document explique comment l'assemblage d'une carte de circuit imprimé pour automate programmable transforme une carte de circuit imprimé classique en une carte de contrôle industrielle fiable. Il explique également en quoi l'assemblage d'une carte de contrôle pour automate programmable diffère d'un processus d'assemblage de carte de circuit imprimé classique.

 

 PLC n'est pas Juste un PCB : Composants du contrôleur

 

APautomate programmable (automate) est un contrôleur industriel qui exécute La logique programmée interagit avec d'autres équipements de l'usine. Les automates programmables modernes peuvent avoir une architecture centralisée ou distribuée avec des interfaces pour les E/S, les communications et autres. appareils de terrain.

 

De nombreux types de cartes de contrôle PLC peuvent être installés dans un système PLC : certaines d'entre elles manipuler Processeur et fonctions logiqueset certains d'entre eux le feront manipuler Entrées/sorties, communications, alimentation électrique et connexions de terrain.

 

Cartes de contrôle CPU et logique

 

La section CPU est responsable de l'exécution du programme de contrôle et de la coordination des opérations de l'automate programmable. Mai il comprend un microcontrôleur, un microprocesseur, des unités de mémoire, des circuits d'horloge, des régulateurs de tension, une interface de communication et d'autres éléments de protection.

 

Le choix des composants est un facteur déterminant pour la vitesse et la fiabilité des opérations. Les ingénieurs doivent tenir compte de la température de fonctionnement et de la mémoire. endurance et conservation des données, disponibilité du processeur, EMC exigenceset la consommation d'énergie.

 

Une carte de circuit imprimé pour automate programmable (PLC) doit présenter une architecture d'alimentation fiable. Les fluctuations de tension et le bruit sur les rails d'alimentation du processeur peuvent engendrer un comportement imprévisible. Par conséquent, la conception et la fabrication de la carte doivent accorder une attention particulière au filtrage, au découplage, à la mise à la terre, au séquencement de l'alimentation et à d'autres aspects similaires.

 

Cartes d'E/S et de communication

 

cartes d'E/S fournir l'interface entre le contrôleur et l'environnement. Ces circuits peuvent gérer les entrées numériques. et sorties, signaux analogiques, capteur incommandes, ou commandes d'actionneur. Les cartes de communication gèrent la communication réseau : les automates programmables modernes peuvent utiliser des protocoles Ethernet industriels tels que PROFINET et EtherCAT.

Ainsi, une carte de circuit imprimé PLC avec des interfaces de communication à haut débit peut nécessiter un contrôle d'impédance spécial, un positionnement précis des connecteurs, une isolation, un filtrage et une protection contre les transitoires électriques.

 

Cartes d'alimentation, de relais et d'interface

 

Les systèmes de contrôle industriels nécessitent des composants électroniques basse tension pour gérer les interfaces de champ à haute énergie. Des éléments tels que des relais, des borniers, des optocoupleurs, des dispositifs d'isolation, des fusibles, des protections contre les surtensions et des convertisseurs de puissance peuvent être intégrés sur une même carte de circuit imprimé.

 

L'un des défis de l'assemblage des cartes de commande PLC est que l'électronique basse tension doit fonctionner de manière fiable aux côtés d'interfaces de terrain exposées à des tensions plus élevées, à des charges commutables et à des transitoires électriques.

 

Pourquoi l'assemblage de circuits imprimés pour automates programmables est-il différent du processus d'assemblage de circuits imprimés classique ?

 

Une clé La différence entre l'assemblage de cartes de circuits imprimés pour automates programmables et les cartes de circuits imprimés classiques réside dans le rapport entre les performances électriques et l'environnement. de nombreuses Les cartes électroniques grand public fonctionnent dans des environnements contrôlés, une carte PLC souvent doit fonctionner pendant des années dans des environnements où la température, les vibrations, les interférences électromagnétiques et les transitoires électriques sont présents. Mai se produire.

 

Par conséquent, les processus d'assemblage des cartes de circuits imprimés pour le contrôle industriel et l'automatisation industrielle nécessitent de la rigueur dans les étapes de conception et de fabrication.

 

Circuits mixtes d'alimentation, numériques et analogiques

 

Une carte d'automate programmable peut comprendre des circuits de traitement, des sorties de commutation, des entrées analogiques, des interfaces de communication et de l'électronique de puissance. Chacun de ces circuits présente ses propres problèmes électriques : les circuits de commutation génèrent du bruit ; les entrées analogiques nécessitent une tension de référence stable et un chemin de retour bien contrôlé.

 

Une vaste gamme de composants de tailles et de technologies

 

Une carte PCBA d'automate programmable courante peut inclure des circuits intégrés à pas fin, de petits composants passifs, des connecteurs, des relais, des transformateurs, des borniers et des composants traversants. Souvent, cela implique la nécessité d'utiliser à la fois l'assemblage de circuits imprimés SMT et à travers le trou PCB Assemblée avec des composants, des procédés d'assemblage, des contrôles et des profils thermiques différents.

 

La norme IPC-A-610J définit les critères d'acceptabilité visuelle des assemblages électroniques. La norme J-STD-001J traite des exigences et des contrôles de processus relatifs aux assemblages électriques et électroniques soudés.

 

La fiabilité doit résister aux épreuves d'un environnement industriel.

 

La fiabilité commence avant même que le premier composant n'atteigne la chaîne de montage. Les concepteurs doivent prendre en compte les lignes de fuite et les distances d'isolement, la gestion thermique, la rétention des connecteurs, les contraintes mécaniques, la réduction de la puissance nominale des composants, la protection contre les décharges électrostatiques et les performances en matière de compatibilité électromagnétique.

 

Lors de l'assemblage de circuits imprimés à haute fiabilité, le processus de fabrication doit rester coïncider avec la conception exigences: tout défaut de soudures, une mauvaise connexion des connecteurs, ou non approuvé Le remplacement de composants peut entraîner une panne sur le terrain des automates programmables. conçu pour un fonctionnement de longue durée.

 

De l'analyse DFM à l'assemblage de circuits imprimés PLC SMT/THT

 

La réussite de la fabrication de circuits imprimés pour automates programmables commence par une analyse technique, et non par l'équipement d'assemblage. Cela permet de détecter et de corriger les problèmes. tôt au stade de la conception, qui peut réduire les modifications coûteuses ultérieures en production.

 

Revue de préproduction : Risques liés à la DFM, à la DFA et à la BOM

 

Lors des revues DFM et DFA, la conception du PCB est analysée : disposition de la carte, empreintes des composants, dégagements, panélisation, orientation d’assemblage, ouvertures du masque de soudure et accès aux tests.

 

La nomenclature des matériaux est tout aussi importante. (nomenclature)Des composants à long délai de livraison, des pièces obsolètes, le risque de contrefaçon, des composants spécifiques au fabricant ou des substitutions d'emballage peuvent perturber la production.

 

Lors de l'assemblage de la carte de commande PLC, les ingénieurs doivent identifier les composants qui influencent directement les fonctions critiques ou l'intégrité du signal. Un composant de substitution Mai s'adapter à la même empreinte, mais il se peut affecter les performances électriques.

 

Impression, placement et refusion SMT

 

Commun Assemblage CMS Cela commence par l'impression de la pâte à braser. Un alignement précis du pochoir et un volume de pâte contrôlé sont très importants, notamment pour les processeurs à pas fin et les petits composants passifs.

 

Ensuite, la machine de placement place les composants conformément aux fichiers d'assemblage. Un placement précis est essentiel : placement excessif Un décalage peut entraîner des circuits ouverts, des courts-circuits ou des soudures de mauvaise qualité.

 

L'étape suivante consiste en la refusion, qui utilise un profil thermique contrôlé. Ce profil doit être adapté aux propriétés de la pâte à braser, à la construction du circuit imprimé, à la composition des composants et à l'inertie thermique.

 

L'assemblage des circuits imprimés des automates programmables nécessite souvent un profil thermique soigneusement choisi pour assurer un chauffage uniforme et prévenir les défauts de soudure et les contraintes sur les composants.

 

Procédés traversants et autres procédés secondaires

 

Certains connecteurs de grande taille, relais, transformateurs, borniers et autres composants mécaniquement complexes peuvent être assemblés grâce à la technologie traversante. Selon la conception, les fabricants peuvent utiliser des techniques telles que le brasage sélectif, le brasage à la vague ou l'assemblage manuel.

 

Nettoyage et application d'un revêtement conforme si nécessaire

 

Résidus de flux et autres contaminants peut affecter les performances électriques ou la fiabilité à long terme s'ils ne le sont pas correctement contrôlé lors de l'assemblage. Par conséquent, le procédé de nettoyage doit être choisi en fonction de la technique de soudage, des spécifications des composants, de l'environnement et des exigences du client.

 

Dans certaines applications industrielles, un vernis de protection est utilisé pour protéger les circuits imprimés contre l'humidité, la poussière et autres agressions environnementales. Ce vernis doit compléter, et non remplacer, la conception du circuit imprimé et le contrôle des procédés.

 

Comment tester l'assemblage d'une carte de circuit imprimé d'automate programmable (PLC) autrement que par inspection visuelle ?

 

L'inspection visuelle n'est que la première étape des tests d'assemblage de cartes de circuits imprimés pour automates programmables. La réussite des tests nécessite de multiples techniques d'inspection et de vérification électrique. L'objectif est de s'assurer que la carte PCBA de l'automate programmable n'ait pas seulement une apparence correcte, mais qu'elle fonctionne également correctement : elle lit les signaux, les traite et contrôle les sorties.

 

SPI, AOI, rayons X : Détection de différents défauts d'assemblage

 

L'inspection de la pâte à braser (SPI) vérifie le volume et le positionnement de la pâte à braser avant la mise en place des composants. Elle détecte les quantités insuffisantes ou excessives de pâte, ainsi que les décalages d'impression. L'AOI vérifie la présence, l'orientation, l'emplacement et les joints de soudure visibles des composants. L'inspection aux rayons X permet de visualiser les joints de soudure cachés sous les boîtiers, là où l'inspection optique est impossible.

 

La norme IPC-A-610 définit les exigences d'acceptabilité visuelle des assemblages électroniques. Selon l'IPC, les critères d'inspection par rayons X ne relèvent pas de la norme IPC-A-610, mais des recommandations relatives à l'inspection par rayons X sont fournies dans la norme J-STD-001. Ensemble, ces techniques permettent une couverture d'inspection plus large des assemblages de circuits imprimés pour l'automatisation industrielle.

 

ICT ou sonde volante pour la vérification électrique

 

L'inspection ne suffit pas à vérifier les performances électriques. Les essais en circuit (ICT) vérifient les performances électriques à accessible Le test par sonde volante permet de détecter les circuits ouverts, les courts-circuits, les valeurs de composants incorrectes et autres défauts d'assemblage. Plus flexible, cette technique est particulièrement adaptée aux prototypes et aux petites séries, car elle ne nécessite pas de bancs de test dédiés. Le choix de la méthode dépend du volume de production, de la complexité du circuit imprimé, de la couverture de test et de l'étape de conception.

 

Tests fonctionnels : simulation du traitement du signal PLC

 

Les tests fonctionnels sont l'étape où l'assemblage des cartes de contrôle PLC va au-delà de la simple vérification de production. Les systèmes de test peuvent envoyer des signaux d'exemple à la carte et tester ses performances. Par exemple, une entrée numérique peut recevoir un Signal ON/OFF, et le canal analogique peut être testé avec le niveau de tension ou de courant spécifié. L'équipement de test doit donc permettre d'évaluer les performances de la carte en matière de traitement du signal.

 

Les tests fonctionnels permettent de simuler les chemins de signaux pertinents et les fonctions de contrôle de la carte :

 

Entrée du signal → conditionnement du signal → traitement → commande de sortie → mesure du signal.

 

Elle fournit une vérification fonctionnelle que l'inspection visuelle seule ne peut pas apporter.

 

Du prototype à la production en série : Cohérence des cartes électroniques PLC

 

Choisir le bon partenaire pour l'assemblage de cartes électroniques de systèmes PLC ne se résume pas à comparer les prix des services d'assemblage. Les clients industriels doivent avoir la certitude que leurs cartes électroniques PLC resteront cohérentes tout au long de leur cycle de vie : prototypage, essais pilotes et production en série.

 

Prototype, pilote et production : des préoccupations différentes

 

Lors du prototypage, l'objectif est de détecter et de résoudre rapidement les problèmes de conception tout en vérifiant les performances du circuit. Lors du pilotage productionL'accent est alors mis sur la stabilité du processus. DFM résultats Les procédures de test, les instructions de montage et l'approvisionnement en composants doivent être soigneusement contrôlés. Au stade de la production de masse, les objectifs sont la répétabilité, le rendement, le débit, la traçabilité et le coût.

 

Cycle de vie des composants et composants alternatifs approuvés

 

Les produits industriels ont souvent des cycles de vie relativement longs. Par conséquent, un processeur ou tout autre composant disponible au moment de la conception peut devenir obsolète au cours du cycle de vie du produit. En conséquence, une entreprise d'assemblage de circuits imprimés pour automates programmables doit gérer les données des composants contrôlés et , composants alternatifs.

 

Traçabilité et contrôle des changements

 

La traçabilité devient essentielle lorsqu'il s'agit d'un même assemblage de cartes de circuits imprimés de contrôle industriel. unique est utilisé dans plusieurs lots de production. Cela peut inclure la révision du circuit imprimé, la révision de la nomenclature, les numéros de lot des composants, la date d'assemblage, les données de la machine et du processus, les résultats d'inspection, les résultats des tests et l'identification de l'opérateur ou de l'équipement. Le contrôle des changements contribue à maintenir cette constance: composant substitutionsLes modifications de pochoirs, les mises à jour de micrologiciels ou les changements de processus doivent être effectués conformément à une procédure approuvée et documentés.

 

Importance de Havoir un Réligible Ppartenaire pour les circuits imprimés PLC Aassemblage

 

L'assemblage complet des cartes de circuits imprimés pour automates programmables industriels (API) nécessite l'intégration de l'ingénierie, de l'approvisionnement, de la production, du contrôle et des tests. Un fournisseur compétent en assemblage de cartes de circuits imprimés pour API peut proposer les services suivants :

 

1) Examen DFM/DFA avant la production

 

2) Production CMS/traversante

 

3) Approvisionnement en composants industriels

 

4) Inspection SPI/AOI

 

5) Inspection aux rayons X (si nécessaire)

 

6) Tests ICT/sonde volante

 

7) PLC PCBA fonctional vers les tests

 

8) Revêtement conforme (si nécessaire)

 

9) Traçabilité de la production

 

10) Nomenclature et gestion des révisions

 

Conclusion : Un assemblage fiable de circuits imprimés pour automates programmables commence avant l’assemblage final.

 

L'assemblage d'une carte de circuit imprimé pour automate programmable (PLC) ne se limite pas à la fixation des composants sur la carte. Les cartes de circuit imprimé pour automates programmables (PLC) sont souvent utilisés dans des conditions industrielles difficiles, ils peut avoir besoin de résister aux perturbations électriques, aux variations de température, aux vibrations et au fonctionnement continu.

 

Par conséquent, la fiabilité doit être prise en compte tout au long du processus de fabrication, depuis une analyse détaillée de la conception du circuit imprimé de l'automate programmable et de ses composants avant la fabrication, jusqu'aux connexions CMS et traversantes appropriées. Assemblée, inspection et tests électriques et fonctionnels.

 

Pour les fabricants de contrôleurs PLC ou d'autres équipements d'automatisation industrielle, un support de fabrication adéquat est très important. PCBasique soutient les projets, de la construction de prototypes à la production en série, y compris la revue technique, l'approvisionnement en composants, la fabrication de circuits imprimés, l'assemblage, les tests et la gestion de la production.

 

Enfin, la fiabilité des cartes de circuits imprimés pour automates programmables dépend d'une planification, d'une fabrication et de tests appropriés.

 

FAQ

 

Q1: Organisateur Ce que is PLC PCB aassemblage?

 

A1: Carte de circuit imprimé PLC aL'assemblage est le processus d'assemblage des composants électroniques sur des cartes de circuits imprimés utilisées à l'intérieur des automates programmables.

 

Q2: Organisateur Ce que composantes can be fOund ona PLC control btableau ?

 

A2: Une carte de contrôle PLC peut comporter des processeurs, de la mémoire,appareils y, régulateurs de tension, puces de communication, connecteurs, relais, composants d'isolation, composants de protection, circuits analogiques et circuits d'E/S numériques.

 

Q3: Pourquoi les circuits imprimés PLC aassemblage usession bSMT et THT ?

 

A3: Une carte PLC peut comporter des composants de petite taille et à haute densité, ainsi que des composants mécaniquement complexes comme des borniers, des connecteurs, des relais et des transformateurs.