Procédés de fabrication et d'assemblage de PCB et la manière dont le soudage à la vague s’intègre

August 20, 2019 Altium Designer

Puzzle with missing pieces

En grandissant, j’avais parfois l’impression d’être un gosse de l'armée. Mon père était dans l'armée de l'air, et non dans l'armée régulière, et nous n'avons déménagé que quelques fois. Pourtant, chaque fois que nous avons déménagé dans une nouvelle ville, je faisais face aux mêmes défis. Essayer de m'intégrer dans un nouvel environnement constitué de nouvelles personnes.

Du point de vue de la conception du PCB, essayer d'en apprendre davantage sur la fabrication et l'assemblage des PCB et sur le rôle que jouent certains procédés peut être similaire. Il est avantageux lors de notre conception et développement d'appliquer de bonnes pratiques de conception pour la fabrication (DFM) de nos cartes afin d'assurer leur fiabilité. Par conséquent, il est important de savoir où et comment le processus de fabrication peut être affecté.

Bien que la fabrication des PCB s’effectue selon des étapes clairement définies, il existe des techniques et matériaux alternatives qui peuvent être et sont appliqués par différents fabricants. La méthode de soudage utilisée pour fixer vos composants est l'un de ces procédés. La plus connu et la plus utilisé au fil des ans est le soudage à la vague, qui présente un certain nombre d’avantages et d’inconvénients. Jetons un coup d'oeil aux processus de fabrication et d'assemblage des PCB et voyons comment vous pouvez concevoir votre carte de manière à ce que le soudage à la vague puisse s'y adapter facilement.

Procédé de fabrication de PCB

L'objectif de la fabrication de circuits imprimés est de convertir la conception de votre logiciel en un dispositif utilisable, le PCB, qui contient les composants et la connectivité définis. La fabrication est le premier procédé ici. Au cours de ce processus, la carte est préparée afin que vos composants y soient fixés. Chaque étape s'appuie sur la précédente pour créer un PCB qui contient toutes les pistes, les trous de perçage, les pastilles de composants et toutes images supplémentaires, telles que les logos ou le texte.

La première étape du processus de fabrication du PCB consiste à mettre en forme une image de la structure. Cette image doit être  identique à celle que vous avez créée dans le logiciel et peut être imprimée sur la carte ou sur une image superposée. L'étape suivante consiste à graver la couche interne. Au cours de cette étape, l'excès de cuivre est retiré des couches internes du panneau, de sorte qu'il ne reste que les pistes de cuivre.

L'étape suivante consiste à ajouter toutes les couches qui constitueront la carte : c’est l'empilage. A ce stade, le PCB a été construit avec toutes les couches internes. L'étape suivante consiste au perçage des trous, dont les vias et les trous de montage. Une fois cette étape terminée, la gravure de la couche externe est effectuée, ce qui laisse des pistes de cuivre sur la couche de surface. Avec les trous percés, le revêtement métallique peut être fait pour les vias.

Vient ensuite le masquage de la soudure, ceci permet de couvrir toutes les zones de la carte sur lesquelles la soudure ne doit pas être appliquée. L'étape de la sérigraphie est celle où les symboles, les indicateurs de la broche 1, les logos et d’autres images sont ajoutés. Enfin, la carte est nettoyée et tous les débris sont balayés. Une couche protectrice est également ajoutée pour la protection : c’est l'étape de finition du processus de fabrication des PCB. À ce stade, la fondation sur laquelle vos composants seront fixés, par soudage, est prête.

 
PCB being manufactured on a CNC machine

Savoir comment optimiser votre processus de fabrication vous permettra d'avoir une vision plus claire des objectifs finaux de votre produit.

Processus d'assemblage de PCB

Une fois fabriquée, votre carte est prête à recevoir les composants. Chaque étape du processus d'assemblage sert à la fixation de vos composants sur le PCB. La méthode efficace de fixation des composants est le soudage. Ceci est valable aussi bien pour les composants pour montage à trous traversants que pour les composants pour montage en surface (CMS).

La méthode de soudage utilisée pour les composants d’un montage à trous traversants ou d’un montage en surface (CMS) est généralement différente. Le processus d'assemblage peut varier légèrement en fonction des composants de votre conception ; cependant, le processus global peut généralement être défini par un ensemble spécifique d'étapes. La première chose à faire sur la carte fabriquée est d'appliquer une première couche de soudage. Si votre conception les inclut, les CMS sont placés de manière à ce qu'ils soient connectés aux pastilles appropriées. Pour sécuriser les CMS, la refusion de la soudure s’effectue là où la soudure est chauffée dans un four pour former des connexions.

A ce stade, les connexions sont inspectées pour assurer une bonne connectivité. Si nécessaire, des retouches, qui peuvent comprendre le soudage manuel ou le repositionnement des composants, sont effectuées. Ensuite, les composants d’un montage à trous traversant sont montés, si votre conception les inclut. Pour fixer les composants d’un montage à trous traversants, une forme de soudage à la vague peut être réalisée ; telle est son application la plus avantageuse.

Il peut s'agir d'un soudage à la vague sur toute la carte, si votre conception comporte tous les composants à trous traversants et qu’ils suffisamment espacés ou d'un soudage à la vague sélectif lorsqu'une pulvérisation en jet dirigé est utilisée pour appliquer la soudure. Une fois de plus, une inspection des connexions des composants est effectuée. Tout excès de débris ou autres contaminants potentiels sont éliminés par lavage et les cartes sont séparées en unités individuelles.

La place du soudage à la vague

Le soudage à la vague est la première méthode automatisée permettant de bien fixer les composants sur des PCB. Au fil des ans, cette méthode a été adoptée afin de s’adapter à l'évolution des types et tailles de composants. Aujourd'hui, le soudage à la vague rivalise avec d'autres méthodes qui ont principalement été mise au point pour améliorer la précision de l'application de la soudure. En fonction du choix de vos composants dans la structure de votre carte, le soudage à la vague pourrait être la meilleure technique à appliquer pour l'assemblage de votre PCB.

Le soudage à la vague présente les avantages suivants :

  • Vitesse - comme tous les composants d'une zone donnée sont soudés en même temps, cette méthode est plus rapide que celle nécessitant une soudure de chaque pastille.

  • Montage de composants à trous traversants - conçu pour souder simultanément plusieurs composants à trous traversants.

et les inconvénients suivants :

  • Manque de précision - des ponts de soudure peuvent se former entre les pastilles rapprochées nécessitant une reprise.

  • Utilisation des ressources - nécessite plus de soudure, de flux et d'énergie que d'autres processus.

Pour résoudre ces problèmes, le soudage sélectif à la vague a été mis au point et consiste à appliquer le soudage par pulvérisation à jet pour fournir une application ciblée. Ceci permet d'appliquer le soudage à la vague là où la précision est requise.

 

last piece of the puzzle

S’intégrer

Comme pour toutes les conceptions de PCB, les principes d’une  conception pour la fabrication (DFM) doivent être appliqués. Il peut s'agir notamment de faciliter l'application du soudage à la vague de manière à ce qu'il puisse s'intégrer dans la fabrication du circuit imprimé de votre carte.

La fabrication et l'assemblage de circuits imprimés sont destinés à créer une plate-forme et à y monter vos composants de manière à ce que votre conception fonctionne comme prévu. Avec vos choix de composants et leur type, un bon pack progiciel de conception de circuits imprimés comme Altium et un bon outil de création, vous disposez de tous les outils nécessaires pour faciliter l'application du soudage à la vague qui permet de bien fixer vos composants.  

 Pour plus d'informations sur les avantages et les inconvénients du soudage à la vague ou d'autres méthodes et sur comment concevoir votre circuit imprimé, contacter un expert en conception de PCB chez Altium.

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