Processus d’assemblage de circuits électroniques

À l’origine, tous les circuits électroniques étaient assemblés à la main à l’aide d’un fer à souder. Au fur et à mesure des progrès technologiques, les composants sont devenus plus petits et plus difficiles à assembler à la main, et le nombre de composants pouvant tenir sur une seule carte a augmenté. C’est ainsi qu’est né le besoin d’assemblage automatique de circuits imprimés.

Chez FADESA INGENIEROS, nous faisons bien plus que le prototype électronique de votre dispositif. Nous sommes en mesure de concevoir et d’assembler des circuits électroniques. Nous disposons d’un service d’assemblage SMD qui permet l’assemblage de circuits imprimés sur mesure pour nos clients.

Le système d’assemblage automatisé de circuits électroniques

Avant d’entrer dans le vif du sujet, il s’agit d’une approximation pour tenter d’approcher le concept d’assemblage de circuits électroniques, il peut y avoir des variantes et des méthodologies différentes, en fonction des besoins de la carte électronique, de l’appareil et des machines disponibles pour réaliser l’assemblage électronique.

La ligne de fabrication de prototypes de systèmes électroniques montés en surface sur descartes de circuits imprimés(PCB) comprend : un équipement de sérigraphie pour la pâte adhésive et la pâte à braser ; un équipement pour l’auto-approvisionnement, le positionnement et le couplage des composants et un four de refusion pour le processus de soudure sans plomb.

Système de sérigraphie pour l’assemblage de circuits électroniques

Ce système complexe, comme son nom l’indique, est responsable de la sérigraphie des PCB.

Dans ce premier processus d’assemblage des circuits électroniques, on trouve les caractéristiques techniques minimales du système de sérigraphie, qui peuvent varier en fonction de différents facteurs. Normalement, on trouve des systèmes qui ont une base magnétique réglable, un positionnement de la base sur trois axes dans un plan horizontal (x,y,θ) et de la base dans un axe vertical (z), avec une hauteur réglable pour s’adapter à différentes épaisseurs de PCB, un système de vide pour maintenir le PCB pendant la séparation du pochoir (Stencil), une double tête de spatule articulée avec réglage indépendant de la force d’impression, la course de la tête de spatule est également réglable en fonction de la taille de l’impression, possède une double spatule métallique de 300 mm pour l’impression de pochoirs à pas fin, une vitesse d’impression sélectionnable de 10 mm / s à 100 mm / s et une vitesse de séparation verticale du pochoir du circuit imprimé parallèle et réglable : 0.5 mm/s à 12 mm/s, un serrage mécanique du circuit imprimé, pour manipuler les circuits imprimés définit une taille minimale ≤ 50 mm x 60 mm x 0,5 mm et une taille maximale : ≥ 410 mm x 395 mm x 5 mm, ont généralement un système de vision avec caméra double couleur et deux pointeurs laser pour l’alignement avec le gabarit, la plage d’alignement dans l’axe x, y ≥ ± 6 mm et dans θ ≥ ± 2,5 º, la précision d’impression ≤ ± 20 microns à 3 σ. Ces caractéristiques peuvent varier en fonction de la machine à utiliser.

Système adhésif pour l’assemblage de circuits électroniques

Cette machine est hautement recommandée dans le processus d’assemblage des circuits électroniques. Cette machine est chargée de placer la pâte adhésive là où elle est nécessaire pour la mise en place ultérieure des composants. En fonction de la machine utilisée, elle présente également certaines caractéristiques et exigences dans le processus.

Système « Pick and Place » pour l’assemblage de circuits électroniques

Le système Pick&Place est chargé de prélever les composants et de les placer à l’endroit préalablement défini. Comme nous l’avons mentionné au début de ce billet, avec les progrès technologiques, les composants sont de plus en plus petits, ce qui rend difficile leur assemblage à la main. Ce service d’assemblage automatique de circuits électroniques augmente la précision de l’assemblage des composants sur les cartes électroniques et se distingue par sa rapidité.

Comme toutes les machines, les caractéristiques techniques minimales du système de prise et de dépose dépendent du type de machine. Ces caractéristiques techniques dépendent de plusieurs facteurs :

En fonction du nombre de chargeurs, ils sont généralement dotés de chargeurs intelligents avec reconnaissance automatique de la position et de l’état de la machine, ce qui permet également de définir la gamme de tailles de composants traités. D’autres disposent également d’un plateau pour les composants individuels.

Pour fonctionner automatiquement, les machines sont dotées d’un système de vision descendante pour la recherche et la reconnaissance automatiques de repères dans le processus d’alignement, ainsi que d’un système d’alignement laser sur le trajet des composants entre le chargeur et le circuit imprimé, et d’un système de vision ascendante pour l’inspection des composants avant leur positionnement.

Le montage magnétique universel pour circuits imprimés permet également la programmation hors ligne. Il dispose d’un logiciel d’interface pour la conversion des données des programmes de CAO (Layout) en fichiers de positionnement, la possibilité de vérifier et de corriger le programme sans placer les composants sur le circuit imprimé (débogage virtuel) et, enfin, d’un PC intégré dans l’équipement pour le contrôle et le logiciel ainsi que pour le changement automatique d’outil.

Four de soudure dans l’assemblage de circuits électroniques

Afin de ne pas rendre ce billet trop long, nous allons résumer la fonction de ce processus. Ce four sert essentiellement à cuire la pâte à braser afin que les composants soient complètement fixés au circuit imprimé. En fait, les machines utilisées pour ce processus n’ont pas beaucoup de mystère.

Soudure dans l’assemblage de circuits électroniques

Lorsque nous parlons de soudure en ingénierie électronique, nous entendons une jonction électrique qui conduit un signal et de l’énergie à travers deux points de contact. La soudure est une liaison mécanique durable entre les points de contact du composant électronique et ceux de la carte de circuit imprimé. Cette soudure est très résistante aux conditions environnementales agressives telles que les vibrations, les chocs, les changements de température, etc.

Cette liaison mécanique ou soudure dans les circuits électroniques n’est possible que si l’on utilise le bon matériau. Dans ce cas, le matériau intermétallique utilisé doit être suffisant pour le collage.

La quantité de matériau intermétallique et la résistance mécanique sont liées. Il existe une limite minimale de matériau intermétallique en dessous de laquelle il n’y a pas de liaison. En outre, il existe également une limite au-dessus de laquelle la résistance est maximale et, à mesure que la quantité de matériau augmente, la résistance devient de plus en plus faible.

Il est donc très important que les machines à souder produisent la quantité correcte de matériau intermétallique pour obtenir un bon joint. Ces machines doivent pouvoir atteindre la température nécessaire à la formation d’un bon joint.

Différences entre le brasage à la vague et le brasage sélectif

Nous commencerons par le soudage à la vague. Dans le soudage à la vague, lorsque vous soudez les composants qui traversent le circuit imprimé, tels que les connecteurs, les blindages, les douilles…, bien que ceux-ci aient une vitesse plus élevée dans le processus que dans le soudage sélectif, il se produit ce qui suit :

• La température ne peut pas être choisie et tous les joints sont produits à la même température, quelle que soit la masse thermique du joint.
• Le soudage s’effectue au contact de l’air et produit donc de l’oxyde de soudure. Celui-ci peut être recouvert de cires et de matériaux équivalents, mais il continue à contaminer la soudure. Une façon d’éviter cela est d’encapsuler la chambre avec de l’azote, mais cela nécessite une consommation élevée par rapport au brasage sélectif.
• Le coût de l’énergie thermique est très élevé, car une grande quantité d’énergie thermique est nécessaire pour maintenir en fusion la grande quantité de soudure stockée dans la soudure à la vague.
• Pour souder les composants d’un côté, il est nécessaire de les baigner dans la soudure en fusion, ce qui peut les endommager. Pour résoudre ce problème, il est possible d’appliquer des masques de protection sur le circuit, mais cela revient beaucoup plus cher.

D’autre part, le brasage sélectif présente certains avantages par rapport au brasage à la vague :

• La buse de brasage est programmable et les vitesses peuvent être ajustées en fonction de la taille et de la masse thermique requise par les composants.
• Il n’y a pas d’oxydation de la soudure car elle n’est pas en contact avec l’air et n’a pas besoin d’azote pour l’éviter.
• Moins d’énergie thermique est nécessaire car le volume de soudage est moins important.
• Les composants situés du côté opposé à celui qui est soudé ne sont pas exposés à la surchauffe et nous évitons de devoir les protéger.

Ce qui précède se réfère au brasage sélectif séquentiel et à une seule buse, mais nous avons l’option du brasage sélectif à haute production où plusieurs buses travaillent simultanément. Ces buses se voient attribuer un groupe de broches de chaque composant et un pochoir unique est créé pour chaque circuit imprimé.