Le processus de placement est un facteur déterminant majeur du rendement de production et de la fiabilité des produits dans la fabrication en technologie de montage en surface (SMT). Malgré l’utilisation d’équipements de pose automatisée de haute technologie et de systèmes de contrôle des procédés, il existe inévitablement de petites variations de placement qui peuvent contribuer à des problèmes de soudure, à des variations d’assemblage et à des défaillances sur le terrain.
Le placement ne consiste pas seulement à disposer des composants sur un circuit imprimé. Il a un impact direct sur la formation des joints de soudure, les caractéristiques thermiques, la capacité d’inspection et la répartition des contraintes mécaniques sur la carte. Ces effets sont encore plus marqués avec les conceptions à haute densité, et le placement est un élément intégral de la Conception pour la Fabrication (DFM).
Placement des composants et rendement SMT
Le rendement SMT est le pourcentage de cartes de production qui ne sont pas défectueuses. Celui-ci est influencé par le placement des composants, car il affecte la précision de l’alignement des composants avec la pâte à braser et les pastilles du PCB pendant le refusionnement.
S’il est mal placé, même si ce n’est qu’un tout petit peu, cela peut entraîner quelques problèmes :
Ponts de soudure entre pastilles adjacentes
Soulèvement de petits composants passifs
Joints de soudure ouverts ou faibles
Soudures ouvertes ou faibles
Le désalignement ou le mauvais alignement des composants
Mouillage de soudure insuffisant
Ceci est particulièrement vrai pour les composants à pas fin, où un léger décalage de positionnement peut avoir un impact majeur sur les taux de défauts, comme observé dans l’industrie.
Une attention particulière doit également être portée à l’espacement des composants pour le rendement. Des implantations trop serrées rendent la soudure plus difficile, augmentent les risques de pontage et rendentinspection optique automatiséeplus difficile. De plus, un mauvais espacement peut provoquer des ombres thermiques pendant la refusion, entraînant un chauffage inégal et des joints de soudure instables.
Précision de placement et effets thermiques
L’implantation des composants et la répartition du cuivre autour des composants peuvent avoir un impact significatif sur le comportement thermique pendant la refusion. Des forces de mouillage de brasure inégales peuvent en résulter si un composant chauffe plus rapidement d’un côté que de l’autre.
L’une des raisons les plus fréquentes du phénomène de « tombstoning » est ce déséquilibre, en particulier dans les très petits composants passifs, comme les boîtiers 0201 ou 01005. L’asymétrie thermique devient plus complexe à mesure que la taille des composants diminue et que le nombre de pièces par carte augmente.
Cela peut être atténué en veillant à ce que les stratégies de placement soient :
Équilibrage des zones de cuivre autour des pastilles
Prévention des flux de chaleur déséquilibrés
Garantir l’uniformité des règles de conception des pastilles
Il est possible de séparer des composants ayant des masses thermiques différentes.
Ces mesures contribueront à établir un chauffage uniforme et une formation plus stable des joints de soudure.
Stabilité du processus de placement et d’assemblage
La stabilité duProcessus d’assemblage SMTest également influencée par l’orientation et la disposition des composants. Les machines régulièrement orientées sont plus efficaces et l’inspection est moins complexe.
Si les composants ne sont pas orientés et/ou mal regroupés :
Les machines de pose et de dépose ont un nombre plus élevé d’étapes de rotation
La programmation de l'AOI devient plus complexe
Temps d'inspection augmenté
Plus susceptible de commettre des erreurs humaines
La précision du positionnement dépend également fortement des variables de procédé, telles que l’état des feeders, les performances des buses et le calibrage de la machine. Même de légères déviations mécaniques lors du positionnement peuvent entraîner un déplacement des composants ou un désalignement angulaire.
Les recherches sur le comportement du procédé SMT révèlent que la variation de placement est effectivement une cause importante de défauts d’assemblage, en particulier dans la production à grande vitesse.
Placement et fiabilité à long terme
En plus du rendement de fabrication, le placement des composants a un impact significatif sur les performances d’un produit tout au long de son cycle de vie.
Fiabilité thermique
Si les composants générateurs de chaleur ne sont pas placés correctement, ils peuvent provoquer des points chauds localisés. Ce phénomène s’accélère avec le temps :
Fatigue de soudure
Vieillissement des semi-conducteurs
Dégradation du condensateur
Gauchissement de PCB
La séparation des sources thermiques et l’optimisation des trajectoires d’écoulement de l’air réduisent la température de fonctionnement et prolongent la durée de vie du produit. Les études de répartition thermique révèlent que la durabilité d’un joint de soudure soumis à un stress à long terme est directement liée à la répartition thermique.
Fiabilité mécanique
De plus, la répartition des contraintes mécaniques sur l’ensemble du PCB dépend de l’implantation des composants. Les composants situés près :
Bords de la planche
Trous de montage
Connecteurs
Zones de dépannelisation
Sont plus susceptibles aux dommages causés par les vibrations et la flexion.
Les grands condensateurs céramiques etBoîtiers BGAsont très sensibles et leur positionnement peut provoquer la fissuration de la soudure ou une défaillance intermittente avec le temps.
Performances électriques
Cependant, l’implantation a également un impact sur l’intégrité du signal. Si les composants à haute vitesse ne sont pas positionnés correctement ou s’ils ne sont pas couplés à des condensateurs, il peut être possible d’augmenter :
bruit EMI
Diaphonie
Réflexion du signal
Rebond de masse
Dans les circuits électroniques, les fréquences ont été augmentées dans les technologies modernes, de sorte qu’un placement optimisé est crucial pour assurer les performances stables des circuits.
Meilleures pratiques pour un placement optimisé
Les concepteurs de circuits imprimés respectent généralement un certain nombre de règles importantes afin d’améliorer le rendement et la fiabilité de l’assemblage SMT :
Conserver une séparation correcte des composants
Veillez à ce que les composants soient orientés de manière cohérente.
La répartition thermique doit être équilibrée sur l’ensemble du PCB.
Ne placez pas les parties sensibles près des bords de la carte
Isoler les équipements générant de la chaleur des équipements sensibles.
Veillez à ce que les condensateurs de découplage soient placés aussi près que possible des broches d’alimentation du circuit intégré.
Créer des agencements permettant l’accès à l’AOI et la retouche
Ces pratiques réduisent les défauts d’assemblage, augmentent l’efficacité des inspections et améliorent la fiabilité à long terme des produits.
Le placement des composants est l’un des éléments fondamentaux, influençant directement le rendement SMT et la fiabilité à long terme du produit. Un placement correct permet une bonne formation des joints de soudure, réduit l’effet « tombstoning » et le pontage, assure un meilleur équilibre thermique pendant la refusion et une stabilité des performances électriques dans les circuits à haute vitesse. À l’inverse, si les produits ne sont pas placés correctement, des variations de fabrication peuvent apparaître, les taux de retouche peuvent augmenter et des défaillances mécaniques ou thermiques peuvent survenir lors de l’utilisation du produit. Avec la réduction continue de la taille des PCB et l’augmentation de la complexité de leurs structures, l’optimisation de l’implantation des composants est devenue un moyen indispensable pour garantir une production SMT stable et de haute qualité.
À mesure que la demande de conception de circuits imprimés à haute densité augmente et que les tolérances de fabrication deviennent de plus en plus strictes, il est important de sélectionner un partenaire de fabrication fiable afin de garantir des performances SMT constantes. PCBCart est une entreprise professionnelle d’assemblage et de fabrication de circuits imprimés, et nous avons pour points forts la fabricabilité, le contrôle des processus et l’assurance qualité. Que vous réalisiez une revue DFM, un assemblage SMT de précision ou une inspection, PCBCart peut vous aider à réduire le risque de problèmes de placement dès les premières étapes du processus de production, vous permettant ainsi d’atteindre des rendements et une fiabilité plus élevés.
Que vous conceviez un nouveau produit ou apportiez des améliorations à un design existant, une revue de fabrication peut aider à minimiser vos risques et coûts de production. N’hésitez pas à demander un devis à PCBCart pour tout projet afin de vous aider à déterminer si la conception de votre PCB est prête pour la production, si elle offrira une haute fiabilité SMT et des performances stables à long terme.
Ressources utiles
•Éléments influençant la qualité du brasage SMT et mesures d’amélioration
•Mesures de contrôle des procédés pour éliminer les défauts dans l’assemblage SMT
•Conseils de conception de circuits imprimés pour mieux tirer parti des capacités d’assemblage de PCBCart et réduire les coûts
•Considérations de conception thermique des circuits imprimés
