Avant de commencer le processus de prototypage de circuits imprimés, assurez-vous que le prototypage correspond bien à vos besoins. Bien qu’il soit bénéfique pour de nombreux projets, il n’est pas nécessaire pour tous les types. Si vous décidez de créer un prototype, vous aurez besoin de quelques informations de base sur votre projet pour commencer.
Décider si vous avez besoin d’un prototype
Les prototypes sont idéaux lorsque vous souhaitez tester votre conception ou effectuer un contrôle de qualité de votre carte.
Vous devriez utiliser un prototype chaque fois que vous utilisez un nouveau design pour un nouveau projet. Si vous avez déjà produit avec succès un produit électronique avec cette carte, vous n’aurez peut-être pas besoin de prototype. En revanche, si vous apportez des modifications au design ou créez un tout nouveau design de PCB ou un nouveau produit, vous devriez commander un prototype.
Grâce à notre service de prototypage rapide, nous pouvons fabriquer des cartes de test comportant au maximum huit couches et fournir des cartes de qualité standard IPC1 utilisant un matériau RF-4 standard. Pour les prototypes, nous pouvons exécuter des commandes de 5 à 100 pièces et proposer un délai de fabrication dequatre à cinq jours ouvrables.
Une fois que vous avez approuvé votre prototype, vous pouvez commander une production complète de cartes avec davantage de couches et différents matériaux, en plus grandes quantités.
Préparation du processus de prototypage
Pour soumettre votre conception pour le prototypage ou pour obtenir un devis pour des services de prototypage de circuits imprimés (PCB), vous devrez préparer certaines informations concernant votre conception. En général, plus vous fournissez de détails, mieux c’est — cela vous aidera à obtenir les résultats souhaités. Voici quelques informations que vous devriez inclure :
• Le nombre de couches dont vous avez besoin
• Épaisseur de la planche
• Dimensions de la planche
• Épaisseur et poids du cuivre
• Traçage et espacement minimaux
• Taille minimale du trou
• Anneau annulaire minimal
• Finition de surface
• Soldermask et couleur
• Légende de sérigraphie et couleur
• Fichier de perçage NC Excellon
• Liste d’outils du fichier de perçage
Vous pouvez soumettre vos fichiers de conception à l’aide de différents logiciels. Nous convertirons le fichier au format Gerber RS-274X, qui est le type de fichier optimal. Si nous convertissons votre fichier en RS-247X, veillez à inclure les couches Gerber positives, un fichier de perçage NC Excellon, une liste des outils de perçage ainsi que les informations concernant les ouvertures, le vernis épargne et la sérigraphie.
Une fois que vous savez ce dont vous avez besoin de vos prototypes et que vous avez rassemblé les informations nécessaires, vous pouvez commencer le processus de prototypage. Une entreprise de PCB expérimentée peut vous fournir un accompagnement tout au long de ce processus. Choisissez une entreprise qui offreservice client réactifet des ressources utiles pour que le processus se déroule le plus harmonieusement possible.
Travailler avec un partenaire qui fournit des solutions clés en main complètes peut aider à simplifier le processus, puisque vous évitez d’avoir à communiquer avec plusieurs entreprises.
1. Conception
La première étape dans la réalisation d’un prototype de PCB consiste à le concevoir. Comme mentionné précédemment, vous pouvez utiliser l’un des nombreux logiciels de conception de PCB pour créer votre design. Assurez-vous simplement de nous indiquer la version que vous avez utilisée dans vos notes ou vos fichiers de conception.
2. Conception schématique
La conception schématique décrit des informations cruciales que les fabricants et les ingénieurs utiliseront pendant le processus de production. Elle inclut des informations sur les matériaux, les composants et le matériel utilisés lors de la production et détermine la fonction de la carte, ses caractéristiques et l’implantation des composants. Certains aspects cruciaux de cette phase sont le choix de la bonne taille de panneau et de la grille.
Ce schéma fait partie de la phase initiale de conception. Une fois que le concepteur a terminé le premier schéma, il effectue une vérification préliminaire des défauts potentiels et corrige ceux qui apparaissent. Vous pouvez ensuite lancer des simulations à l’aide d’un outil spécialisé de conception de PCB afin de vous assurer que la carte fonctionne correctement et qu’il s’agit d’un contrôle de conception plus approfondi. Le concepteur convertit ensuite la conception électronique en ce que l’on appelle une netlist, qui décrit l’interconnectivité des composants inclus.
Il est utile d’exécuter régulièrement des vérifications des règles de conception tout au long du processus de conception plutôt que seulement à la fin. Cette approche vous permet de corriger les problèmes au fur et à mesure, ce qui rend le processus de conception plus efficace.
3. Nomenclature des matériaux
Vous aurez également besoin decréer une nomenclatureou nomenclature (BOM). Il s’agit d’une liste de tous les composants et matériaux dont vous avez besoin pour la production, ainsi que de leurs caractéristiques. Si vous comptez sur un fabricant pour s’approvisionner en pièces, c’est le document qu’il utilisera pour s’assurer d’obtenir les bonnes.
La nomenclature (BOM) comprend des informations essentielles pour chaque composant, notamment :
• Quantité : Le nombre de composants requis.
• Désignations de référence : Codes utilisés pour identifier les pièces individuelles.
• Valeur : Les spécifications de chaque composant décrites dans les unités appropriées, telles que les ohms ou les farads.
• Empreinte : L’emplacement de chaque composant sur la carte.
• Numéro de pièce du fabricant : Le numéro de pièce utilisé par le fabricant du composant.
Une fois la nomenclature et le schéma terminés, un ingénieur en routage et un ingénieur composants vérifieront le document et rassembleront les pièces nécessaires. L’ingénieur composants est responsable de sélectionner les composants qui fonctionneront pour la conception et respecteront les exigences de coût et de taille du client.
4. Conception du routage
Vous devez ensuite concevoir le routage, au moyen de pistes, que vous utiliserez pour connecter chaque élément du PCB. Divers facteurs entrent en jeu dans la planification du routage, notamment les niveaux de puissance, la génération de bruit de signal et la sensibilité au bruit.
La plupart des logiciels de conception de circuits imprimés utilisent la netlist que vous avez déjà élaborée pour planifier le routage. Beaucoup de ces programmes peuvent calculer automatiquement les trajets optimaux en fonction du nombre de couches disponibles et d’autres facteurs. Ce processus peut prendre un certain temps — en particulier pour les circuits imprimés de grande taille ou ceux comportant de nombreux composants.
5. Vérifications
Vous devriez vérifier régulièrement votre conception tout au long du processus afin de détecter tout problème de fonctionnalité, mais avant de passer à la phase de fabrication, effectuez un dernier examen complet pour évaluer chaque aspect de votre conception et en déceler les problèmes potentiels.
Les problèmes courants à surveiller incluent les problèmes thermiques tels que les points chauds. Votre conception doit maintenir la carte à une température uniforme. Certains éléments de conception, tels que la présence de chemins thermiques, des épaisseurs de cuivre variables, une grande taille de PCB et le nombre de couches du PCB, peuvent contribuer à l’apparition de points chauds et de températures non homogènes.
En plus d’un contrôle thermique, vous devez effectuer une vérification des règles de conception, une vérification de la correspondance schéma‑implantation (LVS), une vérification des règles électriques (ERC) et un contrôle d’antenne. De nombreux fabricants réalisent également d’autres évaluations pour une assurance qualité supplémentaire.
Après avoir terminé vos vérifications, vous pouvez envoyer vos conceptions pour les étapes suivantes, qui, ensemble, constituent le processus de fabrication.
6. Création du film photo
En utilisant le design que vous avez fourni, les professionnels de PCBCart créent d’abord un film photo du circuit imprimé à l’aide d’une imprimante appelée traceur, pour chaque couche et chaque masque de soudure de la carte. Ce film est une feuille plastique imprimée avec un négatif photo de la carte, qui indique les parties qui seront en cuivre conducteur et celles qui seront non conductrices.
7. Impression des couches internes
Dans cette étape, nous appliquons du cuivre sur le matériau du substrat. Nous commençons par pré-coller le cuivre au substrat, puis appliquons une couche de résine photosensible — un film photosensible qui durcit lorsqu’il est exposé à la lumière ultraviolette. Nous utilisons la lumière UV pour le durcir. Toutes les zones masquées par l’encre noire du traceur restent non durcies.
Ensuite, nous retirons toute la résine photosensible non durcie, ce qui laisse la résine photosensible durcie recouvrant et protégeant l’endroit où le cuivre doit se trouver. Puis, nous retirons la résine photosensible durcie, révélant le cuivre exactement aux emplacements indiqués par le dessin.
8. Aligner les couches
Si vous avez plusieurs couches, nous devrons les aligner et percer des trous de repérage précis. Il est crucial qu’elles soient parfaitement alignées, car nous ne pourrons plus corriger les couches internes une fois qu’elles auront été assemblées.
9. Fusionner les couches ensemble
À ce stade, nous avons les matériaux de la couche externe, appelés préimprégnés, et le substrat d’origine recouvert d’une feuille de cuivre et contenant les gravures des pistes en cuivre. Cette étape consiste à fusionner ces couches, ce qui se déroule en deux phases : l’empilage et le laminage.
Nous commençons par placer la couche de préimprégné sur un bassin d’alignement, puis par empiler la couche de substrat, la feuille de cuivre, davantage de préimprégné ainsi qu’une feuille d’aluminium et une plaque de pressage en cuivre. Ces couches s’ajustent sur des broches fixées à une table en acier.
Un ordinateur de presse de laminage contrôle ensuite un processus qui chauffe l’empilement, applique une pression puis refroidit l’empilement. Nous pouvons ensuite défaire l’empilement en retirant les broches et la plaque de pression. Ce qu’il vous reste est un PCB.
10. Perçage des trous
Ensuite, nous perçons des trous dans l’empilement, que nous utiliserons plus tard lors de l’ajout des composants. Les trous doivent être percés avec une grande précision pour atteindre environ 100 microns de diamètre. Nous utilisons un localisateur à rayons X pour cibler les emplacements corrects des trous, et un ordinateur contrôle les forets eux-mêmes, qui utilisent des broches entraînées par air tournant à 150 000 tours par minute. Bien que le foret se déplace rapidement, ce processus peut prendre du temps — les PCB comportent généralement plus de 100 trous.
11. Placage au cuivre
L’étape suivante est le placage, qui utilise un bain chimique pour déposer sur la surface du panneau une couche de cuivre d’environ un micron d’épaisseur. Le cuivre recouvre l’ensemble du panneau, y compris les parois intérieures des trous. Cela recouvre le matériau en fibre de verre à l’intérieur du panneau qui avait été exposé par les trous. Des ordinateurs contrôlent ce processus avec une grande précision.
12. Imagerie de la couche externe
Ensuite, nous appliquons une autre couche de résine photosensible sur le panneau afin d’imager les couches externes avec la conception de votre PCB. Ce procédé suit une démarche similaire à celle utilisée précédemment et crée une inversion des couches internes.
13. Placage au cuivre et à l’étain
Nous effectuons ensuite un autre cycle de placage au cuivre. La couche de résine photosensible garantit que le cuivre ne se dépose que sur les parties souhaitées de la carte. Ensuite, la carte reçoit généralement un placage d’étain, qui sert à protéger le cuivre lors de l’étape suivante.
14. Gravure finale
Des solutions chimiques éliminent ensuite tout excès de cuivre, tandis que le placage d’étain protège le cuivre qui forme les zones conductrices. Une fois cette étape terminée, les connexions conductrices sont établies.
15. Application du vernis épargne
Ensuite, nous devons nettoyer le panneau et appliquer une encre de vernis épargne époxy. La carte est ensuite exposée à la lumière UV, qui traverse le film photo du vernis épargne et durcit le film. Toutes les parties recouvertes et non durcies sont retirées.
16. Application de la finition de surface
Ensuite, nous déposons davantage de revêtement, souvent en or ou en argent. Nous pouvons également utiliser le nivellement à air chaud pour garantir l’uniformité des pastilles. Vous obtenez alors une finition de surface.
17. Application de la sérigraphie
Nous appliquons ensuite une sérigraphie sur la surface du PCB à l’aide d’une impression à jet d’encre qui fournit des informations essentielles sur la carte.
18. Coupe
Après avoir effectué un test électrique final pour s’assurer que la carte fonctionne comme prévu, nous découpons la carte individuelle du panneau plus grand à l’aide soit d’une fraiseuse, soit d’une rainure en V. Après la découpe avec l’une de ces méthodes, nous pouvons facilement extraire les cartes du panneau.
19. Approvisionnement
Pour vous préparer à l’étape de prototypage de l’assemblage de circuits imprimés, vous devrez vous procurer tous les composants. Vous pouvez le faire vous-même ou PCBCart peutapprovisionnez vos composantspour vous. Nous achèterons soit les pièces auprès de grands distributeurs agréés, soit par les canaux que vous recommandez, en fonction de vos préférences. Nous ne procéderons jamais à un remplacement sans avoir d’abord obtenu votre approbation.
À cette étape du processus, votre nomenclature (BOM) entrera en jeu. C’est ce que nous utiliserons pour nous assurer que nous nous procurons les pièces que vous souhaitez.
20. Assemblage
L’étape suivante est l’assemblage — ou PCBA pourassemblage de circuits imprimés— dans lequel nous fixons les composants requis à votre carte.
21. Pochoir pour pâte à braser
Tout d’abord, nous appliquons une pâte à braser sur la carte, qui se mélange à un flux pour aider la soudure à fondre et à se lier à la surface du PCB.
Nous plaçons un pochoir en acier inoxydable sur le PCB afin que l’applicateur ne dépose la pâte à braser qu’aux endroits où les composants se trouveront sur le PCB final. Il l’étale uniformément sur chaque zone ouverte. Ensuite, le pochoir est retiré, laissant la pâte à braser aux emplacements souhaités.
22. Prendre et placer
Nous utilisons ensuite une machine de pose automatique pour placer les composants montés en surface, ou CMS, sur le PCB. Cet appareil dépose ces composants non connecteurs sur la pâte à souder à des emplacements prédéfinis.
23. Brasage par refusion
Le processus de refusion solidifie la pâte à braser, qui fixe les composants montés en surface sur la carte.
Dans cette étape, nous plaçons le PCB sur un tapis roulant qui fait passer la carte dans un four de refusion. Ce four est équipé d’une série de chauffages qui réchauffent progressivement la carte jusqu’à environ 480 degrés Fahrenheit, faisant fondre la soudure contenue dans la pâte à braser. Il réduit ensuite progressivement la température, refroidissant et solidifiant la soudure fondue, et fixant de manière permanente les composants CMS à la carte.
Pour les circuits imprimés double face, vous devez appliquer le pochoir et effectuer le refusion séparément sur chaque face.
24. Inspection et contrôle de la qualité
Un mouvement accidentel pendant le refusionnage peut entraîner une mauvaise qualité de connexion, une absence totale de connexion et des courts-circuits électriques. En raison de ces risques, nous vérifions les erreurs une fois la phase de refusionnage terminée en effectuant des évaluations telles que des contrôles manuels, des inspections optiques automatiques et des inspections par rayons X. Nous testons également la fonctionnalité et la qualité des connexions.
25. Insertion de composants traversants
Certaines cartes nécessitent d’autres composants en plus des CMS. Ces pièces sont appelées composants traversants métallisés, ou composants PTH, et sont métallisés sur toute l’épaisseur de la carte afin de pouvoir transmettre un signal électrique d’un côté à l’autre.
La pâte à souder ne fonctionne pas pour les composants traversants, car elle passera directement à travers le trou sans adhérer. Vous devez soit effectuer la soudure manuellement, soit utiliser la soudure à la vague, qui consiste à placer la carte sur un tapis roulant la faisant passer dans un four spécialisé qui recouvre complètement le dessous de la carte de soudure en fusion. Ce procédé soude toutes les broches en même temps. Cependant, cette méthode ne fonctionne pas pour les cartes double face, car souder toute la surface d’un côté d’un circuit imprimé comportant des composants électriques les rendrait inutilisables.
26. Réalisation d’un test de fonctionnalité
La dernière étape du processus d’assemblage du prototype de PCB consiste en un test final de fonctionnalité qui simule les conditions de fonctionnement normales auxquelles il sera exposé.
