Défauts courants d'assemblage de PCB que vous devriez connaître

Les concepteurs de PCB sont les architectes derrière la technologie qui alimente nos électroniques modernes, équilibrant une multitude d'exigences, naviguant dans une disposition complexe qui est autant un art qu'une science.  Pourtant, même les circuits imprimés les plus soigneusement conçus peuvent faire face à des défauts pendant la fabrication et l'assemblage des PCB.  Dans ce blog, nous examinerons un aperçu des défauts d'assemblage les plus courants, certains que la conception de PCB peut influencer et d'autres qui sont spécifiquement liés au processus d'assemblage lui-même.  Ensuite, nous nous pencherons sur un défaut spécifique, la déformation du PCB et des composants, et nous examinerons comment la conception de PCB peut influencer ce défaut. Dans les blogs futurs, nous examinerons ces défauts d'un point de vue de la fabricabilité pour aider à combler le fossé entre la conception de PCB et l'assemblage.

Défauts d'assemblage de PCB courants

Court-circuits / Ponts de soudure : Ce défaut se produit lorsque la soudure relie deux caractéristiques conductrices ou plus, provoquant des connexions électriques non intentionnelles. Cela peut être entre des broches adjacentes, des pastilles ou des pistes de circuit.

Soudure insuffisante : Une soudure inadéquate peut conduire à des joints de soudure incomplets ou faibles, ce qui à son tour conduit à une mauvaise connexion électrique. Cela peut se présenter comme une connexion intermittente ou ouverte.

Formation de billes de soudure : Les billes de soudure sont de petits dépôts de soudure involontaires pouvant survenir lors du soudage par refusion en raison de la fusion et de l'écoulement incomplets de la pâte à souder. Elles peuvent entraîner des courts-circuits si elles se trouvent dans des zones sensibles du PCB.

Les billes de soudure apparaissent lorsque la pâte à souder n'est pas mélangée correctement ou est stockée de manière incorrecte. [Source de l'image : Utilisateur John U, stackexchange.com]

Tombstoning : Cela se produit lorsqu'un composant monté en surface se dresse sur une extrémité en raison d'un refusion de soudure déséquilibrée, entraînant une mauvaise connexion électrique. Ce défaut est souvent causé par des différences de température pendant la refusion.

Pads soulevés ou manquants : Les pads peuvent se détacher pendant l'assemblage, entraînant des composants non fonctionnels.

Mauvais alignement des composants : Les composants montés en surface peuvent être mal alignés ou inclinés lors du placement, conduisant à des défauts de joint de soudure ou à des connexions ouvertes.

Points de soudure froids : Les points de soudure froids sont des connexions fragiles et faibles qui résultent d'un écoulement de soudure inadéquat pendant la refusion, souvent en raison d'une chaleur insuffisante ou d'une activation incorrecte du flux.

Problèmes de soudure BGA : Les composants à grille de billes (BGA) peuvent souffrir de défauts de billes de soudure, de connexions ouvertes ou de vides de soudure sous un composant, pouvant entraîner des problèmes de connectivité et de fiabilité.

Inversion de Polarité des Composants : Des erreurs dans le placement ou l'orientation des composants peuvent entraîner une polarité incorrecte, résultant en une connexion de tension inversée et des dommages potentiels.

Pâte à Braser Excessive : Appliquer trop de pâte à braser lors de l'impression au pochoir peut causer des courts-circuits de soudure et d'autres défauts liés à la soudure.

Pâte à Braser Insuffisante : Une pâte à braser insuffisante peut conduire à des connexions de soudure incomplètes ou faibles, surtout pour les composants à pas fin.

Fillets de Soudure Insuffisants : Des fillets de soudure qui ne se forment pas adéquatement autour des pattes ou des pastilles des composants résultant en des connexions faibles.

Résidus de Billes de Soudure : Des billes de soudure laissées sur la surface du PCB après le refusion peuvent causer des courts-circuits et d'autres problèmes.

Composants Manquants : Des composants manqués lors du placement à cause d'erreurs d'équipement ou d'opérateur.

Composants Déformés ou Pliés : Les composants CMS peuvent devenir déformés ou pliés pendant la refusion, affectant leur placement et la qualité de leur joint de soudure.

• Apprenez-en plus sur les défauts CMS courants
• Apprenez-en plus sur les meilleures pratiques de DFA

Une forte déformation du PCB peut entraîner une déformation du boîtier SMT. [Source de l'Image]

Déformation, Atténuer le Risque

Les concepteurs de PCB peuvent prendre plusieurs mesures pour minimiser la déformation des composants et du PCB, ce qui peut contribuer à des défauts comme la formation de billes de soudure pendant l'assemblage du PCB. Voici quelques façons dont la conception de la carte imprimée peut influencer et potentiellement prévenir la déformation :

Placement des composants et empreinte

• Sélectionner soigneusement les emplacements et orientations des composants pour minimiser les contraintes.  
• Éviter de placer des composants lourds dans des zones sensibles.
• Utiliser des composants avec des pattes plates ou coplanaires, qui ont tendance à exercer moins de stress sur la carte.
• Concevoir des empreintes de composants appropriées qui accommodent l'expansion et la contraction thermiques pendant la soudure.
• Assurer que les pads des composants sont assez grands pour fournir une stabilité mécanique et une force de joint de soudure.
• Pour les composants lourds ou hauts, envisager des méthodes de fixation mécanique supplémentaires telles que des vis ou des entretoises pour fournir de la stabilité et prévenir la déformation.
• Viser une disposition symétrique de la carte, en distribuant les composants et les caractéristiques uniformément pour éviter les contraintes dans des emplacements spécifiques.
• Si l'on utilise des plans de cuivre, ajouter des connexions de soulagement thermique pour les composants avec de grandes connexions de masse ou d'alimentation pour éviter que la carte ne se déforme pendant le soudage par refusion.

Empilement des couches

• L'empilement des couches du PCB devrait équilibrer la distribution du cuivre des deux côtés de la carte pour minimiser la déformation.
• Opter pour des empilements équilibrés avec des poids de cuivre symétriques et des épaisseurs diélectriques à travers l'empilement.
• Sélectionnez des matériaux de carte de circuit imprimé qui présentent une bonne stabilité dimensionnelle et un faible coefficient de dilatation thermique (CTE).
• Envisagez d'utiliser des matériaux conçus pour des applications à haute température si votre conception le nécessite.

Considérations Thermiques

• Assurez-vous que les composants générant une chaleur significative disposent de solutions de gestion thermique adéquates. Les dissipateurs thermiques, les vias ou les plans de cuivre dédiés peuvent aider à cela.
• Répartissez les composants générant de la chaleur de manière uniforme sur la carte pour éviter le chauffage localisé et le gauchissement.
• Évitez de placer des dissipateurs thermiques ou des connecteurs densément peuplés près du centre de la PCB. Ces éléments peuvent exercer des forces inégales et contribuer au gauchissement.

Je terminerai ce blog avec un conseil. Il est important de s'engager avec la fabrication et l'assemblage pendant le processus de conception. Il existe tant d'exemples d'éléments aussi simples que la couleur du masque de soudure qui impactent les rendements, ce qui impacte les prix et les délais. Réunir la conception, la fabrication et l'assemblage pour collaborer et communiquer tout au long du processus de fabrication donnera à une conception les meilleures chances de réussite dès le premier essai.

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