Le processus de fabrication des PCB expliqué

Avant de mettre en œuvre la conception pour la fabrication, il est important de comprendre le processus qui sous-tend la production d'un PCB physique. Quelles que soient les différentes technologies utilisées sur chaque site de production, les principaux fabricants du secteur suivent majoritairement un ensemble d'étapes spécifiques pour transformer votre conception d'un plan dans une application CAO en une carte physique.

Le processus standard de fabrication des PCB suit un ensemble spécifique d’étapes, et il appartient aux concepteurs de les connaître et de les comprendre. En connaissant ces étapes, il devient beaucoup plus facile de repérer les erreurs de conception des circuits imprimés susceptibles de générer des défaillances dans la production qui nécessiterait la mise au rebut d'une carte. Chaque concepteur doit mettre en place des étapes de conception pour la fabrication (DFM) afin de pouvoir fabriquer et assembler un PCB n'importe où.

Dans cet article, nous aborderons les bases que les concepteurs doivent connaître dans le cadre de notre série de cours sur la fabrication de PCB. Nous allons présenter brièvement le processus de fabrication de PCB utilisé pour créer une carte nue. Ensuite, nous examinerons le processus d'assemblage du circuit imprimé, où les composants sont soudés sur le PCB fini avant les étapes de test et d'inspection finales. La conception pour l'assemblage (DFA) se concentre sur les pratiques de conception qui garantissent la fiabilité de l'assemblage des composants. Tout comme pour la fabrication de cartes nues, les concepteurs ont la responsabilité de se familiariser avec le processus d'assemblage des PCB.

Processus standard de fabrication de PCB

La fabrication de PCB se concentre sur la construction, la gravure, le perçage et la finition des cartes nues. Le tableau ci-dessous présente les étapes standard utilisées pour fabriquer des PCB multicouches. Ce processus commence par un ensemble complet de spécifications de conception et de matériaux stratifiés initiaux, et se termine par une carte fabriquée qui est entièrement prête à être assemblée.

Une fois la polymérisation de votre carte définitivement terminée, le fabricant entamera le processus de test électrique basé sur les points de test que vous avez spécifiés dans votre schéma de montage. Les tests électriques à l'étape de fabrication impliquent normalement des tests de continuité, au cours desquels les circuits ouverts et les courts-circuits sont vérifiés entre différents nœuds indiqués dans la netlist de votre PCB. Toutes les cartes qui valident ce processus de vérification sont considérées comme terminées et sont transférées à l'assemblage.

De nombreux défauts peuvent apparaître tout au long du processus de fabrication des PCB. Les défauts les plus courants se produiront lors des étapes de gravure, de perçage et de placage. Certains de ces défauts de fabrication ainsi que les solutions possibles sont énumérés dans le tableau ci-dessous.

Une fois que la conception a passé l'étape de fabrication et qu'elle a été testée électriquement, la carte peut être soumise à une nouvelle batterie de tests pour en garantir la qualité. Cela implique normalement des tests environnementaux ou mécaniques pour s'assurer que le processus de fabrication de la carte nue n'endommage aucun matériau ni aucune fonctionnalité gravée du PCB.

• En savoir plus sur les méthodes utilisées pour tester les assemblages de PCB
• En savoir plus sur l'analyse des défaillances des PCB

Processus standard d'assemblage de PCB

L'assemblage de circuits imprimés consiste à placer les composants à l'aide d'une machine automatisée (une machine « pick-and-place ») et à les souder ensuite à l'aide d'un processus également automatisé. Les principales techniques automatisées de soudage dans le processus d'assemblage des circuits imprimés sont les suivantes :

• Le brasage par vague, utilisé avec les composants à trous traversants.
• Le brasage avec refusion, utilisé avec les composants SMD.
• Le brasage sélectif, version automatisée du brasage manuel.

Le brasage à la main n'est pas utilisé dans les installations d'assemblage de PCB à grand volume, sauf en cas d'absolue nécessité. Cela s'explique par la lenteur extrême de cette méthode, et la mauvaise reproductibilité due aux différents niveaux de compétence des travailleurs.

Une fois le processus de brasage terminé, le circuit imprimé sera inspecté à l'aide d'un équipement automatisé et nettoyé de tout résidu (en particulier des résidus de flux) avant d'être emballé et expédié. Les assemblages de PCB finis peuvent également être soumis à leur propre processus d'inspection et de test afin d'identifier les circuits imprimés susceptibles de souffrir d'une défaillance prématurée. Ces tests de durée de vie accélérés impliquent de soumettre un assemblage de PCB à une chaleur, une pression, un stress mécanique et un stress électrique extrêmes afin de déterminer les limites de fonctionnement du dispositif. Une fois ces limites déterminées, les paramètres de traitement ou la conception peuvent être modifiés pour garantir la fiabilité à long terme de la conception et du produit final.

Le moyen le plus simple de vous assurer que votre conception est conforme aux exigences DFM/DFA standard est de tirer parti des règles de conception de votre PCB. Le moteur DRC de votre logiciel de conception peut être personnalisé autour de certains ensembles de règles afin de garantir que votre layout ne souffrira pas des défauts courants de fabrication de PCB. Assurez-vous de définir les exigences DFM/DFA dans vos règles de conception avant de commencer votre schéma de montage.

Si vous souhaitez adopter une approche centrée sur la DFM pour la conception de votre circuit imprimé, la première étape de création de votre empilement de PCB sera la sélection des matériaux. Celle-ci peut affecter la DFM dans certains produits spécialisés, tels que les conceptions haute fréquence et les circuits imprimés haute tension. Assurez-vous de bien comprendre l'intégralité des propriétés des matériaux utilisés pour les PCB et leur incidence sur la fabrication.

• Aller à la partie 2 : la DFM dans la sélection des matériaux pour PCB

Lorsque vous êtes prêt à commencer votre conception et que vous souhaitez vous assurer que vous répondez à toutes les exigences DFM, utilisez les fonctionnalités de conception et de layout d'Altium Designer®. Une fois que votre conception est prête pour une révision approfondie et pour la fabrication, votre équipe peut partager les informations et collaborer en temps réel via la plateforme Altium 365™ . Les équipes de conception peuvent utiliser Altium 365 pour partager des données de fabrication, des fichiers de projet et des revues de conception via une plateforme cloud sécurisée dans Altium Designer.

Tout cela n'est qu'un aperçu des possibilités offertes par Altium Designer sur Altium 365. Commencez sans plus attendre votre essai gratuit d'Altium Designer + Altium 365.