Directives DFA pour une conception de PCB efficace

Chaque PCB qui souhaite devenir un véritable dispositif doit être assemblé avec un rendement élevé. Une planification stratégique est nécessaire pour garantir que la carte puisse être assemblée correctement dès le premier essai. Comprendre quelques directives de base en matière de DFA (Design For Assembly) peut aider à garantir que votre conception passe à travers l'assemblage de fabrication avec un minimum de défauts et sans retravail.

Dans cet article, nous aborderons les points suivants :

• Pourquoi le DFA est-il important dans la conception de PCB ?
• Objectifs de la DFA
  • Standardisation
  • Validation des composants
  • Réduction des erreurs d'assemblage
• Normes DFA
  • Orientation des composants avec marquages de polarité
  • Exigences d'espacement
  • Normes d'assemblage IPC
• Défauts d'assemblage courants
  • Tombstoning
  • Pontage de soudure
  • Billes de soudure
  • Vides de soudure
• Méthodes d'inspection
  • Inspection optique automatisée (AOI)
  • Inspection par rayons X

La DFA est un processus qui se compose de trois étapes. Dans la première étape, la conception de la disposition de la carte est prise en considération. Durant cette étape, l'espacement entre les composants, la direction de la soudure et la réduction des coûts d'assemblage sont pris en compte. Dans l'étape suivante, les fichiers Gerbers ou ODB++ sont validés pour les espacements et l'orientation des composants, les empreintes et les différentes méthodes de nettoyage. Dans la dernière étape, les exigences de soudage à la vague, de soudage par refusion et de soudage manuel sont identifiées.

 

Objectifs de la DFA

Standardisation

Chaque concepteur de carte aura du mal à prévoir les défis qui pourraient survenir lors de l'élaboration d'un nouveau design de PCB. L'objectif principal de la standardisation est de minimiser le niveau d'incertitude en utilisant des pièces et des techniques qui ont fonctionné précédemment. Voici quelques moyens pour assurer une standardisation maximale dans votre conception :

• Validez soigneusement la source de chaque composant pour garantir l'authenticité des composants. Les sources non autorisées augmentent le risque de retards, de désinformation et de pièces contrefaites.
• Essayez de réduire le nombre de boîtiers de composants uniques pour faciliter le processus de conception pour l'assemblage et minimiser les erreurs potentielles. Par exemple, s'il y a des écarts entre l'empreinte et le motif de pose, les ajustements de disposition nécessaires seront réalisés plus rapidement puisque la conception aura moins de motifs de pose uniques.

Validation des Composants

L'un des objectifs principaux de la DFA est de valider les composants qui sont placés sur la carte. Suivez les directives mentionnées ci-dessous pour aider votre fabricant à assembler efficacement votre carte :

 

Réduction des erreurs d'assemblage

La DFA se concentre principalement sur l'élimination des erreurs d'assemblage potentielles qui peuvent survenir. Outre les points discutés ci-dessus, les points ci-dessous permettent aux fabricants de fabriquer des cartes de circuits avec la fonctionnalité souhaitée.

• Respectez la taille, l'espacement et les tolérances pour les trous percés qui se situent dans les capacités de votre fabricant. Cela assure également la fabricabilité de la conception de votre PCB.
• Suivez les dégagements et les tolérances qui sont dans les capacités de votre CM. 
• Suivez les règles de dégagement des bords de la carte.
• Assurez-vous que la forme de la carte permet une optimalisation du panel.
• Incorporez des reliefs thermiques lorsque nécessaire.

Normes DFA

Comme discuté dans les sections précédentes, connaître les normes DFA vous aide à concevoir une carte de manière efficace et économique. Dans cette section, nous vous présenterons quelques normes DFA critiques.

Orientation des composants avec marquages de polarité

L'orientation des composants est l'un des facteurs les plus importants à considérer lors de l'étape de pré-assemblage. Pour un assemblage sans problème, il est essentiel de suivre des techniques d'orientation claires et explicites. Prenons l'exemple des diodes, qui auront une polarité définie. Assurez-vous que le symbole schématique et le marquage sur le typon aient une indication de polarité appropriée qui sera visible après le placement. Cela facilitera le processus d'inspection, et cela rend les tests ou le débogage plus faciles.

 

Le symbole peut être positionné entre les deux broches pour les composants traversants, mais il devrait être placé à côté du dispositif pour les composants montés en surface. Étant donné que ces symboles peuvent prendre beaucoup de place, une barre au-dessus du pad de cathode ou une simple indication de A (anode) ou K (cathode) suffirait pour les cartes HDI.

Regroupez toujours les composants similaires et essayez de les placer avec la même orientation si possible. Cela facilite un processus d'assemblage rapide. Par exemple, tous les QFP peuvent être placés en ligne avec la broche 1 au même coin pour chaque CI.

 

Exigences d'espacement

L'espacement entre les composants affecte les délais requis pour le processus de montage de cartes électroniques (PCBA). Dans cette section, nous examinerons les normes d'espacement recommandées pour garantir la qualité du processus d'assemblage.

Espacement entre les composants et le bord

L'espacement entre les composants et le bord est la distance entre un composant donné sur la carte et son bord. Ce facteur joue un rôle important pendant la dépanelisation. Au cours de ce processus, les composants situés près du bord de la carte seront soumis à un stress pouvant affecter les joints de soudure. Nous recommandons un dégagement de 125 mils entre le bord de la carte et les composants CMS placés sur le côté supérieur du circuit imprimé, mais votre fabricant peut proposer des tolérances différentes dans son processus.

Parfois, les fabricants augmentent encore l'espacement entre les composants et le bord de la carte du côté inférieur de la carte. Cela réduit la possibilité de dommages aux composants CMS lors de l'application de la pâte à souder.

Les pistes de cuivre peuvent également être routées plus près du bord de la carte. Cela permet un écart de masque de soudure et évite l'empiètement sur les pads. Les pistes, les remplissages de cuivre et les pièces insérées manuellement doivent être espacées d'au moins 10 mils du bord de la carte. Les trous castellés sont un type de conception qui nécessite un placage de cuivre au bord de la carte. Pour obtenir le placage de cuivre souhaité, de telles conceptions nécessiteront des dépenses supplémentaires et un délai de production plus long.

 

Espacement entre pièce et trou

L'espacement entre pièce et trou doit être pris en compte tant pour les vias que pour les composants traversants. Il détermine l'espacement minimum entre un pad/le corps d'un composant et les trous. Cet espacement comprend deux facteurs spécifiques qui doivent être respectés pour obtenir un assemblage de haute qualité.

• Espacement entre pièce et paroi du trou : Cela est mesuré depuis le bord réel du trou jusqu'au bord du pad. Cela est également connu sous le nom de distance de perçage à cuivre. L'espacement minimum requis est d'environ 8 mils.
• Espacement entre pièce et anneau annulaire : Cela est mesuré depuis le bord de l'anneau annulaire du trou jusqu'au bord du pad. L'espacement minimum requis est d'environ 7 mils.

 

Normes d'assemblage IPC

Voici quelques-unes des autres normes d'assemblage IPC auxquelles votre CM se conformera lors de l'assemblage des cartes.

• IPC-A-600 : L'IPC-A-600, communément appelé IPC-600, spécifie le niveau de critères d'acceptation pour chaque catégorie de produit. Il définit les exigences souhaitables, permises et non négociables des cartes.
• IPC/WHMA-A-620C : Il décrit la norme pour les matériaux, procédures, tests, et critères d'acceptabilité pour les assemblages de câbles et de faisceaux.
• IPC-A-630 : Il définit les normes pour les boîtiers électroniques. Cette norme est employée lorsque votre CM assemble et réalise le processus d'inspection.

Défauts d'Assemblage Courants

Cette section détaille les défauts et problèmes qui surviennent le plus fréquemment pendant l'assemblage des cartes électroniques (PCBA). Les fabricants emploient de nombreuses méthodes de contrôle de qualité pour éviter ces défauts, et certaines de ces méthodes sont mentionnées dans les sous-sections ci-dessous.

Tombstones

Un tombstone, également connu sous le nom d'effet Manhattan, fait référence au cas où un composant CMS est partiellement ou entièrement détaché de son pad de montage. Cela est le plus courant dans les petits passifs CMS (packages de 0603 ou plus petits) et cela se produit en raison de déséquilibres de force pendant le soudage par refusion.

Moyens de prévenir le tombstoning :

• Assurez une haute précision des composants et une température de préchauffage élevée.
• Évitez les expositions à des températures et humidités élevées.
• Étendez la zone de trempage pour équilibrer la force de mouillage sur les deux pads avant que la pâte n'atteigne l'état fondu.

 

Ponts de Soudure

Les ponts de soudure se produisent lorsque la soudure est appliquée entre deux conducteurs qui ne devraient pas être connectés électriquement. Ces connexions indésirables sont appelées courts-circuits.

Moyens de prévenir les ponts de soudure :

• Assurez-vous que le contenu métallique dans la pâte à souder soit d'au moins 90%.
• Alignez précisément les ouvertures du pochoir et réduisez leur taille de 10%.
• Assurez un profil de refusion approprié.

 

Billes de Soudure

Les billes de soudure sont le défaut le plus commun qui survient lors de l'assemblage en montage en surface. Il s'agit du développement de petites particules sphériques de soudure se séparant du corps principal qui forme le joint. Cela représente une préoccupation pour un processus sans nettoyage puisque de nombreuses billes de soudure peuvent former un pont entre deux leads adjacents. Cela entraîne des problèmes fonctionnels pour la carte.

Moyens de prévenir la formation de billes de soudure :

• Les tailles et espaces des pads devraient être conçus selon la fiche technique.
• Avant l'impression de la pâte à souder, faites cuire la carte.
• Assurez-vous que l'épaisseur du placage des trous est supérieure à 25μm, cela évite le piégeage de l'eau.

 

Défauts de soudure

Les espaces vides ou les trous à l'intérieur de la jointure de soudure sont connus sous le nom de défauts de soudure. Un défaut de soudure est créé lorsqu'il n'y a pas assez de soudure disponible pour établir une connexion. Un défaut de soudure contient généralement de l'air.

Moyens de prévenir les défauts de soudure :

• Augmentez le canal de dégazage, permettant aux gaz de s'échapper de la carte.
• Essayez d'utiliser de la pâte à souder sans plomb.

 

Méthodes d'inspection

Une fois que la carte de circuit est peuplée, les fabricants peuvent effectuer plusieurs inspections et procédures de contrôle de qualité.

Inspection optique automatisée (AOI)

L'inspection optique automatisée (AOI) est une méthode efficace et précise pour détecter les erreurs d'assemblage des PCB avant que les cartes ne quittent l'installation de production. Cette méthode utilise des caméras haute résolution et un logiciel avancé de traitement d'image pour identifier les erreurs d'assemblage telles que les composants manquants ou mal placés, les ponts de soudure, les billes de soudure ou les tombstones.

 

Inspection par rayons X

L'AXI (inspection automatique par rayons X) est une approche populaire pour détecter les défauts cachés dans les circuits intégrés (CI) et les BGA (Ball Grid Arrays). La source de balayage dans ce système est un rayon X. Elle peut être utilisée pour identifier d'importants vides et fractures. Cette approche permet un accès non destructif aux géométries internes et compositions structurelles. L'AXI capture des images de la même manière que l'AOI. La seule différence est que l'AOI scanne avec une source lumineuse, tandis que l'AXI scanne avec des rayons X.

Les directives DFA sont destinées à assurer un rendement élevé et un minimum de retravail après l'assemblage. Vous pouvez mettre en œuvre ces directives DFA et bien d'autres avant de passer à la production en utilisant le moteur DRC dans Altium Designer. Après avoir consulté votre fabricant, vous pouvez programmer les contraintes mentionnées ci-dessus dans les règles de conception de votre PCB pour vous assurer de pouvoir rapidement détecter et corriger les erreurs. Une fois votre conception prête pour une révision de conception approfondie et la fabrication, votre équipe peut partager et collaborer en temps réel via la plateforme Altium 365. Les équipes de conception peuvent utiliser Altium 365 pour partager les données de fabrication et les résultats des tests, et les modifications de conception peuvent être partagées via une plateforme cloud sécurisée et dans Altium Designer.

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