Sorties d’assemblage de PCB

Lorsque vous terminez la conception d’un PCB, l’objectif est normalement de le faire fabriquer et assembler. Il incombe au concepteur de préparer les livrables d’assemblage du PCB avec le projet et de les fournir au fabricant. Le fabricant utilisera ces livrables pour approvisionner les composants, planifier le processus d’assemblage et effectuer l’inspection finale. Les exigences d’assemblage doivent être détaillées afin de fournir à l’assembleur toutes les informations nécessaires à la réalisation d’un PCBA.

Avant d’en arriver à l’assemblage, votre carte doit avoir été conçue en appliquant les meilleures pratiques de DFA. Si ce n’est pas le cas et que les PCB sont fabriqués avant d’être examinés par un assembleur, il existe un risque qu’ils doivent être mis au rebut. Les raisons d’une mise au rebut sont nombreuses, mais le bon logiciel ECAD pour la conception de PCB aidera les concepteurs à éviter certaines des erreurs d’assemblage les plus courantes.

Liste des livrables d’assemblage PCB

Au niveau le plus élémentaire, les deux fichiers de sortie standard pour l’assemblage d’un PCB sont la nomenclature et un fichier de pick-and-place. La nomenclature est un document d’approvisionnement qui indique quel composant correspond à chaque repère de référence sur le PCB, et le fichier de pick-and-place précise où chaque repère de référence doit être placé pour la soudure. Avec ces deux fichiers et une brève description du PCB, voire aucune description, un fabricant peut assembler complètement un PCBA.

Les professionnels et les entreprises créent généralement un troisième livrable de conception standard : un plan d’assemblage. Un plan d’assemblage contient généralement :

• Le contour du PCB et les dimensions de la carte
• Les contours des composants côté supérieur et côté inférieur
• Les repères de référence des composants
• Les indicateurs de polarité et d’orientation des composants
• Les indicateurs de broche 1 pour les circuits intégrés et les connecteurs
• La quincaillerie mécanique et les emplacements de montage
• Des vues de détail pour les zones denses ou complexes
• Des notes d’assemblage, des renvois et des instructions spéciales de fabrication
• Les informations de révision, les numéros de plan et les informations du cartouche

Les notes d’assemblage sont importantes, car elles définissent des exigences qui peuvent ne pas être évidentes à partir du routage du PCB, de la nomenclature ou des données de pick-and-place. Ces notes peuvent préciser la conformité RoHS, la conformité aux normes IPC applicables, l’utilisation d’alliages de soudure ou de types de pâte à braser spécifiques, les exigences de nettoyage, les critères d’inspection et les procédés spéciaux tels que l’underfill, le vernis de tropicalisation, le staking ou l’application d’adhésif. Des notes d’assemblage claires réduisent les ambiguïtés et contribuent à garantir que le PCBA fini répond aux exigences mécaniques, électriques et réglementaires du concepteur.

De nombreux nouveaux concepteurs ne créent pas de plans d’assemblage parce que leur logiciel de CAO ne les aide pas à automatiser le processus. Même certains logiciels d’entreprise, tels que OrCAD et Xpedition, ne permettent pas de créer automatiquement un plan d’assemblage. Ces plateformes peuvent s’appuyer sur un autre logiciel avec une licence distincte pour accomplir cette tâche fondamentale.
Altium Designer est différent, car il inclut l’outil Draftsman, qui permet aux concepteurs de créer automatiquement des plans d’assemblage de haute qualité en quelques minutes. Les utilisateurs peuvent créer des modèles personnalisés et des formats de feuille offrant un contrôle total sur la mise en forme d’un plan d’assemblage. Ils peuvent également ajouter des fonctionnalités supplémentaires dans un plan d’assemblage, comme l’intégration de la BOM, l’ajout de notes et de renvois, ainsi que l’intégration des paramètres du projet pour des mises à jour instantanées du plan.

Si vous n’aimez pas utiliser l’outil pour générer un plan de fabrication ou d’assemblage, il reste possible de créer ces plans dans un fichier de routage PCB. Une pratique courante consiste à utiliser les couches mécaniques de votre routage PCB pour dessiner manuellement les éléments du plan de fabrication et du plan d’assemblage. De cette manière, les mises à jour du routage PCB sont également immédiatement répercutées dans votre plan d’assemblage. Pour générer le plan d’assemblage, vous devrez compiler les couches suivantes dans un fichier DXF ou une impression PDF :

• Les couches mécaniques avec le cartouche et les notes d’assemblage
• La couche de contour du PCB
• Les couches de masque de pâte supérieure et inférieure
• Les couches d’assemblage supérieure et inférieure
• Toute couche mécanique supplémentaire montrant le masque pelable, le vernis de tropicalisation, les emplacements d’adhésif et les autres exigences spéciales d’assemblage

Il est également courant d’inclure des vues isométriques du PCB générées à partir d’un dessin 3D. Cependant, les couches mécaniques et les outils de routage PCB ne peuvent normalement pas générer de vues isométriques ; elles doivent donc être créées dans une application MCAD externe à partir d’un modèle 3D du PCBA. La vue est normalement exportée en fichier DXF depuis l’application MCAD, puis réimportée dans le fichier de routage PCB sur une couche mécanique. Toutefois, Altium Draftsman peut générer des vues isométriques directement à partir du fichier de document PCB, sans nécessiter d’exportation vers une application MCAD.

Livrables de conception PCB intelligents

Une autre option pour créer des livrables de conception PCB pour l’assemblage consiste à utiliser des formats de sortie intelligents. Ces formats de fichier sont ODB++ et IPC-2581.

Bien que les livrables de conception PCB intelligents soient objectivement meilleurs pour la fabrication et l’assemblage, ils ne sont pas utilisés aussi souvent que les fichiers Gerber. Les Gerber restent la norme de fait pour les données de fabrication ; un concepteur devra donc également générer une nomenclature et des données de pick-and-place pour l’assemblage. Pour vous assurer de disposer de l’éventail le plus large d’options d’assemblage PCB, utilisez un logiciel de conception PCB tel qu’Altium Designer, qui prend en charge les trois packages standard de livrables de conception PCB.

Une DFA réussie évite les défauts d’assemblage PCB

Lors de l’assemblage de prototypes de PCB, le niveau de service du fournisseur inclut généralement une marge suffisante pour prendre en compte la reprise de votre PCB si nécessaire. Cependant, à mesure que vous passez à des volumes plus élevés, la prévention des défauts et l’évitement des reprises deviennent des éléments essentiels du contrôle des coûts. Les pratiques de DFA deviennent encore plus importantes à ce stade, et elles sont liées aux pratiques de conception de base mises en œuvre dans le routage PCB et les bibliothèques PCB.

Pour mettre en œuvre avec succès les pratiques de DFA pour un assemblage PCB à haut rendement, les concepteurs doivent exploiter leur logiciel ECAD et les informations fournies par leur assembleur comme suit :

• Conception des empreintes de composants PCB
• Définition des contraintes d’assemblage en tant que règles de conception PCB
• Examen du PCB lors d’une revue d’assemblage

Conception des empreintes PCB dans la DFA

La géométrie de l’empreinte est l’élément où la DFA réussit ou échoue au niveau du composant. Une empreinte qui ne correspond pas aux capacités de procédé de l’assembleur introduit un risque de défaut, quelle que soit la qualité d’exécution du reste du routage. Les dimensions des pastilles, les dégagements de courtyard, les ouvertures du masque de soudure et la géométrie du land pattern influencent directement la précision du placement, la formation des joints de soudure et l’accès à l’inspection après refusion.

Pour les boîtiers CMS standard, l’IPC-7351 fournit une base de référence, mais le procédé spécifique de l’assembleur, qu’il s’agisse de soudure à la vague, de refusion ou de soudure sélective, déterminera quelle variante de land pattern est appropriée. Utiliser, par exemple, le land pattern nominal ou avec le plus grand courtyard alors que l’assembleur travaille avec un profil haute densité constitue un décalage courant qui entraîne des ponts de soudure ou des congés de talon insuffisants.

Cette empreinte est conçue pour mettre en œuvre les meilleures pratiques de DFA concernant la soudure de la pastille centrale afin d’éviter le pompage de soudure et le déplacement pendant la soudure.

Règles de conception PCB pour la DFA

Pour garantir une DFA cohérente, appliquez les directives au moyen de règles de conception automatisées plutôt que par inspection manuelle. Obtenez les valeurs de contrainte spécifiques directement auprès de votre assembleur PCB, par exemple l’espacement des composants, les rapports d’ouverture de pâte et les tolérances. Ne vous fiez pas aux valeurs IPC génériques par défaut, car elles peuvent ne pas correspondre aux capacités de votre assembleur, en particulier pour les composants à pas fin.

Appliquez directement dans le système de règles de conception de votre logiciel PCB les contraintes fournies par l’assembleur afin d’éviter les défauts d’assemblage. Cela inclut la définition de règles pour le dégagement de courtyard des composants, l’expansion du masque de pâte et l’alignement du masque de soudure, afin que la vérification des règles de conception détecte les problèmes potentiels avant la fabrication.

• Dégagement minimal de courtyard entre composants, issu de la documentation sur les capacités de l’assembleur
• Expansion du masque de soudure par type de pastille, en distinguant les définitions de pastilles SMD et NSMD
• Minimums de rapport de surface d’ouverture de pâte, généralement de 0,66 ou plus pour une libération fiable de la pâte
• Limites de keepout de pick-and-place près des bords de carte et des trous d’outillage
• Règles de via-in-pad pour les motifs de pastilles thermiques, y compris les exigences d’obturation ou de remplissage

Dans Altium Designer, toutes ces contraintes peuvent être mises en œuvre à l’aide du PCB Design Rules and Constraints Editor, ou du nouveau Constraint Manager. Les utilisateurs de plateformes comme Cadence OrCAD/Allegro et Siemens PADS/Xpedition seront plus familiers avec l’interface Constraint Manager, ce qui facilite la transition vers l’interface de conception plus puissante d’Altium Designer.

Revue d’assemblage PCB

Les facteurs énumérés ci-dessus sont principalement mis en œuvre pendant la phase de routage PCB et prennent une forme physique lors de l’assemblage. Malheureusement, si vous n’obtenez pas de revue d’assemblage avant la fabrication, il est possible qu’un PCB sous-optimal soit produit et qu’il ne soit pas totalement aligné avec les capacités DFA. Sur les cartes plus simples avec des composants CMS de grand boîtier ou de grands trous traversants, cela peut ne pas poser de problème. Mais dans les PCB denses, les PCB HDI, ou les PCB flex/rigid-flex, le non-respect des contraintes de l’assembleur entraînera probablement des défauts dans l’assemblage du PCB.

Pour cette raison, les concepteurs devraient envisager d’envoyer leurs données de fabrication à un assembleur PCB pour revue. Cela peut aider à identifier de simples problèmes de conception qui entraîneraient des défauts, lesquels pourront être corrigés avant la fabrication des cartes nues. Si cela n’est pas fait, en particulier en production en volume, attendez-vous à des défauts, des reprises et même à des PCB mis au rebut.

Pour en savoir plus sur les livrables d’assemblage PCB dans le cadre d’un package de fabrication complet, regardez la vidéo ci-dessous.

Que vous ayez besoin de concevoir une électronique de puissance fiable ou des systèmes numériques avancés, utilisez l’ensemble complet des fonctionnalités de conception de PCB d’Altium et ses outils de CAO de classe mondiale. Altium fournit la première plateforme mondiale de développement de produits électroniques, avec les meilleurs outils de conception de PCB du secteur et des fonctionnalités de collaboration interdisciplinaire pour les équipes de conception avancée. Contactez un expert Altium dès aujourd’hui !

Questions fréquemment posées

Quels fichiers sont nécessaires pour l’assemblage d’un PCB ?

Le dossier minimal d’assemblage d’un PCB comprend une nomenclature et un fichier pick-and-place. Les dossiers de fabrication professionnels doivent également inclure un plan d’assemblage avec l’emplacement des composants, les indicateurs d’orientation, les détails mécaniques, les informations de révision et les notes d’assemblage.

Quelles informations doivent figurer dans un plan d’assemblage de PCB ?

Un plan d’assemblage de PCB doit montrer le contour de la carte, les dimensions, le contour des composants, les désignateurs de référence, les marquages de polarité, les indicateurs de broche 1, le matériel de montage et les vues de détail. Il doit également inclure les notes d’assemblage, les exigences de procédé particulières, les numéros de plan et les informations de révision.

Comment créer un plan d’assemblage de PCB dans Altium Designer ?

Dans Altium Designer, les concepteurs peuvent utiliser Draftsman pour générer automatiquement des vues d’assemblage à partir du document PCB. Draftsman prend également en charge les modèles personnalisés, les tableaux de nomenclature, les notes, les repères, les paramètres de projet et les vues isométriques de la carte.

Quelle est la différence entre ODB++ et IPC-2581 ?

ODB++ est un format propriétaire de données intelligentes pour PCB, tandis qu’IPC-2581 est une norme IPC ouverte et neutre vis-à-vis des fournisseurs, basée sur un XML structuré. Les deux peuvent regrouper les données de fabrication, d’assemblage, de composants, de connectivité, d’empilage, de test et d’inspection dans un seul dossier de fabrication.