Fabrication de PCB : quelle place pour la soudure à la vague ?

En grandissant, j’avais parfois l’impression d’être un gosse de l'armée. 

Mon père était dans l'armée de l'air, et non dans l'armée régulière, et nous n'avons déménagé que quelques fois. Pourtant, chaque fois que nous avons déménagé dans une nouvelle ville, je faisais face aux mêmes défis. Essayer de m'intégrer dans un nouvel environnement constitué de nouvelles personnes.

Du point de vue de la conception du PCB, essayer d'en apprendre davantage sur la fabrication et l'assemblage des PCB et sur le rôle que jouent certains procédés peut être similaire. Il est avantageux lors de nos étapes de conception et de développement d'appliquer de bonnes pratiques de conception pour la fabrication (DFM ou Design For Manufacturing) de nos PCB afin d'assurer leur fiabilité. 

Il est donc important de savoir par quoi et comment le processus de fabrication peut être affecté.

Bien que la fabrication des PCB s’effectue selon des étapes clairement définies, il existe des techniques et matériaux alternatifs qui peuvent être et sont appliqués par différents fabricants.

La méthode de soudage utilisée pour fixer vos composants est l'un de ces procédés. La plus connu et la plus utilisé au fil des ans est la soudure à la vague, qui présente un certain nombre d’avantages et d’inconvénients. 

Jetons un coup d'œil aux processus de fabrication et d'assemblage des PCB et voyons comment vous pouvez concevoir votre carte de manière à ce que la soudure à la vague puisse s'y adapter facilement.

Procédé de fabrication de PCB : comment sont fabriqués les circuit imprimés ?

L'objectif de la fabrication de circuits imprimés est de convertir votre design informatique en un dispositif utilisable, le PCB, qui contient les composants choisis et la bonne connectivité. La fabrication est le premier procédé ici. Au cours de ce processus, la carte est préparée afin que vos composants y soient fixés. Chaque étape s'appuie sur la précédente pour créer un PCB qui contient toutes les pistes, les trous de perçage, les pastilles de composants et toutes images supplémentaires, comme les logos ou le texte.

La première étape du processus de fabrication d’un circuit imprimé consiste à mettre en forme une image de la structure. Cette image doit être identique à celle que vous avez créée dans le logiciel et peut être imprimée sur la carte ou sur une image superposée. 

L'étape suivante consiste à graver la couche interne. Au cours de cette étape, l'excès de cuivre est retiré des couches internes du panneau, de sorte qu'il ne reste que les pistes de cuivre.

L'étape suivante consiste à ajouter toutes les couches qui constitueront la carte : c’est l'empilage. À ce stade, le PCB a été construit avec toutes les couches internes. L'étape suivante consiste au perçage des trous, dont les vias et les trous de montage. Une fois cette étape terminée, la gravure de la couche externe est effectuée, ce qui laisse des pistes de cuivre sur la couche de surface. Avec les trous percés, le revêtement métallique peut être fait pour les vias.

Vient ensuite le masquage de la soudure, ceci permet de couvrir toutes les zones de la carte sur lesquelles la soudure ne doit pas être appliquée. L'étape de la sérigraphie est celle où les symboles, les indicateurs de la broche 1, les logos et d’autres images sont ajoutés. 

Enfin, la carte est nettoyée et tous les débris sont balayés. Une couche protectrice est également ajoutée pour la protection : c’est l'étape de finition du processus de fabrication des PCB. À ce stade, la fondation sur laquelle vos composants seront fixés, par soudage, est prête.

Processus de fabrication d’un PCB (circuit imprimé)

Savoir comment optimiser votre processus de fabrication et d’assemblage de PCB vous permettra d'avoir une vision plus claire des objectifs finaux de votre produit.

Assemblage de PCB et soudure à la vague

Une fois fabriquée, votre carte est prête à recevoir les composants. Chaque étape du processus d'assemblage sert à la fixation de vos composants sur le circuit imprimé. La méthode la plus efficace pour fixer des composants est le soudage. Ceci est valable aussi bien pour les composants pour montage à trous traversants que pour les composants pour montage en surface (SMD ou Surface Mount Devices).

La méthode de soudage utilisée pour les composants lors d’un montage à trous traversants ou d’un montage en surface (SMD) est généralement différente. Le processus d'assemblage peut varier légèrement en fonction des composants de votre design. 

Cependant, le processus global peut généralement être défini par un ensemble spécifique d'étapes. La première chose à faire sur la carte fabriquée est d'appliquer une première couche de soudage. Si votre conception les inclut, les SMD sont placés de manière à être connectés aux pastilles appropriées. Pour sécuriser les SMD,  on refond la soudure :elle est chauffée dans un four pour former des connexions.

À ce stade, les connexions sont inspectées pour assurer une bonne connectivité. Si nécessaire, des retouches (soudage manuel ou repositionnement des composants) sont effectuées. 

Ensuite, les composants d’un montage à trous traversant sont montés, si votre conception les inclut. Pour fixer les composants d’un montage à trous traversants, une forme de soudure à la vague peut être réalisée : c’est la meilleure utilisation de cette technique.

Il peut s'agir d'un soudage à la vague sur toute la carte, si votre conception comporte tous les composants à trous traversants et qu’ils sont suffisamment espacés ou d'un soudage à la vague sélectif lorsqu'une pulvérisation en jet dirigé est utilisée pour appliquer la soudure. Une fois de plus, une inspection des connexions des composants est effectuée. 

Tout excès de débris ou autres contaminants potentiels sont éliminés par lavage et les cartes sont séparées en unités individuelles.

Fabrication de circuits imprimés, assemblage et soudure à la vague

Le soudage à la vague est la première méthode automatisée permettant de bien fixer les composants sur des PCB. 

Au fil des ans, cette méthode a été adoptée afin de s’adapter à l'évolution des types et tailles de composants. Aujourd'hui, la soudure à la vague rivalise avec d'autres méthodes qui ont principalement été mise au point pour améliorer la précision de l'application de la soudure. 

En fonction du choix de vos composants dans la structure de votre carte, le soudage à la vague pourrait être la meilleure technique à appliquer pour l'assemblage de votre PCB.

Voici les avantages de la soudure à la vague :

• Vitesse - comme tous les composants d'une zone donnée sont soudés en même temps, cette méthode est plus rapide que celle nécessitant une soudure de chaque pastille.
• Montage de composants à trous traversants - conçu pour souder simultanément plusieurs composants à trous traversants.

Et voici ses inconvénients:

• Manque de précision - des ponts de soudure peuvent se former entre les pastilles rapprochées nécessitant une reprise.
• Utilisation des ressources - nécessite plus de soudure, de flux et d'énergie que d'autres processus.

Pour résoudre ces problèmes, le soudage sélectif à la vague a été mis au point et consiste à appliquer le soudage par pulvérisation à jet pour fournir une application ciblée. Ceci permet d'appliquer le soudage à la vague là où la précision est requise.

La place de la soudure à la vague dans la fabrication et l’assemblage des PCB.

Comme pour toutes les conceptions de PCB, les principes d’une conception pour la fabrication (DFM) doivent être appliqués. Il peut s'agir notamment de faciliter l'application de la soudure à la vague pour l'intégrer dans la fabrication du circuit imprimé de votre carte.

La fabrication et l'assemblage de PCB sont destinés à créer une plate-forme et à y monter vos composants pour que votre conception fonctionne comme prévu. Avec vos choix de composants et leur type, un bon pack progiciel de conception de circuits imprimés comme Altium et un bon outil de création, vous disposez de tous les outils nécessaires pour faciliter l'application du soudage à la vague qui permet de bien fixer vos composants.