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Introduction
Toute personne travaillant avec des composants – que ce soit en production, en conception ou en application – se doit de maîtriser la technologie de montage en surface (CMS), compte tenu de l'évolution constante du secteur de l'électronique. Ce blog a pour objectif d'explorer la CMS en abordant sa définition, son fonctionnement et en proposant un guide étape par étape de sa fabrication. Que vous soyez un professionnel aguerri ou un débutant dans ce domaine, ce tutoriel vous expliquera en détail les subtilités de la CMS, notamment ses types, ses applications, ses avantages et ses défis. Afin de dissiper toute idée fausse, nous aborderons également des recommandations pour le placement des composants CMS et répondrons aux questions les plus fréquentes.
Qu'est-ce que la technologie de montage en surface ?
Cette technologie est également connue sous le nom de montage planaire en électronique. Cette technique innovante élimine le recours aux méthodes de perçage en fixant les composants électriques sur la surface d'un PCB nu. En utilisant des lignes d'assemblage automatisées, le montage en surface offre un moyen plus efficace de fixer et de souder des composants sur des circuits imprimés. Sa précision dans le placement des composants et sa capacité à créer des conceptions ont fait du montage en surface la technologie dominante dans l'assemblage de circuits imprimés. Grâce aux progrès des techniques d'assemblage des composants, les circuits imprimés sont désormais produits avec des dimensions, un poids réduit et une fiabilité accrue.
Qu'est-ce qu'un montage en surface ?
Il s'agit d'un composant conçu pour être soudé sur le côté d'un PCB. Grâce à cette méthode, les composants électriques peuvent être fixés directement sur la surface d'un PCB. Au cours de ce processus, les fils ou les broches des composants sont soigneusement soudés sur la carte pour établir les deux connexions électriques. L'efficacité et la compacité offertes par le montage en surface en font une technologie adoptée pour l'encapsulation des circuits imprimés dans les appareils électroniques.
Processus de fabrication de la technologie de montage en surface
Après avoir expliqué ce que signifie SMT, découvrons-en plus sur son processus. Cette approche méthodique garantit que chaque circuit imprimé fabriqué répond aux normes de qualité et de fiabilité.
Fichier Gerber / XY
La création des fichiers Gerber et XY constitue une étape importante de ce processus. Le fichier de placement est généralement généré par le logiciel de conception de circuits imprimés, en même temps que le fichier Gerber. Les fichiers Gerber, au format ASCII, contiennent des directives avec des coordonnées XY précises. Ces fichiers indiquent aux machines comment placer les composants sur le circuit imprimé. De plus, le fichier Gerber permet aux concepteurs de définir des détails de carte qui, auparavant, n'étaient pas standardisés et nécessitaient une communication précise. Ce fichier garantit la transmission de chaque détail, ce qui permet un positionnement précis des composants lors des étapes ultérieures de la production CMS.
Impression de pâte à souder
La pâte à braser est composée de flux et d'amalgames d'étain utilisés pour assembler les composants CMS (composants montés en surface) aux pastilles de soudure de la carte. Cette pâte est appliquée sur le circuit imprimé à l'aide d'un pochoir et d'un outil. La raclette coudée, généralement en métal mais parfois en polyuréthane, étale la pâte à braser sur le circuit imprimé à travers le pochoir afin de garantir le positionnement précis des connexions lors du brasage.
Inspection de la pâte à souder
Le SPI est une étape qui utilise l'imagerie 3D pour inspecter la qualité de la pâte à souder sur les circuits imprimés. Il vérifie les défauts tels que les rayures, les taches ou les nodules et mesure le volume, la surface, la hauteur, la forme et l'alignement de la pâte tout en identifiant les problèmes tels que les ponts ou les débordements. Cette inspection est essentielle pour éviter la formation de billes de soudure qui pourraient potentiellement endommager le PCB.
Placement des composants
Cette technique consiste à monter les composants sur la surface du circuit imprimé plutôt que de les câbler directement. Lors de ce processus, les composants spécifiques conçus à cet effet sont regroupés en fonction de leurs connexions Vcc et GND . Il est important d'éviter de placer les composants haute vitesse près des bords du circuit imprimé afin de minimiser les interférences électromagnétiques ( EMI ). De plus, sur les circuits imprimés haute vitesse, il est recommandé de prévoir un espace suffisant autour des composants pour permettre une bonne ventilation et ainsi éviter la surchauffe. Un placement correct des composants est essentiel pour garantir la fiabilité et l'efficacité du dispositif final.
AOI pré-refusion
Située juste après l'étape de placement des composants et avant l'entrée des cartes dans le four de refusion, l'inspection optique automatisée (AOI) pré-refusion vérifie la présence de défauts de composants sur les cartes. En cas de problème, des inspecteurs manuels examinent et corrigent les anomalies. Les cartes présentant des défauts de placement sont réparées par les opérateurs puis réintégrées dans la chaîne de production avant l'inspection suivante.
soudage par refusion
L'assemblage est chauffé dans un four de refusion en quatre étapes principales : préchauffage, trempage thermique, refusion et refroidissement. Pendant le préchauffage, la carte se réchauffe progressivement. Le trempage thermique assure une répartition uniforme de la température. Au cours de l'étape de refusion, la pâte à braser fond et forme une connexion solide entre les composants et le PCB. Enfin, le refroidissement solidifie les joints de soudure, complétant ainsi le processus. Cette méthode garantit des connexions solides et fiables, essentielles pour les appareils électroniques de haute qualité.
AOI après refusion
Cette inspection est réalisée après le brasage par refusion . Elle utilise une caméra pour scanner la carte PCB assemblée et détecter les défauts susceptibles d'entraîner une défaillance. L'inspection optique automatisée post-refusion (AOI post-refusion) permet d'identifier des problèmes tels que des composants mal alignés ou des défauts de brasage, garantissant ainsi la détection de toute erreur avant le passage aux étapes suivantes. Elle peut être utilisée à différentes étapes du processus de fabrication : sur les cartes nues, après l'application de la pâte à braser et une fois la carte entièrement équipée de composants. Cette inspection approfondie contribue à maintenir la qualité et la fiabilité du produit final.
Inspection aux rayons X
Contrairement à l'inspection visuelle externe, les rayons X peuvent pénétrer à travers plusieurs couches d'un PCB, ce qui permet d'examiner les couches internes et l'emballage. Cela le rend particulièrement utile pour inspecter les joints de soudure complexes et les fixations de composants qui ne sont pas visibles à la surface. L'inspection aux rayons X révèle des détails importants, tels que les joints de soudure cachés et les composants structurels des cartes multicouches, garantissant que tout est correctement assemblé et fonctionne correctement. Les rayons X étant des ondes électromagnétiques à courte longueur d'onde et à haute fréquence, ils peuvent traverser des objets solides comme les PCB pour fournir une vue détaillée de la structure interne de la carte.
Nettoyage des résidus de flux
Après l'inspection aux rayons X, l'étape suivante du processus de fabrication en technologie de montage en surface (CMS) consiste à nettoyer les résidus de flux. Ce processus implique d'éliminer tout résidu de flux de la carte de circuit imprimé afin d'assurer son bon fonctionnement. L'alcool isopropylique est couramment utilisé comme solvant pour cette opération. Pour nettoyer le flux, imbibez un coton-tige d' alcool isopropylique et nettoyez délicatement les joints de soudure. En cas de résidus tenaces, il peut être nécessaire d'imbiber la zone d'alcool et d'utiliser un outil de nettoyage électronique pour les éliminer.
Revêtement enrobant
La dernière étape consiste à appliquer un matériau léger sur les circuits imprimés pour créer une couche protectrice. Ce revêtement protège les circuits imprimés et les composants d'une série de facteurs environnementaux, tels que la chaleur, l'humidité, la lumière ultraviolette, les contaminants chimiques et les matériaux abrasifs. Fabriqué à partir d'un film polymère spécial, le revêtement conforme garantit que les appareils électroniques restent sûrs et fonctionnels malgré les conditions défavorables.
Types de technologie de montage en surface
Maintenant que vous connaissez le processus de fabrication du SMT, découvrons-en plus sur ses différents types. Le SMT comprend plusieurs types, chacun conçu pour des objectifs différents en électronique.
Interconnect
Les cartes d'interconnexion sont un type spécialisé de technologie de montage en surface (SMT) conçu pour les connexions de circuits complexes. Ces PCB multicouches sont utilisés pour créer des connexions complexes entre différentes cartes imprimées, formant souvent des angles de 90 degrés. Cette méthode permet de placer davantage de composants sur un seul côté de la carte. Les cartes d'interconnexion présentent une densité de câblage élevée, avec des microvias plus petits, des espaces plus fins et une densité plus élevée de plots de connexion. Cette conception permet de gérer des circuits complexes dans des espaces compacts, ce qui les rend idéales pour les applications électroniques avancées où une utilisation efficace de l'espace et une connectivité élevée sont cruciales.
Électronique active
Les composants électroniques actifs transforment et injectent de la puissance ou de l'énergie dans un circuit. Des composants tels que les diodes , les transistors , les thyristors (SCR), les circuits intégrés (CI) et les sources de tension ou de courant produisent et gèrent activement l'énergie électrique. Ils peuvent fournir un gain de puissance, comme dans les amplificateurs , et contrôler le flux de courant au sein du circuit. En résumé, les dispositifs actifs non seulement soutiennent, mais aussi améliorent les performances des circuits électroniques en ajoutant des fonctionnalités et en optimisant leur rendement.
Électronique inactif
Alors que les composants actifs amplifient la puissance, ces composants, tels que les résistances , les condensateurs , les inductances , les transformateurs et les moteurs, ne produisent ni n'amplifient activement l'énergie. Ils stockent et utilisent plutôt l'énergie sous forme de tension ou de courant. Contrairement aux composants actifs, les composants passifs ne peuvent ni contrôler le flux de courant ni fournir de gain de puissance, et ils ne nécessitent aucune source d'alimentation externe pour fonctionner. Leur gain est inférieur à 1, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas amplifier les signaux. En tant qu'accepteurs d'énergie, les composants passifs jouent un rôle essentiel dans la stabilisation et le maintien des circuits électroniques sans en altérer les caractéristiques fondamentales.
Forme étrange
En technologie de montage en surface (CMS), les composants de forme atypique présentent des formes, des dimensions ou des poids uniques qui rendent leur manipulation difficile avec les machines de placement standard. Ces composants, tels que les connecteurs de grande taille, les transformateurs ou autres pièces non standard, nécessitent souvent une manipulation spéciale car leurs dimensions ne correspondent pas aux processus d'assemblage automatisés classiques. Face à la complexité croissante des dispositifs électroniques, il est devenu crucial de trouver de meilleures solutions pour automatiser le placement de ces composants de forme atypique. Voici quelques exemples de CMS de forme atypique :
- IC
- Fusible
- Oscillateur à cristal
- transformateur
- Inductance
- Triodes
- DEL
- Diode
- Condensateur
- Résistance réseau
- Puce à bord
Les applications de la technologie de montage en surface
Elle est couramment utilisée dans l'électronique grand public, notamment pour les smartphones et les ordinateurs portables, où elle contribue à la fabrication d'appareils compacts et fiables. Dans les télécommunications, la technologie SMT est essentielle à la création de composants haute performance présents dans les équipements réseau. Les dispositifs médicaux bénéficient de la précision de la SMT, garantissant ainsi le bon fonctionnement des équipements de surveillance de la santé. Dans les systèmes de contrôle industriels , la SMT prend en charge des processus d'automatisation complexes grâce à des composants fiables et durables. Enfin, les systèmes aérospatiaux et de défense utilisent la SMT pour sa capacité à répondre à des exigences strictes en matière de performance et de fiabilité.
Les avantages de la technologie de montage en surface
La technologie de montage en surface offre plusieurs avantages importants qui en font un choix privilégié dans la fabrication de produits électroniques modernes. Voici quelques-uns de ses avantages :
Efficacité et productivité
Cette technologie offre des avantages considérables en termes d'efficacité et de productivité, principalement en raison de l'utilisation d'équipements automatisés. Le CMS permet une production rapide et continue, ce qui contraste fortement avec les méthodes d'assemblage manuelles. Les machines automatisées peuvent placer les composants sur le circuit imprimé rapidement et avec une grande précision, ce qui permet des cycles de production plus rapides et une efficacité globale plus élevée. Cette automatisation accélère non seulement le processus d'assemblage, mais garantit également une qualité constante, ce qui fait du CMS une solution très efficace pour répondre aux exigences de fabrication à grande échelle.
Densité de composants plus élevée
Contrairement aux méthodes traditionnelles qui utilisent des trous traversants, la technologie SMT permet de placer les composants directement sur la surface du PCB sans obstruer l'espace de routage. Cela signifie qu'un plus grand nombre de composants peuvent être regroupés, ce qui permet au circuit imprimé d'être beaucoup plus compact et léger.
Économies de coûts
La technologie SMT permet de réaliser des économies de coûts considérables dans le secteur de la fabrication en simplifiant le processus de production. La technologie SMT regroupe plusieurs étapes en une seule, réduisant ainsi le nombre d'étapes de traitement nécessaires. Cela permet un assemblage plus rapide, moins de défauts et des retouches plus simples, ce qui contribue à des rendements de fabrication plus élevés et à une augmentation du rendement. En minimisant ces étapes et en améliorant l'efficacité, la technologie SMT contribue à réduire les coûts de production globaux, ce qui en fait un choix plus économique pour l'assemblage de composants électroniques.
Les inconvénients de la technologie de montage en surface
Bien que la technologie de montage en surface offre de nombreux avantages, elle présente également certains inconvénients qui méritent d'être pris en compte. Ces facteurs sont également importants à prendre en compte lors de l'évaluation du montage en surface pour des applications spécifiques.
Small Power
L'un des inconvénients de la technologie de montage en surface (CMS) réside dans ses limites pour les applications à faible puissance. La technologie CMS n'est pas adaptée aux composants à haute puissance qui génèrent une chaleur importante. En effet, la conception compacte de la technologie CMS peut entraîner une mauvaise dissipation de la chaleur, ce qui peut provoquer une surchauffe et affecter les performances ou la longévité des composants. Pour les circuits qui nécessitent une puissance élevée et génèrent une chaleur importante, d'autres méthodes de montage peuvent être plus appropriées pour garantir une gestion efficace de la chaleur et un fonctionnement fiable.
Petit volume
Un autre inconvénient de la technologie de montage en surface est lié aux composants de petit volume. En raison de la nature compacte du montage en surface, il peut parfois être difficile de trouver des composants spécifiques, ce qui peut entraîner des limitations de conception. L'espace limité et la petite taille des composants CMS peuvent restreindre la disponibilité de certaines pièces, ce qui rend leur approvisionnement plus difficile. Cela peut compliquer le processus de conception et nécessiter des ajustements pour s'adapter aux composants disponibles, ce qui peut affecter la fonctionnalité globale ou la conception du circuit imprimé.
Facilement endommagé
L'un des principaux inconvénients de la technologie de montage en surface (CMS) est que la carte est facilement endommagée pendant la réparation. En effet, les composants CMS sont petits et fragiles, ce qui les rend plus susceptibles d'être endommagés s'ils sont mal manipulés. Lorsque des réparations sont nécessaires, la taille compacte et la fragilité de ces composants peuvent les rendre difficiles à utiliser, ce qui augmente le risque de dommages accidentels.
Composants faciles à tomber
Ce problème survient souvent lorsque le matériau de finition utilisé est de mauvaise qualité. Une finition médiocre peut engendrer des soudures fragiles , ce qui augmente le risque de desserrage ou de détachement des composants CMS de la carte. Pour éviter cela, il est essentiel d'utiliser des matériaux de finition de haute qualité afin de garantir des soudures robustes et fiables et de préserver l'intégrité des composants sur le circuit imprimé.
Difficulté des tests et des retouches
La petite taille des composants CMS complique les tests et les réparations. Les circuits imprimés avancés comportent souvent de nombreux composants regroupés les uns à côté des autres, ce qui peut compliquer l'accès et le travail sur les pièces individuelles. Cette densité augmente la difficulté d'identifier et de résoudre les problèmes, ainsi que d'effectuer des tests approfondis. Par conséquent, garantir la précision et la fiabilité de ces cartes densément regroupées nécessite des outils et des techniques spécialisés, ce qui ajoute à la complexité du processus de fabrication.
Directives pour le placement des composants SMT
Pour garantir un assemblage CMS réussi, il est essentiel de suivre un ensemble de directives de placement des composants CMS. Le respect de ces directives permet d'éviter les problèmes liés à l'intégrité du signal et à la fabricabilité.
Taille CMS
Lors du placement de composants dans la technologie de montage en surface, il est important de prendre en compte la taille des CMS pour s'assurer qu'ils s'adaptent correctement au circuit imprimé. Le système de code impérial est souvent utilisé pour spécifier les tailles des CMS. Dans ce système, chaque taille de composant est représentée par un nombre à trois chiffres : les deux premiers chiffres indiquent la largeur du composant, tandis que le dernier chiffre représente sa hauteur. En comprenant et en utilisant ces spécifications de taille, vous pouvez vous assurer que tous les composants sont correctement alignés et s'adaptent bien à la carte, évitant ainsi les problèmes pendant le processus d'assemblage.
Boîtiers CMS
Les types de boîtiers CMS décrivent les caractéristiques physiques des composants qui se fixent directement sur la surface du circuit imprimé. Il en existe différents types, notamment SOP (Small Outline Package), SOT (Small Outline Transistor) et QFP (Quad Flat Package). Chaque type possède des dimensions et des schémas de montage spécifiques qui doivent être respectés sur le circuit imprimé. Les boîtiers de circuits intégrés CMS nécessitent souvent des circuits imprimés sur mesure avec des pistes de cuivre précises pour garantir un soudage et un fonctionnement optimaux. En choisissant le bon boîtier et en veillant à sa compatibilité avec la conception de votre circuit imprimé, vous obtiendrez un assemblage plus fiable et plus efficace.
Techniques de soudure
Il est important de prendre en compte différentes techniques de soudure pour garantir une connexion fiable. Plusieurs méthodes sont disponibles : la soudure à la flamme utilise une flamme pour faire fondre la soudure ; le brasage au four consiste à chauffer les composants dans un four ; la soudure par résistance électrique utilise des courants électriques pour créer de la chaleur ; la soudure par induction utilise des champs électromagnétiques pour chauffer la soudure ; la soudure par refusion fait fondre la pâte à souder à l'aide d'un four à refusion ; la soudure au laser utilise des lasers pour un chauffage précis ; et la soudure à la main est effectuée manuellement avec un fer à souder.
Questions fréquemment posées sur SMT
Après avoir discuté de ce qu'est la technologie de montage en surface, de ses types, de ses avantages et de ses inconvénients, vous avez peut-être encore quelques questions en tête.
Quelle est la différence entre THT et SMT ?
Les techniques THT et SMT sont deux méthodes d'assemblage de composants sur circuits imprimés. La technique THT consiste à insérer les pattes des composants dans des trous percés dans le circuit imprimé et à les souder latéralement pour créer une connexion robuste. La technique SMT, quant à elle, monte les composants directement sur la surface du circuit imprimé à l'aide de pâte à braser, ce qui permet une densité de composants plus élevée. Bien que la technique SMT soit plus compacte et adaptée à la production automatisée, elle nécessite généralement une automatisation moins coûteuse que la technique THT. En raison de son processus d'automatisation et de son coût plus élevé, la technique SMT est souvent privilégiée pour les conceptions à haute densité.
Pourquoi la technologie de montage en surface est-elle avantageuse par rapport à la technologie de trou traversant ?
Le CMS peut conduire à des économies de coûts et à des temps d'assemblage plus rapides. Les composants CMS peuvent être placés à une vitesse dépassant souvent des milliers par heure, tandis que le THT permet généralement plus d'un millier de placements par heure. De plus, les composants CMS ont une empreinte au sol. Occupent moins d'espace sur le circuit imprimé, ce qui réduit les coûts et permet des conceptions plus compactes. D'autre part, les composants THT sont plus grands. Ils nécessitent plus d'espace, ce qui entraîne des cartes plus grandes et plus chères. Dans l'ensemble, le CMS est connu pour son efficacité, sa fiabilité et sa rentabilité
Quelle est la différence entre CMS et SMT ?
La distinction entre CMS et SMT réside dans leur fonctionnement dans le domaine de la fabrication. Un CMS, qui signifie dispositif monté en surface, désigne un élément situé à la surface d'une carte de circuit imprimé. D'autre part, SMT se rapporte à l'approche utilisée pour fixer ces CMS sur la carte. Essentiellement, SMT consiste à monter des composants tels que des CMS sur une carte de circuit imprimé. Alors que SMT traite de la technologie ou du processus d'assemblage, SMD désigne spécifiquement le type de composant utilisé.
Quand utiliser la technologie de montage en surface ?
Cette technologie est idéale pour les situations où l'automatisation et la conception compacte sont essentielles. Étant donné que la technologie CMS fixe les composants directement à la surface du circuit imprimé, elle permet des connexions plus fines et plus rapprochées par rapport à la technologie à trous traversants. Elle convient à la production de masse. Elle est efficace et peut être un processus d'assemblage automatisé. Si vous recherchez une méthode de fabrication rentable ou si vous devez concevoir des appareils électroniques plus petits et plus compacts, la technologie CMS est la solution idéale.
Comment identifier les dispositifs à montage en surface ?
L'identification des composants montés en surface (CMS) fait appel à plusieurs méthodes en raison de leur petite taille et de la diversité des codes utilisés. Généralement, les composants CMS sont marqués de codes alphanumériques indiquant leur type et leur valeur. Pour examiner ces composants minuscules, utilisez une loupe ou un microscope afin de lire clairement les marquages. Consultez la fiche technique du composant pour obtenir des spécifications détaillées, notamment le brochage et les recommandations d'utilisation. Portez une attention particulière aux codes alphanumériques ou aux symboles présents sur le composant, qui révèlent souvent sa valeur et son type. Pour une identification précise, comparez les caractéristiques physiques du CMS, telles que sa taille et sa forme, avec les guides de référence ou les fiches techniques.
Les composants CMS peuvent-ils être utilisés dans des applications haute puissance ?
Les composants à montage en surface ne sont généralement pas adaptés aux applications à haute puissance. En effet, la plupart des composants CMS présentent de très faibles jeux entre leurs pastilles, ce qui limite leur capacité à gérer des tensions et des courants élevés. Pour les applications à haute puissance, les composants dotés de jeux plus importants et de conceptions robustes, tels que les composants traversants, sont généralement préférés pour garantir des performances et une sécurité fiables.
Existe-t-il des limitations de taille pour les composants CMS ?
Oui, il existe des limites de taille pour les composants à technologie de montage en surface (CMS). Bien que la technologie CMS permette des conceptions très petites et compactes, ces composants minuscules peuvent présenter des défis lors de l'assemblage et de l'inspection. Leur petite taille et leurs nombreuses soudures les rendent difficiles à inspecter efficacement. Par exemple, les boîtiers BGA (Ball Grid Array), qui ont des billes de soudure cachées en dessous, sont particulièrement difficiles à inspecter. De plus, l'équipement d'inspection CMS peut être assez coûteux, ce qui complique encore davantage le processus.
Conclusion
En conclusion, la technologie de montage en surface (SMT) offre des avantages considérables pour la fabrication électronique moderne, notamment une efficacité accrue, une conception compacte et des économies de coûts. Cependant, elle présente également des défis tels que la manipulation de composants plus petits, la difficulté d'inspection et les limites des applications à haute puissance. Comprendre les différences entre les méthodes de montage en surface et les méthodes traditionnelles à trous traversants, ainsi que reconnaître les directives spécifiques pour le placement des composants, permet de tirer parti des avantages du montage en surface tout en tenant compte de ses limites. Une identification correcte des composants et une prise en compte minutieuse de leur taille et de leur application garantissent une mise en œuvre et une optimisation réussies du montage en surface dans diverses conceptions électroniques.
