Introduction
Toute personne travaillant avec des composants, que ce soit en production, en conception ou en application, doit maîtriser la technologie de montage en surface (CMS), car le secteur de l'électronique continue d'évoluer. Ce blog vise à fournir une exploration du CMS en approfondissant sa définition, ses fonctionnalités et un guide étape par étape sur la façon dont il est fabriqué. Que vous soyez un professionnel ou que vous débutiez dans ce domaine, ce tutoriel vous guidera à travers les subtilités du CMS, y compris ses types, ses applications, ses avantages et ses défis. Pour dissiper toute idée fausse, nous discuterons également de certaines directives pour le placement des composants CMS et répondrons aux questions courantes qui se posent.
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
Création du Gerber Les fichiers XY servent de phase dans ce processus. En général, le fichier pick'n'place est généré par le logiciel de conception de PCB en même temps que le fichier graphique Gerber. Les fichiers Gerber, formatés en ASCII, se composent de directives avec des coordonnées d'axe XY spécifiques. Ces fichiers dirigent les machines sur le placement des composants sur le PCB. De plus, le fichier de travail Gerber permet aux concepteurs de définir les détails de la carte qui manquaient auparavant de normalisation et nécessitaient une communication. Ce fichier garantit la transmission de chaque détail, posant ainsi les bases d'un positionnement méticuleux des composants dans les étapes ultérieures de la production SMT.
Impression de pâte à souder
La pâte à souder comprend des amalgames de flux et d'étain utilisés pour joindre des composants montés en surface, avec des pastilles de soudure sur la carte. Cette pâte est administrée sur le PCB via un pochoir à l'aide d'un outil. La raclette coudée, généralement en métal mais parfois en polyuréthane, étale la pâte à souder sur le PCB à travers le pochoir pour assurer le placement des connexions, lors de la soudure.

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
Il s'agit de monter des composants sur la surface du PCB au lieu de les câbler. Les composants spéciaux conçus à cet effet sont regroupés en fonction de Vcc et GND connexions pendant ce processus. Il est important d'éviter de placer des composants à grande vitesse près des bords des cartes pour minimiser les interférences (EMI). De plus, dans les circuits imprimés à grande vitesse, il est recommandé de positionner les composants avec de l'espace autour d'eux pour la circulation de l'air, ce qui contribue à éviter la surchauffe. Le placement correct des composants joue un rôle dans la garantie de la fiabilité et de l'efficacité du dispositif final.
AOI pré-refusion
Positionné juste après l'étape de prélèvement et de placement et avant que les cartes n'entrent dans le four de refusion, Pre-Reflow AOI inspecte les cartes pour détecter d'éventuels défauts de composants. Si des problèmes sont détectés, des inspecteurs manuels examinent et corrigent ces problèmes. Les cartes présentant des défauts de placement sont réparées par les opérateurs, puis réinsérées dans la ligne de production avant la prochaine inspection.

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
Ceci est effectué après la brasage par refusion. Cette méthode d'inspection utilise une caméra pour scanner l'assemblage PCB terminé à la recherche de défauts susceptibles d'entraîner une défaillance de la carte. L'AOI post-refusion permet d'identifier les problèmes tels que les composants mal alignés ou les problèmes de soudure, garantissant ainsi que toute erreur est détectée avant que les cartes ne passent aux étapes suivantes. Elle peut être utilisée à différentes étapes du processus de fabrication, notamment sur les cartes nues, après l'application de la pâte à braser et une fois que la carte est entièrement remplie de composants. Cette inspection approfondie permet de maintenir une qualité et une fiabilité élevées 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 de la technologie de montage en surface (SMT) est le nettoyage des résidus de flux. Ce processus consiste à éliminer tous les résidus de flux restants. flux du PCB pour garantir son bon fonctionnement. L'alcool isopropylique est couramment utilisé comme solvant pour cette tâche. Pour nettoyer le flux, vous pouvez humidifier un coton-tige avec alcool isopropylique et essuyez doucement autour des joints de soudure. Pour les résidus tenaces, vous devrez peut-être imbiber la zone d'alcool et utiliser un pic de nettoyage électronique pour les frotter.
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 diodes, transistorsLes redresseurs contrôlés au silicium (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 le montre amplificateurset contrôlent le flux de courant dans le circuit. Essentiellement, les dispositifs actifs non seulement soutiennent mais améliorent également les performances des circuits électroniques en ajoutant des fonctionnalités et en améliorant l'efficacité.
Électronique inactif
Alors que les composants actifs amplifient la puissance, ces composants, qui incluent résistances, condensateurs, inducteurs, transformateursLes composants passifs, comme les moteurs, ne produisent pas ou n'amplifient pas activement l'énergie. Au lieu de cela, ils stockent et utilisent l'énergie sous forme de tension ou de courant. Contrairement aux composants actifs, les dispositifs passifs ne peuvent pas contrôler le flux de courant ni fournir de gain de puissance, et ils n'ont pas besoin d'une source d'alimentation externe pour fonctionner. Ils fonctionnent avec un gain 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 soutien des circuits électroniques sans altérer leurs caractéristiques fondamentales.
Forme étrange
Dans la technologie de montage en surface, les composants de forme inhabituelle sont ceux qui ont des formes, des tailles ou des poids uniques qui les rendent difficiles à manipuler avec des machines de prélèvement et de placement standard. Ces composants, qui peuvent inclure de gros connecteurs, des transformateurs ou d'autres pièces non standard, nécessitent souvent une manipulation spéciale car leurs dimensions ne correspondent pas aux processus d'assemblage automatisés typiques. À mesure que la complexité des appareils électroniques augmente, il est devenu crucial de trouver de meilleures façons d'automatiser le placement de ces composants de forme inhabituelle. Voici quelques exemples de composants de forme inhabituelle CMS:
-
- 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
Il est couramment utilisé dans l'électronique grand public, comme les smartphones et les ordinateurs portables, où il permet de produire des appareils compacts et fiables. Dans les télécommunications, le CMS est essentiel pour créer les composants hautes performances que l'on retrouve dans les équipements réseau. Droit médical Les appareils bénéficient de la précision de SMT, garantissant que les équipements critiques de surveillance de la santé fonctionnent avec précision. industriel Systèmes de contrôle, SMT prend en charge les processus d'automatisation complexes avec des composants fiables et durables. aérospatial et les systèmes de défense utilisent le SMT pour sa capacité à répondre à des exigences strictes en matière de performances 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 se pose souvent si le matériau de finition utilisé n'est pas de haute qualité. Une mauvaise finition peut entraîner joints de soudure faibles, ce qui rend les CMS plus susceptibles de se détacher de la carte. Pour éviter cela, il est essentiel d'utiliser des matériaux de finition de haute qualité pour garantir une soudure solide et fiable et maintenir 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 appareils qui se fixent directement sur les surfaces du PCB. Différents types sont disponibles, notamment SOP (Small Outline Package), SOT (Small Outline Transistor) et QFP (paquet plat quadruple). Chaque type a des dimensions et des modèles de montage spécifiques qui doivent être adaptés sur le PCB. Les boîtiers de circuits intégrés CMS nécessitent souvent des PCB conçus sur mesure avec des motifs de cuivre précis pour garantir une soudure et un fonctionnement corrects. En sélectionnant le bon boîtier et en vous assurant qu'il correspond à la conception de votre PCB, vous pouvez obtenir 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 ?
THT et SMT Il existe deux méthodes utilisées pour assembler des composants sur des circuits imprimés. La technique THT consiste à insérer les fils des composants dans des trous percés dans le PCB et à les souder sur le côté, créant ainsi une connexion solide. D'autre part, la technique SMT permet de monter les composants directement sur la surface du PCB à l'aide de pâte à souder, ce qui permet d'obtenir une densité de composants plus élevée dans un espace. Bien que la technique SMT soit plus efficace en termes d'espace et adaptée à la production automatisée, elle nécessite généralement une automatisation moins coûteuse que la technique THT. En raison du processus d'automatisation de la technique THT et de ses coûts plus élevés, 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 implique plusieurs méthodes en raison de leur petite taille et de leurs codes variables. En règle générale, les composants CMS sont marqués de codes alphanumériques qui indiquent leur type et leur valeur. Pour examiner ces minuscules composants, utilisez une loupe ou un microscope pour lire clairement les marquages. Reportez-vous à la fiche technique du composant pour obtenir des spécifications détaillées, notamment brochage et des recommandations d'utilisation. Faites attention 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 la taille et la forme, avec des guides de référence ou des 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.
Pour aller plus loin
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.