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Création du PCB

Fabrication d’un PCB (carte vierge)

Voici les principales étapes pour fabriquer un PCB avant l’assemblage des composants.

1. Conception et préparation du design

  • Le circuit est conçu dans un logiciel de CAO électronique (Eagle, KiCad, Altium, etc.).
  • Exportation du design en fichiers Gerber pour la gravure des pistes et le perçage des trous.

2. Choix du matériau de base

  • Support : résine époxy renforcée de fibre de verre (FR4).
  • Couche de cuivre laminée sur une ou deux faces (simple face, double face, ou multicouche).

3. Transfert du motif de circuit

  • Application d’un film photo-résist sur le cuivre.
  • Photolithographie : exposition aux UV à travers un film transparent avec le motif du circuit.
  • Le résiste durcit là où la lumière frappe, les zones non exposées restent solubles.

4. Gravure du cuivre

  • Immersion dans un bain chimique (acide ou peroxyde de fer) pour enlever le cuivre non protégé.
  • Seules les pistes de cuivre correspondant au circuit restent.

5. Perçage

  • Trous pour composants et vias percés avec des machines CNC.
  • Pour les PCB multicouches, les vias sont métallisés pour relier les différentes couches.

6. Déposition de couches supplémentaires (pour PCB multicouches)

  • Superposition de couches de cuivre et isolant.
  • Laminage à chaud pour former un bloc solide.
  • Gravure et connexion des couches internes via les vias.

7. Application du masque de soudure (solder mask)

  • Masque protecteur sur les pistes pour éviter les courts-circuits.
  • Appliqué en photo-résist, exposé aux UV et durci par cuisson.

8. Sérigraphie (silkscreen)

  • Impression des repères, logos, et valeurs de composants.
  • Facilite l’assemblage des composants sur la carte.

9. Finition

  • Revêtement protecteur sur les pads (HASL, ENIG, OSP) pour faciliter la soudure.
  • Découpe de la carte à sa forme finale (routing ou laser).

Assemblage

1. Préparation du PCB

  • Fabrication des pistes, vias et pastilles selon le schéma du circuit.
  • Ajout éventuel de masque de soudure et de marquages (silk screen).

2. Application de la pâte à braser

  • Machine de jetting / dépôt de pâte à braser :
    • Dépose précise de pâte à braser (microbilles d’étain + flux) sur chaque pastille.
    • Le jetting permet un dépôt précis pour pastilles fines ou BGA.

3. Placement des composants

  • Pick and Place :
    • Prend chaque composant (CMS) et le place exactement sur la pâte déposée.
    • Rapidité et précision élevées, pour BGA, LGA, QFN, etc.

4. Soudure des composants CMS

  • Four à refusion (Reflow Oven) :
    • Chauffe le PCB pour faire fondre la pâte à braser.
    • Les composants restent en place grâce à la tension superficielle.
    • Refroidissement pour solidifier les soudures.

Le processus de soudure par refusion pour la technologie CMS comporte quatre étapes principales :

1. Préchauffage (Preheat)

  • Objectif : Chauffer progressivement le PCB et les composants pour éviter les chocs thermiques.
  • Température typique : 150 à 180 °C
  • Durée : 60 à 120 secondes
  • Activité : Augmenter la température uniformément et activer le flux pour éliminer les oxydes.

2. Stabilisation / Soak

  • Objectif : Stabiliser la température sur toute la surface de la carte et préparer les surfaces métalliques.
  • Température : 180 à 200 °C
  • Durée : 60 à 120 secondes
  • Activité : Uniformiser la température des composants et de la carte, éviter les gradients thermiques trop importants.

3. Refusion (Peak)

  • Objectif : Faire fondre la soudure pour créer les connexions électriques.
  • Température : 220 à 250 °C (selon l’alliage)
  • Durée au pic : 30 à 90 secondes
  • Activité : La soudure atteint sa température de fusion et se liquéfie pour former les joints.

4. Refroidissement (Cooling)

  • Objectif : Solidifier rapidement la soudure et stabiliser la carte.
  • Température : Descente contrôlée jusqu’à température ambiante
  • Activité : Refroidissement contrôlé pour éviter fissures thermiques et contraintes mécaniques.

5. Contrôle qualité

  • Rayon X (X-ray inspection) :
    • Inspection des soudures invisibles (BGA, LGA).
    • Détecte soudures manquantes, ponts, billes mal alignées ou défauts internes.

6. Soudure des composants traversants

  • Machine à vague selective (Selective Wave Soldering) :
    • Pour composants traversants ou CMS spécifiques.
    • La vague de soudure fondue touche uniquement les pastilles ciblées.

7. Correction et réparation

  • Machine de rework (Rework Station) :
    • Retrait, remplacement ou ressoudage de composants défectueux.
    • Utilisée après inspection X-ray ou AOI.

8. Nettoyage

  • Machine à lavage (PCB Cleaning Machine) :
    • Élimine les résidus de flux et contaminants.
    • Améliore la fiabilité à long terme.

9. Tests finaux

  • Test électrique / AOI / In-Circuit Testing :
    • Vérifie la connectivité et le fonctionnement des composants.
    • Défauts corrigés via rework si nécessaire.

Résumé du flux principal

  1. PCB préparé
  2. Pâte à braser (jetting)
  3. Pick & Place
  4. Refusion
  5. Inspection X-ray / AOI
  6. Soudure traversante (Selective Wave)
  7. Rework
  8. Lavage
  9. Test final