Fabrication et assemblage de PCB de qualité industrielle: Guide complet du processus

Dans des domaines haut de gamme comme l'automatisation industrielle, nouvelle énergie, et matériel de communication, PCB de qualité industrielle (Cartes de circuits imprimés) servir de support principal qui prend en charge les composants électroniques et assure un fonctionnement stable de l'équipement. Comparé aux PCB grand public, les PCB de qualité industrielle doivent résister à des environnements de travail beaucoup plus exigeants : cycles de température élevée/basse, humidité et poussière, forte interférence électromagnétique, etc.. Cela impose des exigences extrêmement élevées aux processus de fabrication, sélection des matériaux, et précision d'assemblage.
Cet article fournit un aperçu systématique des éléments essentiels du processus complet de qualité industrielle Fabrication de PCB et assemblage – à partir des normes de conception, processus de fabrication, techniques d'assemblage, et de l'inspection de la qualité à l'assurance de la livraison - pour aider les entreprises à améliorer la fiabilité des produits et la compétitivité du marché.

Préparation: Normes de conception de PCB et principes fondamentaux

La conception est la « source » des PCB de qualité industrielle et détermine directement les difficultés de fabrication, performances du produit, et durée de vie. Les conceptions qui ignorent la fabricabilité entraînent une flambée des coûts et une chute des taux de rendement.; donc, il est essentiel de suivre strictement la conception pour la fabricabilité (DFM) principes tout en répondant aux exigences spécifiques des environnements industriels.

1. Normes de conception de base: Adapté aux besoins des applications industrielles

• Conception d'adaptabilité environnementale:
  Définir les tolérances de température et d'humidité en fonction de scénarios d'application (armoires de commande industrielles, onduleurs photovoltaïques extérieurs, appareils embarqués), et sélectionner des matériaux avec des températures nominales appropriées (Par exemple, FR-4 TG170+ pour les environnements à haute température, PTFE pour la communication haute fréquence). Pour environnements humides, augmentez l'épaisseur du masque de soudure et utilisez des broches de clé plaquées or pour améliorer la résistance à la corrosion.

• EMC (Compatibilité électromagnétique) conception:
  Les environnements industriels impliquent plusieurs appareils fonctionnant simultanément, provoquant souvent des interférences électromagnétiques. Une disposition appropriée est nécessaire pour réduire la diaphonie du signal : circuits analogiques et numériques séparés, utiliser un routage blindé ou différentiel pour les signaux sensibles (Par exemple, signaux du capteur); ajoutez des condensateurs de filtrage dans les boucles de puissance et placez des vias de terre aux nœuds clés pour garantir l'impédance de mise à la terre en dessous 1 Oh.

• Adaptation de la structure mécanique:
  Les équipements industriels ont généralement des limites d'espace d'installation strictes. Conception de PCB doit correspondre précisément aux dimensions du boîtier, réserver les trous de montage et les trous de ventilation pour éviter les interférences avec d'autres composants. Dans des environnements à forte intensité vibratoire (machines-outils, équipement de transport ferroviaire), optimiser Épaisseur du PCB (recommandé ≥1,6 mm) et utilisez un renfort adhésif pour les composants critiques.

2. Considérations clés en matière de conception DFM: Réduire les risques de fabrication

Une collaboration étroite avec le fabricant est nécessaire dès la phase de conception pour spécifier les paramètres de processus suivants et éviter des reprises coûteuses.:

• Largeur et espacement des lignes:
  Les PCB de qualité industrielle transportent souvent un courant élevé (Par exemple, circuits de puissance). La largeur de ligne doit être calculée en fonction de la valeur actuelle (règle générale: 1 mm largeur sous 1 once de cuivre transporte 1 à 1,5 A). L'espacement minimum doit également être respecté (≥0,12 mm pour les procédés standards, jusqu'à 0.08 mm pour les processus de haute précision) pour éviter les courts-circuits.

• Vias et plots:
  Les diamètres des vias doivent correspondre aux tailles des broches – trous traversants standard ≥0,8 mm; Les packages BGA utilisent souvent des vias aveugles/enterrés pour économiser de l'espace. Les tailles de tampons doivent répondre aux exigences de soudure (Pastilles SMT 10 à 20 % plus grandes que les câbles des composants) pour éviter les joints de soudure froids ou faibles.

• Normes de sortie de fichiers:
  Les dossiers soumis aux fabricants doivent être complets, y compris les fichiers Gerber (couches supérieure/inférieure, couches internes, masque de soudure, écran à soigneux), Nager (modèle de composant, emballer, marque), fichiers de coordonnées Pick-and-Place, et spécifications de test pour garantir une communication sans ambiguïté.

Flux de processus et contrôle qualité des PCB de qualité industrielle

Le processus de fabrication des PCB de qualité industrielle est complexe, impliquant des dizaines d'étapes. Chaque étape nécessite un contrôle précis des paramètres du processus pour garantir les performances électriques, résistance mécanique, et durabilité environnementale. Les étapes clés comprennent la préparation du substrat, transfert de motif, gravure, forage, placage, masque de soudure, et sérigraphie.

1. Sélection du substrat et prétraitement: Fondement de la qualité

Le substrat constitue l'épine dorsale structurelle du PCB. Les PCB de qualité industrielle utilisent généralement des matériaux hautes performances:

• Sélection des matériaux:
  Les environnements industriels standards utilisent FR-4 avec TG ≥150 °C; applications à haute température (automobile, aérospatial) utiliser PI (polyimide) avec résistance à la chaleur ci-dessus 260 ° C; les applications de communication haute fréquence utilisent du PTFE avec une constante diélectrique stable.

• Prétraitement:
  Après avoir coupé, les substrats subissent un lavage, dégraissage, et micro-gravure pour éliminer les huiles et les oxydes et augmenter l'adhérence du cuivre au substrat. Cela évite le délaminage ou la formation de cloques au cours des étapes ultérieures..

2. Transfert de motifs et gravure: Reproduction précise des modèles de circuits

Cette étape transfère les circuits conçus sur le substrat, où l'exactitude et la cohérence sont essentielles:

• Transfert de motif:
  La photolithographie sur film sec est utilisée. Un film sec photosensible est appliqué, exposé avec le motif du circuit à l'aide d'une machine d'exposition de haute précision (résolution ≥2 μm), puis développé pour supprimer les zones non exposées.

• Gravure:
  Solutions de gravure acides (Par exemple, chlorure cuivrique) enlever le cuivre exposé, laissant le cuivre protégé former des circuits. Temps et température de gravure (45–55 °C) doit être étroitement contrôlé pour éviter une sous-gravure (cuivre résiduel) ou une gravure excessive (rétrécissement des lignes). La précision de la largeur de ligne est vérifiée pour chaque lot.

3. Forage et placage: Assurer la conductivité et la résistance mécanique

Le perçage crée des connexions intercouches; le placage améliore la conductivité et améliore la durabilité:

• Forage de haute précision:
  Les forets CNC garantissent une précision de ± 0,01 mm pour les trous traversants, vias aveugles, et vias enterré. Les vias borgnes/enterrés nécessitent souvent une combinaison de perçage laser et de perçage mécanique pour éviter toute déviation de position.. L'ébavurage élimine les débris de cuivre qui pourraient provoquer des courts-circuits.

• Placage:
  Comprend du cuivre autocatalytique, placage de panneaux, et placage de motifs. Le cuivre chimique crée une fine couche conductrice (0.5–1 μm) vias intérieurs; le placage des panneaux augmente l'épaisseur globale du cuivre; le placage à motif ajoute du cuivre supplémentaire (≥20 μm) aux plots et aux zones clés pour améliorer la capacité actuelle et la fiabilité de la soudure.

4. Masque de soudure et sérigraphie: Améliorer la protection et l’identification

Ces étapes protègent le PCB et fournissent des marquages, indispensable pour les environnements industriels difficiles:

• Masque de soudure:
  Une encre protectrice résistante à la soudure est appliquée, exposer uniquement les tampons. Les PCB industriels utilisent des températures élevées, masques de soudure à base d'époxy chimiquement résistants (10–20 μm d'épaisseur). Cela réduit l'intrusion d'humidité/poussière et empêche les ponts de soudure..

• Écran à soigneux:
  Identification imprimée (étiquettes des composants, marques de polarité, informations sur le fabricant). L'encre doit être résistante à l'usure et lisible dans les environnements à haute température et à friction; hauteur minimale des caractères ≥0,8 mm.

Assemblage de précision de PCB de qualité industrielle

L'assemblage fixe les composants électroniques (résistances, condensateurs, puces, connecteurs) au PCB. L'assemblage de qualité industrielle doit équilibrer efficacité et fiabilité élevée. Smt (Technologie de montage en surface) et tht (Technologie à travers) sont couramment utilisés ensemble.

1. Préparation avant assemblage: Gestion du matériel et planification des processus

• Inspection des composants:
  Les composants de qualité industrielle doivent répondre à des normes strictes. Dimensions des contrôles d'inspection à l'arrivée, paramètres électriques (capacitance, résistance), et l'apparence (pas de fils pliés/oxydés). Composants critiques (Processeur, appareils électriques) exiger des certificats d'authenticité OEM.

• Fabrication de pochoirs:
  SMT utilise un pochoir en acier inoxydable pour appliquer de la pâte à souder sur les plots. La taille de l'ouverture doit correspondre aux pads (5%–10% plus petit), avec une précision de ±0,02 mm pour garantir un volume de soudure constant.

2. Processus d'assemblage de base: Smt + Coordination THT

(1) Assemblage à montage en surface CMS: Pour miniaturisé, Composants haute densité

Convient aux composants de puces (0402, 0603), BGA, Mf, etc.. Le processus est: impression de pâte à souder → placement → brasage par refusion → inspection AOI.

• Impression à la pâte à souder:
  Pâte à souder (Par exemple, Alliages sans plomb Sn-Ag-Cu) est appliqué sur les tampons à travers le pochoir. Épaisseur de la pâte (0.12–0,15 mm) et l'uniformité sont vérifiées pour éviter une soudure insuffisante ou excessive.

• Placement de haute précision:
  Les machines automatisées de prélèvement et de placement utilisent des systèmes de vision pour monter des composants avec une précision de ± 0,03 mm pour les dispositifs à pas fin. Composants avec >0.1 Le décalage en mm nécessite une correction.

• Soudeur de reflux:
  Les PCB passent par le préchauffage, tremper, culminer, et phases de refroidissement. Température maximale (230–250 °C pour pâte sans plomb) fait fondre la soudure pour former des joints. La vitesse de chauffage doit être de 2 à 3 °C/s pour éviter les chocs thermiques.

(2) Ensemble traversant THT: Pour une haute fiabilité, Composants à courant élevé

Convient aux connecteurs, semi-conducteurs de puissance, et pièces critiques en termes de résistance mécanique.

• Insertion:
  Les fils sont insérés dans des trous et fixés pour empêcher tout mouvement.

• Soudure d'onde:
  Après fluxage, le PCB passe sur des vagues de soudure fondue. La température est contrôlée entre 250 et 270 °C, avec une vitesse de convoyeur de 1 à 1,5 m/min pour éviter des joints de soudure fragiles ou froids.

3. Traitement post-assemblage: Nettoyage et reprise

Résidu de flux (corrosif) doit être enlevé à l’aide d’IPA ou de nettoyants industriels.
Articulations défectueuses identifiées par AOI (Par exemple, joints froids, ponts) nécessite une reprise manuelle, utiliser des fers à souder à température contrôlée (300–350 °C) pour éviter d'endommager les composants ou le PCB.