PCBA : PROCESSUS D’ASSEMBLAGE OU MONTAGE DE PCB

Terminologie

En règle générale, on appelle PCB (Printed Circuit Board) le support physique sur lequel sont placés des composants électroniques et/ou électriques, reliés entre eux par des pistes conductrices imprimées (généralement en cuivre) sur ce support. Dans le cadre du développement d’un produit électronique, la carte PCB est généralement considérée comme un composant critique à part entière de la conception. On parle parfois de « PCB assemblée » ou encore de PCBA (Printed Circuit Board Assembly) pour désigner une carte dont les composants sont déjà intégrés. Le processus de fabrication pour le montage ou l’assemblage de PCB est désigné par l’acronyme PCBA (PCB Assembly en anglais), la technologie SMT (Surface Mount Technology) étant aujourd’hui majoritairement utilisée, en combinaison avec la technologie THT lorsque le produit l’exige.

Ainsi, sont généralement appelés :

PCB : Printed Circuit Board

Printed Circuit Board. Carte de circuit imprimé Carte, platine ou PCB sans composants

PCBA : PCB Assembly

Processus d’assemblage des composants sur la carte PCB ou carte entièrement assemblée (quelle que soit la technologie des composants à monter, SMD ou TH).

SMT : Surface Mount Technology

Surface Mount Technology. Technologie utilisée tout au long du processus de montage en surface

SMD : Surface Mount Device

Dispositif ou composant destiné au montage en surface

SMA: Surface Mount Assembly

Assemblage ou montage de cartes électroniques équipées de composants SMD

THT: Through-Hole Technology

Technologie à trous traversants

Notions basiques sur les PCB

De manière extrêmement résumée, et en laissant de côté les autres sous-processus impliqués, le processus PCBA débute toujours avec le circuit imprimé (PCB) en tant que support de base. Cet élément est constitué de plusieurs couches distinctes et alternées, chacune jouant un rôle crucial dans la fonctionnalité finale de la PCBA :

Substrat

C’est le matériau de base de la carte PCB, qui lui confère sa rigidité. Il s’agit de matériaux à noyau diélectrique présentant une faible conductivité électrique. Cette couche est généralement simplement appelée « diélectrique ».

Cuivre

Une très fine couche de cuivre est ajoutée sur chaque surface du substrat (sur une face pour une carte PCB simple face, ou sur les deux faces pour une PCB double face). Ensuite, à partir de la documentation de conception et d’un processus de fabrication rigoureux, seules subsisteront sur ces faces les pistes conductrices, les trous traversants ainsi que les pastilles (pads) ou empreintes figurant dans la documentation technique du produit (fichiers Gerber).

Masque de soudure

Une couche isolante est appliquée sur la surface de cuivre non destinée à la soudure lors du processus d’assemblage, afin de la protéger et d’éviter tout court-circuit lié à la soudure. Ce masque confère à la carte PCB sa couleur verte caractéristique, bien qu’il puisse être de n’importe quelle teinte. Cette option est d’ailleurs recommandée pour différencier, par couleur, les prototypes de laboratoire, de conception et de production, ainsi que pour distinguer les équipements d’une pré-série de ceux issus d’une production en série.

Sérigraphie

Enfin, une dernière couche de sérigraphie est ajoutée, comprenant généralement des marquages ou étiquettes sous forme de caractères, symboles ou codes. Ceux-ci facilitent l’identification des composants une fois montés, précisent leur fonction, ainsi que les données de fabrication, la traçabilité, etc.
Hormis le substrat, ces matériaux sont habituellement présents dans toutes les cartes PCB. Le substrat d’une carte PCB peut varier en fonction des spécifications et des caractéristiques de conception, telles que le type d’application, la fonctionnalité, le coût et la flexibilité requise. Ainsi, les différents types de PCB se déclinent comme suit :

PCB Rigide

Il est le plus utilisé pour la majorité des PCBA. La solidité du substrat confère rigidité et épaisseur à la carte PCB. Sa faible flexibilité provient des différents matériaux qui la composent, la fibre de verre (communément appelée FR4) étant la plus utilisée. D’autres matériaux, comme les époxys et les phénoliques, sont souvent privilégiés pour leur coût réduit, bien qu’ils offrent une durabilité moindre comparée au FR4.

PCB Flexible

Ils offrent une bien plus grande flexibilité. Le matériau couramment utilisé pour ces PCB est un thermoplastique, tel que le Kapton, offrant différents degrés de flexibilité selon les besoins ou applications (supports semi-rigides).

PCB à Noyau Métallique

Ils constituent une alternative au FR4 dans les applications nécessitant une dissipation thermique plus efficace au niveau de la carte, ce qui protège également mieux les composants électroniques les plus sensibles à la chaleur.

PCB Multicouche

Il s’agit généralement d’une carte PCB rigide, fabriquée par superposition de plusieurs couches des matériaux évoqués précédemment, assemblées par pressage pour former la PCB finale.

Technologies d’assemblage ou de montage des PCB

Actuellement, deux technologies principales prédominent dans l’industrie pour le montage ou l’assemblage des PCB, domaines dans lesquels Trelec possède une solide expertise et un savoir-faire reconnu :

Technologie de Montage en Surface (SMT) :

Grâce à cette technologie, les composants électroniques SMD, beaucoup plus petits et légers, sont placés à l’aide de machines robotisées Pick & Place directement sur la surface de la carte PCB, précisément aux emplacements définis (« empreintes » ou pads) dans la documentation technique, où une quantité exacte de pâte à souder a préalablement été déposée. Cette pâte à souder permet d’assurer la position précise du composant sur la carte PCB en attendant la soudure finale.

 

Cette technologie réduit considérablement la nécessité d’utiliser des composants à trous traversants (Through-Hole, TH), permettant ainsi de créer des circuits beaucoup plus complexes et compacts, ce qui se traduit par des dispositifs finaux plus performants et de taille réduite. De plus, le processus d’assemblage ou de montage utilisant la technologie SMT est nettement plus rapide, reproductible et rentable que l’assemblage traditionnel avec des composants TH.


Cette technologie concerne une large gamme de composants électroniques de montage en surface (SMD – Surface Mount Device), incluant notamment résistances, condensateurs, diodes, transistors, circuits intégrés, BGA, µBGA, FPGA, etc., des composants pouvant atteindre des dimensions aussi réduites que 0,4 mm x 0,2 mm (format métrique 0402).

Technologie Through-Hole (THT) :

Cette technologie est bien plus ancienne et s’applique généralement lorsque, pour des raisons techniques, il est impossible d’utiliser des composants SMD équivalents. Les composants TH sont plus volumineux et possèdent des broches qui s’insèrent dans les trous traversants prévus lors de la fabrication de la carte PCB. Ces broches sont ensuite soudées sur la face arrière de la carte PCB, le processus d’assemblage THT se distinguant clairement de celui SMT ou d’un assemblage mixte.