Qu'est-ce que la technologie de montage en surface ?
La technologie de montage en surface (CMS) est une méthode d'assemblage et de production largement utilisée dans l'industrie électronique. Elle consiste à fixer des composants électroniques directement sur la surface d'un circuit imprimé. Ces composants sont conçus pour une fixation directe, ce qui élimine le besoin de câblage ou d'insertion par trous, contrairement aux méthodes d'assemblage traditionnelles. La CMS utilise des techniques de production automatisées, comme le brasage par refusion , pour souder les composants directement sur la surface du circuit imprimé. Cette approche efficace et économique est devenue la méthode de choix pour la production en grande série d'électronique grand public.
SMT VS SMD : quelle est la différence ?
Dans le secteur de la fabrication électronique, les acronymes SMT et SMD sont souvent confondus. Ils ne diffèrent que par une lettre, mais en pratique, SMT désigne le procédé de fabrication, tandis que SMD est l'abréviation de « composants montés en surface », qui désigne l'un des composants de cette technologie. Les composants montés en surface comprennent divers types de boîtiers tels que les puces, les boîtiers SOP, SOJ, PLCC, LCCC, QFP, BGA , CSP, etc.
Un composant CMS (composant monté en surface) est un petit composant fixé sur une carte électronique . Plus petits que les composants précédents, ils répondent à la demande du marché pour des appareils électroniques plus petits, plus rapides et moins chers. Les composants précédents étaient non seulement plus volumineux, mais leur application nécessitait également un processus différent et plus lent. Alors que les versions précédentes utilisaient des fils conducteurs traversant le circuit imprimé, les broches des composants CMS sont soudées à la carte. Cela permet une utilisation plus efficace de l'espace disponible, car il n'est plus nécessaire de percer des trous et les deux faces de la carte deviennent exploitables. La technologie de montage en surface a été créée pour offrir une solution efficace et précise.
Comparaison de la technologie de montage en surface et de la technologie traversante
La technologie des trous traversants (THT) est depuis longtemps un élément incontournable de la fabrication électronique, réputée pour ses connexions robustes et fiables. Dans l'assemblage THT, les composants sont insérés dans les trous du circuit imprimé, puis leurs broches sont soudées sur la face opposée. Cette méthode est la norme depuis des décennies, notamment pour les composants tels que les connecteurs et les commutateurs qui nécessitent stabilité mécanique et robustesse.
Cependant, l'industrie électronique a connu ces dernières années une évolution significative vers la technologie de montage en surface (CMS). Cette technologie moderne consiste à fixer les composants directement sur la surface du circuit imprimé, éliminant ainsi le besoin de trous et permettant de créer des circuits imprimés plus compacts. Si ces techniques partagent un objectif commun, leur approche diffère sensiblement :
- La technologie de montage en surface a grandement contribué à résoudre les problèmes d’espace courants dans le montage traversant.
- Le nombre de broches a considérablement augmenté dans la technologie de montage en surface par rapport à ses homologues plus anciens.
- Avec la technologie de montage en surface, les composants sont sans broches et montés directement sur la surface de la carte. Dans le trou traversant, les broches de l'élément sont connectées à la carte de câblage.
- Les pastilles en surface dans la technologie de montage en surface ne sont pas utilisées pour la connexion des couches sur les cartes de circuits imprimés.
- Les composants de la technologie à trous traversants sont plus grands, ce qui entraîne une densité de composants plus faible par unité de surface. La densité d'assemblage obtenue avec la technologie de montage en surface est très élevée, ce qui permet de monter des composants des deux côtés si nécessaire.
- La technologie de montage en surface a rendu possibles des applications qui semblaient impossibles avec un trou traversant.
- La technologie de montage en surface est adaptée à la production de masse et peut réduire le coût d'assemblage de l'unité, ce qui est impossible avec la technologie à trous traversants.
- Grâce à la technologie de montage en surface, l'obtention de circuits plus rapides est facilitée grâce à sa taille réduite. Cette technologie répond à l'une des principales exigences marketing tout en permettant la fabrication de circuits hautes performances dans un format très compact.
Applications de la technologie de montage en surface sur PCB
Aujourd'hui, il est rare de trouver un appareil électronique qui n'utilise pas la technologie CMS. Celle-ci a permis la miniaturisation et l'amélioration des performances des appareils grand public comme les smartphones et les tablettes. Au-delà des téléphones portables, les composants CMS permettent des fonctionnalités sophistiquées dans presque tous les secteurs. Les constructeurs automobiles s'appuient sur des composants CMS robustes pour surveiller les systèmes et fournir un retour d'information sur les performances en temps réel. Les ingénieurs aérospatiaux utilisent des composants CMS légers pour instrumenter les systèmes de vol tout en garantissant leur fiabilité dans des conditions extrêmes. Les fabricants de dispositifs médicaux s'appuient sur la technologie CMS pour concevoir des dispositifs portables et implantables qui sauvent des vies.
De plus, la technologie SMT a joué un rôle déterminant dans les innovations en matière d'éclairage LED. Cette technologie a permis la création de solutions d'éclairage efficaces et polyvalentes, telles que des réseaux d'ampoules personnalisables et des bandes lumineuses intégrées. L'innovation des solutions d'éclairage LED basées sur la technologie SMT offre un potentiel d'amélioration considérable de l'efficacité énergétique.
Bien que le montage en surface (CMS) repose sur des machines sophistiquées pour un assemblage automatisé précis, il s'avère être un procédé de fabrication polyvalent. À mesure que l'électronique gagne en puissance et en compacité, la technologie de montage en surface (CMS) restera indispensable, propulsant l'innovation dans tous les secteurs.
Avantages et inconvénients du SMT
Dans l'industrie, elle a largement remplacé la méthode de construction à trous traversants, c'est-à-dire le circuit imprimé avec composants filaires insérés dans le trou.
Avantages
• Miniaturisation
La taille et le volume des composants électroniques montés en surface sont bien inférieurs à ceux des composants à interpolation traversante. En général, la taille et le volume des composants à interpolation traversante peuvent être réduits de 60 à 70 %, et certains composants peuvent même être réduits de 90 %. Parallèlement, leur poids peut être réduit de 60 à 90 %.
• Vitesse de transmission du signal élevée
Les composants assemblés par montage en surface offrent non seulement une structure compacte, mais aussi une densité de sécurité élevée. Lorsque le circuit imprimé est collé des deux côtés, la densité d'assemblage peut atteindre 5-5-20 soudures par centimètre carré. Les circuits imprimés CMS permettent une transmission de signaux à haut débit grâce aux courts-circuits et aux faibles délais. De plus, les circuits imprimés assemblés CMS sont plus résistants aux vibrations et aux chocs. Ils sont essentiels pour le fonctionnement ultra-rapide des équipements électroniques.
• Effet haute fréquence
L'élément ne possédant pas de conducteurs ou des conducteurs courts, les paramètres de distribution du circuit sont réduits, tout comme les interférences RF.
• La technologie de montage en surface est bénéfique pour la production automatique, améliore le rendement et l'efficacité de la production
La standardisation, la sérialisation et la cohérence des conditions de soudage des composants de puces permettent une automatisation poussée de la technologie de montage en surface. Les défaillances des composants lors du soudage sont considérablement réduites et la fiabilité améliorée.
• Coût matériel inférieur
La plupart des composants CMS coûtent moins cher à emballer que les composants THT de même type et de même fonction, grâce à une meilleure efficacité des équipements de production et à une consommation réduite de matériaux d'emballage. Par conséquent, le prix de vente des composants CMS est inférieur à celui des composants THT.
• Simplifier les processus de production et réduire les coûts de production.
Lors de leur installation sur circuit imprimé , il n'est pas nécessaire de plier, de façonner ou de raccourcir les fils conducteurs des composants, ce qui simplifie le processus et améliore la productivité. Le coût de fabrication d'un même circuit fonctionnel est inférieur à celui de l'interpolation traversante, permettant généralement de réduire le coût total de production de 30 à 50 %.
Désavantages
• Les petits espaces peuvent rendre les réparations plus difficiles.
Cela ne garantit pas que la soudure résistera aux composés utilisés lors de l'enrobage. Les connexions peuvent se rompre ou non lors de cycles thermiques.
• Les composants qui génèrent de grandes quantités de chaleur ou qui supportent des charges élevées ne doivent pas être montés en surface car la soudure fond à haute température.
La soudure s'affaiblit également sous l'effet des contraintes mécaniques. Par conséquent, les composants en contact direct avec l'utilisateur doivent être câblés à l'aide d'une fixation physique passant par le trou.
Étapes générales du processus SMT
La technologie de montage en surface (CMS) consiste à fixer des composants électroniques à la surface d'un circuit imprimé (PCB). Elle consiste à souder l'assemblage CMS à la plaque par refusion. Le processus d'assemblage CMS commence dès la conception, où de nombreux composants sont sélectionnés et le PCB est conçu à l'aide de logiciels tels qu'Orcad ou Capstar.
• Préparation et inspection du matériel
Préparez le SMC et le PCB, vérifiez les défauts. Les PCB ont généralement des plots de brasage plats, généralement en étain-plomb, en argent ou en or, sans trous, appelés plots.
• Préparation du modèle
La maille en acier est utilisée pour fixer la position de la pastille lors de l'impression de pâte à braser. Elle est fabriquée selon la position prévue de la pastille sur le circuit imprimé.
• Impression de pâte à souder
La première machine installée en production est l'imprimante de pâte à braser. Conçue pour appliquer la pâte à braser sur les pastilles de soudure appropriées du circuit imprimé à l'aide d'un gabarit et d'un racleur, cette méthode est la plus répandue. Cependant, la pulvérisation gagne en popularité, notamment auprès des sous-traitants où elle ne nécessite pas de gabarit et où les modifications sont plus aisées. La pâte à braser, généralement composée de flux et d'un mélange d'étain, sert à connecter les pastilles de soudure des composants SMC et des circuits imprimés. Elle est adaptée aux circuits imprimés et aux puces grâce à un racleur permettant une application de pâte à braser sous un angle de 45° à 60°.
• Inspection de la pâte à souder
La plupart des presses à pâte à souder proposent une détection automatique, mais selon la taille du circuit imprimé, ce processus peut être long ; il est donc généralement préférable d'opter pour une machine séparée. Le système de détection interne de l'imprimante à pâte à souder utilise la technologie 2D, tandis que la machine SP dédiée utilise la technologie 3D pour une détection plus précise, incluant le volume de pâte à souder de chaque pastille, et pas seulement la zone d'impression.
• Emplacement des composants
Une fois le nombre de soudures correct sur le circuit imprimé confirmé, on passe à l'étape suivante du processus de fabrication : le placement des composants. Chaque composant est extrait de son boîtier à l'aide d'une buse à vide ou de serrage, contrôlé par un système visuel et placé à grande vitesse dans une position programmée.
• Inspection de la première pièce (FAI)
L'un des nombreux défis auxquels sont confrontés les fabricants de circuits imprimés est le premier assemblage ou l'inspection de la première pièce (FAI) pour vérifier les informations client, une étape qui peut être chronophage. Cette étape est cruciale, car toute erreur non détectée peut entraîner d'importantes reprises.
• Soudage par refusion
Une fois le positionnement de tous les composants vérifié, l'assemblage du circuit imprimé est transféré vers la soudeuse par refusion. En chauffant l'assemblage à une température suffisante, toutes les connexions de soudure électrique sont réalisées entre le composant et le circuit imprimé. Cette étape semble être la plus simple du processus d'assemblage, mais un profil de reflux correct est essentiel pour garantir des joints de soudure acceptables, sans surchauffe ni endommagement des pièces ou de l'assemblage.
• Nettoyage et inspection
Nettoyer la carte après le soudage et vérifier l'absence de défauts. Retravailler ou réparer les défauts et stocker les produits. Les équipements courants liés à la CMS comprennent une loupe, un ancien maître (inspection optique automatique), un testeur à aiguille volante, un appareil à rayons X et d'autres machines d'inspection optique connectables à la machine pour ajuster la position des composants, ainsi que des machines SPI connectables à l'imprimante pour ajuster les gabarits d'alignement des circuits imprimés.
Mot de la fin
Comme nous l'avons vu, la technologie de montage en surface (CMS) a révolutionné la conception et la fabrication de composants électroniques ces dernières décennies. Le passage du montage traversant au CMS a permis une innovation constante, donnant naissance à des dispositifs plus petits, plus performants et dotés de fonctionnalités plus avancées. Si les subtilités du CMS peuvent paraître complexes pour les novices en développement de matériel électronique, collaborer avec une entreprise d'assemblage de circuits imprimés expérimentée comme MOKO Technology simplifie considérablement le processus. Notre usine de fabrication est équipée de machines de pointe pour le montage en surface, comme illustré ci-dessous. Grâce à notre expertise en fabrication CMS haute densité et à nos contrôles qualité rigoureux, nous vous accompagnons de la conception du prototype à la production en série.
