Assemblage/traitement SMT à grande vitesse

Principes fondamentaux et valeur du SMT à grande vitesse

Équipements et technologies critiques

• Impression de pâte à souder de haute précision :​ Il s'agit de la première et essentielle porte de qualité. À l'aide de pochoirs découpés au laser avec des tolérances aussi serrées que ± 0,001 mm, la pâte à souder est déposée sur les plots du PCB. Les imprimantes avancées intègrent des systèmes d'inspection optique automatisée (AOI) 3D juste après l'impression pour mesurer le volume, la hauteur et la surface des dépôts de pâte en temps réel. Cette boucle de rétroaction immédiate permet d'effectuer des corrections avant que les composants ne soient placés, évitant ainsi la majorité des défauts potentiels tels que des ponts de soudure ou une pâte insuffisante.
• Systèmes avancés de placement de composants :​ Le placement à grande vitesse est obtenu grâce à deux types d'équipement principaux travaillant en tandem. Les lanceurs de puces à grande vitesse sont dédiés au placement de petits composants passifs tels que des résistances et des condensateurs (de taille 01005 à 0402) à des vitesses extrêmes, en utilisant souvent des configurations de tourelles à plusieurs têtes pouvant atteindre plus de 100 000 CPH. Les placeurs flexibles ou multifonctions gèrent une plus large gamme de composants, depuis les circuits intégrés à pas fin (QFP, BGA) avec des pas allant jusqu'à 0,3 mm jusqu'aux grands connecteurs. Ces machines utilisent des systèmes de vision avancés, souvent avec une résolution inférieure au millimètre, pour centrer avec précision chaque composant avant le placement, atteignant des précisions de placement de ± 0,025 mm ou mieux.
• Soudage par refusion contrôlé avec précision :​ Après le placement, le PCB traverse un four de refusion multizone. Le profil de température exact, soigneusement géré par les zones de préchauffage, de trempage, de refusion et de refroidissement, est crucial. La température maximale, généralement comprise entre 245°C et 260°C pour les soudures sans plomb, doit être contrôlée à quelques degrés près pour garantir des joints de soudure fiables sans endommager les composants sensibles à la chaleur. Les fours avancés sont dotés d'environnements d'inertage à l'azote (N2) pour améliorer la qualité des joints de soudure et réduire les défauts, en particulier pour les composants avec un nombre élevé de broches ou un pas très fin.

Stratégies d'optimisation pour une efficacité maximale

• Équilibrage de la ligne de production et optimisation des logiciels :​ L'objectif est de garantir qu'aucune machine ne devienne un goulot d'étranglement. Un logiciel spécialisé analyse la nomenclature (BOM) et les données CAO pour répartir de manière optimale les composants sur tous les placers de la ligne. Cela équilibre la charge de travail afin que toutes les machines terminent leurs cycles de placement simultanément, maximisant ainsi l'efficacité globale de la ligne. De plus, le logiciel optimise la trajectoire de mouvement de chaque tête de placement, la séquence de ramassage des composants et la disposition des alimentateurs pour minimiser la distance et le temps de déplacement, augmentant ainsi considérablement la vitesse de placement effective.
• Manutention automatisée intégrée des matériaux :​ Pour prendre en charge une fabrication continue et sans interruption, les systèmes automatisés sont essentiels. Cela comprend des véhicules à guidage automatique (AGV) pour déplacer les panneaux entre les stations et des systèmes automatisés de stockage et de récupération (ASRS) pour les composants. Les systèmes de convoyeurs intégrés avec transporteurs aériens « lift-and-shift » peuvent créer des lignes de production modulaires qui réduisent le temps de transport sans valeur ajoutée et permettent des configurations de lignes flexibles.
• Contrôle et surveillance rigoureux des processus :​ Les données sont au cœur de l'amélioration continue. Le contrôle statistique des processus (SPC)​ est appliqué à des paramètres clés tels que le volume de pâte à souder et la précision du placement. Les données des machines sont collectées et analysées​ pour prédire les besoins de maintenance (maintenance prédictive) et identifier les dérives subtiles des processus avant qu'elles n'entraînent des défauts, minimisant ainsi les temps d'arrêt imprévus.

Systèmes d’assurance qualité et d’inspection

• Inspection optique automatisée en ligne (AOI) :​ Les systèmes AOI sont déployés après la refusion pour numériser rapidement les cartes. À l’aide de caméras haute résolution et d’algorithmes complexes, ils recherchent des défauts tels que des composants manquants, un mauvais alignement, des chutes et des ponts de soudure. Les systèmes AOI modernes utilisent l'imagerie 3D pour mesurer la hauteur du filet de soudure, fournissant ainsi une évaluation de la qualité plus complète.
• Inspection aux rayons X pour les joints cachés :​ Pour les composants avec des terminaisons sous le corps, comme les Ball Grid Arrays (BGA) et certains boîtiers QFN, l'inspection aux rayons X est essentielle. Il peut révéler des défauts cachés tels que des billes de soudure, des vides ou un mauvais mouillage qui sont invisibles pour l'AOI, garantissant ainsi la fiabilité des composants les plus critiques et souvent les plus coûteux de la carte.

Tendances et orientations futures

• IA et apprentissage automatique : des algorithmes d'IA sont intégrés aux systèmes d'inspection pour améliorer la précision de la reconnaissance des défauts et réduire les faux appels. De plus, l'IA est utilisée pour le contrôle prédictif des processus, où le système apprend des données de production pour ajuster automatiquement les paramètres de la machine pour des performances optimales.
• IoT industriel (IIoT) et jumeaux numériques :​ La connexion de tous les équipements à une plate-forme centrale permet de surveiller en temps réel l'efficacité globale des équipements (OEE). Le concept de jumeau numérique (un modèle virtuel de la ligne de production) permet aux ingénieurs de simuler et d'optimiser les calendriers de production, les introductions de nouveaux produits et les configurations de ligne sans perturber la ligne physique.
• Initiatives de développement durable :​ L'industrie s'oriente progressivement vers une fabrication « verte » . Cela inclut l'adoption généralisée de pâtes à souder sans plomb conformes aux directives RoHS, l'utilisation de produits chimiques de nettoyage à faible teneur en COV (composés organiques volatils) et la mise en œuvre de systèmes de récupération d'énergie dans les fours de refusion pour réduire l'empreinte carbone des opérations de fabrication.