Les cartes de circuit imprimé peuvent être de toutes formes et tailles, ce qui pose divers défis aux concepteurs de cartes lors de la construction de la disposition des panneaux. Pour illustrer l'éventail de problèmes possibles, nous présentons 3 cas différents dans lesquels une mauvaise configuration en panneaux a entraîné des difficultés de production sur les sites d'assemblage de Seeed et les solutions ultérieures.
La création de panneaux d'une conception présente de nombreux avantages et, dans certains cas, est obligatoire pour un assemblage automatisé. Il peut être nécessaire de connecter plusieurs copies d’un petit tableau pour obtenir un panneau plus grand afin de répondre aux exigences de taille minimale de l’équipement ou de faciliter la manipulation. Mais cela réduit également les cycles de production nécessaires, ce qui réduit considérablement le temps de montage.
Pour l'assemblage automatisé, les panneaux de circuits imprimés ont besoin de marges d'outillage, servant de rails leur permettant de se déplacer sur les convoyeurs d'une machine à l'autre. Sans ces rails, il serait difficile de contrôler l'alignement des planches et de les maintenir en place. Les marges garantissent également que toutes les parties de la carte individuelle sont accessibles des deux côtés lors de l'assemblage.
Outre la taille et la géométrie de chaque carte, d'autres facteurs tels que la disposition des composants, la résistance des panneaux, la procédure de dépanélisation et les caractéristiques de chaque carte doivent également être pris en compte. Dans notre premier cas, par exemple, le chevauchement partiel de la prise audio et du connecteur micro-USB n’a pas été pris en compte, ce qui rend impossible leur assemblage simultané.
Pour résoudre ce problème, la prise audio a été omise lors de la première étape de refusion, les cartes ont été dépanelisées, puis la prise audio a été remplie manuellement. Bien que les techniciens aient pu respecter les délais impartis pour ce projet, des efforts supplémentaires auraient pu être évités au stade de la conception.
Habituellement, les composants en porte-à-faux ne doivent pas traverser une découpe en V car cela obstruerait la lame de dépanelage utilisée pour séparer les panneaux de l'assemblage du montant du panneau. Mais pour cette conception particulière, il y avait une complication supplémentaire en ce que les deux côtés supérieur et inférieur sont bordés de contacts en or. Ceux-ci doivent également avoir un bord propre pour faciliter l’insertion dans un connecteur. Par conséquent, il n'est pas possible de faire simplement pivoter les planches et de faire couper le v-score le long de ces bords. Un peu de créativité et de compromis ont été nécessaires, ce qui a abouti à la conception ci-dessous:
Remarquez les onglets stratégiquement placés maintenant les panneaux séparés tout en conservant la plus grande résistance possible. Bien que les techniciens doivent retirer manuellement chacun de ces onglets, cette opération est beaucoup plus rapide et moins laborieuse que de devoir souder les jacks audio un à un.
Dans un autre cas, pour réaliser le panneau, des marges d'outillage ont simplement été ajoutées aux côtés supérieur et inférieur de ces grandes planches hexagonales. Cependant, lors de l'assemblage, les ingénieurs ont découvert que le marteau de positionnement des machines Pick and Place ne pouvait pas enregistrer la position du tableau avec précision, ou qu'il n'était pas du tout enregistre la présence du tableau.
L'absence de PCB sur le bord avant du panneau signifiait que le marteau d'arrêt aurait un impact sur un bord incliné, bloquant ainsi les panneaux à des points légèrement différents dans la direction du déplacement. Cette variation rendait difficile pour la caméra de sélection et de positionnement de localiser les repères sur le tableau et de les positionner avec précision.
De manière appropriée, des morceaux de matériau en excès ont été fixés à l’extrémité avant du panneau afin de fournir un bord droit perpendiculaire au marteau. Les futurs modèles de panneaux ont remplacé le matériau des coins en les reliant à l'aide d'onglets perforés.
Dans le troisième et dernier cas, un panneau 3 × 4 de cartes de module de relais Grove SPDT à 2 canaux a été construit. Cependant, la taille et le poids des relais ont fait couler le panneau et s’enrouler vers le milieu. Lors de la refusion et de la soudure à la vague sélective, des défauts de joint et des déformations de la carte ont été observés.
À l'époque, le programme de la machine à souder à la vague avait été peaufiné, mais le taux d'échec de la qualité demeurait élevé. Par la suite, de nombreuses pièces défectueuses ont dû être retravaillées manuellement.
À l’avenir, le panneau a été réduit à une disposition 2 × 4, suffisamment petite pour lui permettre de supporter le poids des relais sans déformation.
Les trois cas différents illustrent l’éventail des problèmes possibles liés aux endroits les moins attendus qui vont au-delà de la conception de circuits imprimés pour la fabrication. De la disposition des composants, de la capacité de l'équipement à la physique du panneau chargé, le concepteur doit comprendre et prendre en compte non seulement le logiciel et le matériel, mais également la fabrication et l'assemblage. Nous appelons cette dernière partie Design for Assembly - une expertise qui est mise en commun par des fabricants agiles tels que Seeed.
Alors, comment les concepteurs peuvent-ils éviter de telles erreurs coûteuses? Bien qu’il n’existe pas de directives infaillibles, il est toutefois utile de garder à l’esprit quelques points de choix lors de la conception d’un panneau.
Forme du panneau: En règle générale, les panneaux doivent être rectangulaires et symétriques autant que possible. Sinon, le déséquilibre et la dissymétrie peuvent créer des zones de faiblesse dans le panneau et causer une déformation ou une concentration du stress dans les zones faibles.
Taille de la carte: Pour la taille, il est recommandé d'adopter une taille de panneau supérieure à 50 x 50 mm et inférieure à 280 x 280 mm. Les tailles minimale et maximale varient d'une machine à l'autre, mais le fait de conserver les dimensions dans cette plage garantit la compatibilité avec la plupart des chaînes d'assemblage et facilite simplement la manipulation des cartes pendant la production. Lorsque les composants sont particulièrement lourds ou que les connexions entre cartes sont faibles, les panneaux plus petits conviennent mieux.
Marges d'outillage: une largeur d'au moins 5 mm de la marge d'outillage sur au moins deux côtés opposés (de préférence le plus long des côtés) est recommandée pour une manipulation plus facile et une plus grande résistance du panneau. En règle générale, des repères de panneau sont ajoutés aux trois coins du panneau sur les marges d'outillage pour l'enregistrement de la machine.
Emplacement des composants: les découpes en V et les trous / onglets de tampon ne doivent pas être ajoutés à proximité des composants. La contrainte appliquée aux cartes pendant le dépanelage peut facilement fracturer le composant ou le joint de soudure. Les composants particulièrement fragiles, tels que les condensateurs en céramique, situés à moins de 5 mm du bord de la carte, doivent faire l'objet d'une attention particulière. Une fente de fraisage peut être introduite directement à côté du composant si vous utilisez des coupes en V pour éviter les points soumis à de fortes contraintes.
La méthode de dépannage: La méthode adoptée pour séparer les planches après assemblage joue également un rôle clé dans les premières décisions en matière de conception. Coupes en V? Onglets et trous de tampon? Manuellement? Automatique? Si vous utilisez une machine de dépannage, par exemple, les planches doivent être espacées et disposées de manière à ce que la lame puisse facilement passer sans heurter les obstacles. Les panneaux doivent également être conçus de manière à pouvoir être facilement démontés après l’assemblage.
En cas de dé-agglomération à la main, les découpes en V et les trous / pattes d'estampage ne doivent pas être ajoutés à proximité des composants, car les contraintes appliquées aux cartes pendant la flexion peuvent facilement fracturer le composant ou le joint de soudure. Les composants particulièrement fragiles, tels que les condensateurs en céramique, doivent se trouver à au moins 5 mm de la découpe en V ou de la languette.
Considérations relatives à la fabrication des circuits imprimés: Un exemple notable: pour réaliser des trous crénelés ou des demi-trous métallisés, les trous doivent être soit sur les bords extérieurs du panneau (pour les procédés de trempage), soit acheminés (pour les demi-trous acheminés). Cela signifie souvent que ces arêtes sont réservées et qu'elles ne peuvent pas être découpées en v ou par des onglets, ce qui peut fortement influer sur la conception du panneau. Certaines personnes peuvent dire qu’un panneau carré avec des demi-trous crénelés sur les quatre côtés ne peut pas être divisé en panneaux, mais un peu de créativité suggère le contraire.
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