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Techniques

Des circuits imprimés fiables

Publication: 20 novembre

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Un facteur essentiel qui détermine la qualité du produit final...
 

Pour qu’un produit électronique fonctionne, il est essentiel que les circuits imprimés qu’il intègre soient fiables. Si un PCB est défaillant, il y a de fortes chances que le produit qu’il équipe cesse de fonctionner. Cette newsletter s’intéresse aux méthodes permettant d’obtenir la fiabilité voulue.

La fiabilité joue un rôle essentiel dès le début du processus de fabrication des circuits imprimés. Si un PCB présente un problème de fiabilité, le produit final lui-même est menacé. Il est donc primordial de bien faire les choses dès le départ. Essayer d’améliorer la fiabilité une fois que le produit est conçu et en production peut considérablement augmenter les coûts pour son propriétaire. Dans certains cas, par exemple avec les équipements médicaux ou les véhicules à moteur, il peut même s’agir d’une question de vie ou de mort.

« Une fois le produit fini assemblé et livré, on peut dire que le PCB est un composant oublié. A ce stade, on peut facilement oublier que de petites choses cachées comme un PCB, peuvent avoir une incidence sur la fiabilité du produit final », explique Ryan Pellow, directeur commercial chez NCAB au Royaume-Uni.

Prévenir les problèmes à temps

Fabriquer des PCB fiables, c’est avant tout prendre en compte le plus tôt possible dans le processus de production tous les aspects susceptibles d’affecter la fiabilité. Si des problèmes de conception apparaissent, c’est le meilleur moment pour les résoudre.

« On ne peut pas comparer un circuit imprimé à d’autres composants. Sa conception a été adaptée à un produit spécifique et à une application précise. En tant que composant, son rôle est vital. Une bonne conception de carte améliore la fiabilité du produit final et réduit le risque de défaillance », affirme Ryan Pellow.

« Pour garantir la fiabilité des cartes, nous devons appliquer des règles de conception sur la base de ce que les fabricants de PCB peuvent réaliser dans la pratique. Ainsi, nous pouvons proposer au client la meilleure implantation de carte et nous assurer qu’il bénéficie du produit et le plus fiable et au meilleur rapport qualitéprix », explique Steve Shipway, directeur technique chez NCAB au Royaume-Uni.

À mesure que la technologie évolue, on obtient des solutions de plus en plus complexes. Aujourd’hui, les composants présents sur les cartes sont incroyablement petits, et on peut y intégrer davantage de technologie. Plus la technologie d’une carte est complexe, plus la construction et la fabrication deviennent complexes.

« Le point le plus important sur lequel mettre l’accent de s’assurer que la piste et l’isolement sur la carte sont adaptés à l’épaisseur de cuivre requise. Compte-tenu du type de utilisés aujourd’hui, la piste et l’isolement doivent être plus petits, ce qui signifie qu’il faut utiliser moins de cuivre, » souligne Steve Shipway.

Avant d’aller trop loin dans la conception, il est essentiel que les concepteurs sachent exactement ce qui est réalisable. Si des modifications doivent être apportées à l’empilement des couches, par exemple si des zones de haute puissance sont nécessaires sur la carte, celle-ci doit être conçue de sorte que ces sections se trouvent dans les couches internes. Il faut éviter les couches extérieures, car c’est là que se trouvent les composants à pas fin. Cette approche facilite la fabrication de la carte.

« Plus la technologie est évoluée, plus les efforts requis pour concevoir la carte de manière optimale sont importants. C’est la seule façon de s’assurer que son fonctionnement sera fiable », explique Steve Shipway.

« Dans les produits à haute technologie, il y a très peu de marge d’erreur, les tolérances appliquées dans chaque processus étant moindres. C’est pourquoi tous les aspects de la conception des PCB doivent être renforcés. Une meilleure conception améliore la fiabilité du produit et réduit le risque de défaillance », affirme Ryan Pellow.

Faire appel à l’usine adaptée à la technologie de la carte Une fois la conception terminée, on ne fait généralement pas appel à la même usine pour lui demander de fabriquer une carte plus évoluée. Il faut trouver un fabricant qui possède les capacités et les compétences appropriées pour produire le type de carte en question.

« Bien que les procédés de fabrication d’un circuit imprimé double face & HDI soient similaires, la technologie diffère fortement. Pour assurer la fiabilité, l’usine a besoin d’un niveau plus élevé de compréhension et de contrôle du processus de fabrication », explique Steve Shipway.

Parallèlement, on doit s’efforcer de concevoir les cartes de sorte qu’elles puissent être fabriquées en toute fiabilité par le plus d’usines possible. Ainsi, on peut obtenir de meilleurs délais de livraison et mieux appréhender les coûts, tout en maintenant la qualité.

« La fabrication de circuits imprimés est souvent un défi lorsqu’il faut appliquer la toute dernière technologie requise par les fabricants de composants. C’est pourquoi il est important d’éviter de faire des choses inutiles », affirme Steve Shipway qui cite un exemple : « S’il est possible d’éviter les conceptions contenant six ou sept couches différentes de vias borgnes ou enterrés pour suivre un BGA [composant] et le réduire à une carte multicouche standard, il ne faut pas hésiter. On élimine ainsi tous les processus de perçage et de métallisation supplémentaires, ce qui réduit considérablement les coûts, tout en améliorant la faisabilité de fabrication du produit. »

« Une conception intelligente vous permet de maintenir vos options de fabrication ouvertes, et de transférer la production d’une usine à une autre, ce qui réduit l’exposition aux risques. Si une usine affiche de mauvaises performances ou fait face à quelque problème que ce soit, vous pouvez déplacer la production dans une autre usine. Ce qu’il faut surtout éviter, c’est qu’une conception de circuit imprimé vous oblige à faire appel à une seule usine », déclare Steve Shipway.

Des exigences rigoureuses qui dépassent les normes de l’industrie

L’un des facteurs permettant d’obtenir des circuits imprimés fiables consiste à s’assurer qu’ils répondent aux exigences de la norme industrielle IPC. NCAB Group va au-delà de cette norme, en appliquant sa propre spécification de produit standard. Celle-ci comprend actuellement jusqu’à 103 exigences et critères différents que les usines doivent respecter lorsqu’elles fabriquent pour NCAB. Il s’agit d’un document mis à jour en permanence qui est développé et amélioré en collaboration avec les clients. Certaines exigences sont bien plus strictes que celles de l’IPC classe 2.

« Les circuits imprimés ne peuvent pas être traités comme les autres composants car de très nombreux paramètres doivent être pris en compte. La norme industrielle IPC s’applique à de nombreux types de produits, d’exigences et de niveaux de performance différents. Dans le cas des PCB, elle ne peut pas tout couvrir. Mais pour le propriétaire du produit, une carte peu fiable comporte d’énormes risques c’est pourquoi, il convient de prendre en compte tous les aspects », explique Ryan Pellow.

« Au fil des années, NCAB a accumulé une mine de connaissances sur les facteurs ayant une incidence sur la qualité et la fiabilité des cartes. Il peut s’agir du choix du matériau, de l’épaisseur réelle de cuivre dans le trou, du masque de soudure utilisé dans la fabrication ou du choix du vernis épargne pelable permettant d’obtenir le meilleur résultat final, etc... C’est ce genre de connaissances que NCAB a compilées dans sa spécification d’exigences standard. »

« Elle couvre des domaines spécifiques où un degré de contrôle plus élevé est nécessaire. Par exemple, les usines doivent utiliser uniquement des marques approuvées pour les matériaux utilisés dans la fabrication. Pour la métallisation des trous, une épaisseur de cuivre de 25 μm doit être obtenue, ce qui va au-delà de l’IPC classe 2. Aucune piste soudée ou réparation de circuit ouvert n’est autorisée si les cartes doivent être approuvées et si des facteurs tels que la propreté sont requis. »

« Nous définissons également des exigences cosmétiques claires pour les circuits imprimés. Des rayures sur la carte peuvent suggérer des problèmes de précision et d’attention lors du processus de fabrication, ce qui est susceptible d’affecter la fiabilité », poursuit Ryan Pellow. Liberté sous responsabilité - et contrôle

Il n’est pas toujours facile de s’y retrouver dans toutes les exigences imposées à une usine. Par exemple, il peut sembler judicieux de spécifier un matériau précis d’une marque donnée pour assurer un contrôle adéquat. Cela peut sembler contradictoire, mais dans un tel cas, il peut être en réalité préférable de se contenter d’une norme IPC (IPC 4101) et d’un certain nombre de marques approuvées.

« L’usine sera alors libre de choisir le matériau avec lequel elle possède la plus grande expérience et qui convient le mieux à ses process de fabrication. Contraindre une usine à faire un choix spécifique peut entraîner des problèmes, car cela pourrait avoir un impact sur la fiabilité de sa production, par rapport à l’utilisation d’un matériau qu’elle maîtrise », explique Ryan Pellow.

Il est également important de disposer de son propre personnel et de sa propre expertise dans les usines, afin de vérifier que les spécifications sont respectées. Cela signifie également que l’on peut, si nécessaire, aider les usines à développer leur activité.

« Les usines de NCAB savent pourquoi nous appliquons ces normes élevées et allons au-delà de l’IPC. Nous les aidons à répondre à nos exigences élevées afin qu’elles puissent améliorer leurs capacités de fabrication en général. Notre modèle permet de nouer une relation gagnant-gagnant-gagnant dont bénéficieront nos clients, nos usines et nous-mêmes », déclare Steve Shipway.

« Tout comme nous nous efforçons d’être un partenaire pour nos clients, par exemple en les aidant dans la conception des de circuits imprimés. Nous travaillons également en étroite collaboration avec les usines afin de les aider à améliorer leur offre et leur fiabilité », explique Ryan Pellow.

« Alors qu’une usine peut se concentrer sur une technologie spécifique, NCAB a accumulé une vaste étendue de connaissances qui concerne presque tous les types de PCB. Nous sommes prêts à partager cette expérience au profit de nos clients et nos usines », conclut-il.

http://www.ncabgroup.com/

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