Éléments essentiels du dessin d'assemblage

l'essentiel du plan d'assemblage : ce que couvre ce guide (et à qui il s'adresse)

Ce guide est conçu pour les ingénieurs hardware, les responsables des achats et les chefs de projet qui doivent transformer une conception de PCB d'un fichier CAO numérique en un produit physique et fiable. Alors que les fichiers Gerber définissent le cuivre et les BOM définissent les pièces, le plan d'assemblage est le document directeur qui indique au fabricant comment construire la carte correctement. Il comble le fossé entre l'intention électrique et la réalité mécanique.

Dans ce guide, nous nous concentrons spécifiquement sur les éléments essentiels du plan d'assemblage — les notes critiques, les vues et les spécifications qui préviennent les erreurs de fabrication coûteuses. Vous apprendrez à définir des exigences qui éliminent toute ambiguïté concernant l'orientation des composants, l'assemblage mécanique et les traitements spéciaux comme le revêtement conforme. Nous allons au-delà de la théorie de base pour vous proposer des listes exploitables que vous pourrez copier directement dans vos dossiers de documentation.

Nous abordons également l'aspect commercial de la documentation d'assemblage. Vous trouverez un cadre d'évaluation des risques pour identifier où des plans médiocres entraînent des pertes de rendement, un plan de validation pour vérifier que votre fabricant sous contrat (CM) suit les instructions, et une liste de contrôle des fournisseurs pour auditer leurs capacités. Que vous travailliez avec APTPCB (APTPCB PCB Factory) ou un autre partenaire, ce guide garantit que votre ensemble de données est suffisamment robuste pour la mise à l'échelle.

Quand l'essentiel du plan d'assemblage est la bonne approche (et quand ce ne l'est pas)

Comprendre quand investir du temps dans des dessins d'assemblage détaillés est la première étape d'une gestion de projet efficace ; bien que chaque série de production bénéficie de la clarté, la profondeur de la documentation requise varie selon l'étape.

Cette approche est appropriée lorsque :

Vous passez à la NPI (New Product Introduction) ou à la production de masse : S'appuyer sur des "connaissances tribales" ou des fils de discussion par e-mail est impossible à grande échelle. Le dessin doit être la seule source de vérité.
Vous avez des composants polarisés ou ambigus : Les LED, les diodes et les circuits intégrés avec des marquages subtils nécessitent des schémas d'orientation explicites pour éviter un placement inversé.
Vous avez des exigences mécaniques : Si votre PCBA nécessite des dissipateurs thermiques, des cartes filles ou des couples de serrage spécifiques pour les vis, ceux-ci ne peuvent pas être transmis dans une nomenclature (BOM) standard ou un fichier de centroïdes.
Vous avez besoin de processus spéciaux : Les instructions pour le masquage, le revêtement conforme, l'underfill ou les composants "ne pas laver" doivent être définies visuellement.
Vous êtes soumis à des normes de conformité : Des industries comme l'automobile ou le médical exigent une trace écrite prouvant que les instructions d'assemblage ont été formellement documentées et suivies.

Cette approche pourrait être excessive lorsque :

Vous construisez un prototype "d'apparence" : Si la carte est non fonctionnelle et uniquement destinée à des vérifications d'ajustement mécanique, un dessin d'assemblage complet peut être inutile.
Vous êtes physiquement présent sur la ligne : Si vous soudez à la main les cinq premières unités vous-même ou si vous êtes à côté du technicien, les instructions verbales peuvent temporairement remplacer la documentation formelle (bien que cela soit risqué).
La conception est purement numérique sans pièces spéciales : Une simple carte de dérivation (breakout board) avec des composants passifs non polarisés pourrait survivre avec juste une sérigraphie et une nomenclature (BOM), à condition que la sérigraphie soit suffisamment descriptive.

Exigences à définir avant de demander un devis

Pour garantir que votre fabricant puisse établir un devis précis et assembler correctement, votre plan d'assemblage doit contenir des points de données spécifiques et quantifiables plutôt que des demandes vagues.

Normes applicables : Indiquez explicitement la classe IPC requise (par exemple, "Qualité de fabrication selon IPC-A-610 Classe 2"). Cela établit la base pour la qualité et la propreté des joints de soudure.
Orientation des composants : Fournissez un diagramme clair pour l'emplacement de la broche 1 sur tous les circuits intégrés (CI) et les marquages de polarité pour les condensateurs et les diodes. Ne vous fiez pas uniquement à la sérigraphie, car elle peut être coupée ou recouverte.
Dimensions critiques : Définissez les restrictions de hauteur maximale des composants, surtout si la carte de circuit imprimé assemblée (PCBA) s'insère dans un boîtier exigu. Spécifiez les plages de tolérance (par exemple, "Hauteur max 5.0mm +0/-0.2mm").
Spécifications d'assemblage mécanique : Listez les valeurs de couple pour toutes les vis et écrous (par exemple, "Serrer les vis M3 à 0.6 Nm ±10%"). Spécifiez si un frein-filet est nécessaire.
Exigences de Masquage : Décrire clairement les zones qui doivent être masquées avant le brasage à la vague ou le revêtement conforme. Utiliser des zones hachurées dans le dessin pour indiquer les zones "Keep Out".
Étiquetage et Sérialisation : Définir précisément l'emplacement des étiquettes, la taille de la police et le contenu (par exemple, "Numéro de Série : AAWW-XXXX"). Spécifier si l'étiquette doit être résistante aux hautes températures.
Méthode de Dépannellisation : Spécifier si les cartes doivent rester dans le panneau ou être séparées. Si elles doivent être séparées, spécifier la méthode (rainure en V, points de rupture ou fraisage) pour éviter les contraintes sur les condensateurs céramiques.
Instructions de Nettoyage : Indiquer si la carte nécessite un nettoyage aqueux ou doit rester "No-Clean". Identifier les composants sensibles au lavage (par exemple, les buzzers ou interrupteurs non scellés).
Contrôle des Révisions : Le dessin doit comporter un bloc-titre avec le numéro de révision actuel, la date et l'auteur. Cela doit correspondre à la révision de la nomenclature (BOM) pour éviter les conflits de version.
Exigences Spéciales de Soudure : Noter toute pièce traversante nécessitant une soudure sélective ou manuelle en raison de sa sensibilité thermique.
Adhésifs et Sous-remplissage : Si un sous-remplissage BGA ou des adhésifs de fixation sont requis pour la résistance aux vibrations, spécifier le type de matériau et le processus de durcissement.
Points de Test : Identifier les points de test critiques qui doivent rester accessibles pour les tests ICT ou fonctionnels, en s'assurant qu'ils ne sont pas recouverts par des étiquettes ou des pièces mécaniques.

Les risques cachés qui brisent la mise à l'échelle

Même avec un dessin en main, des lacunes spécifiques dans les éléments essentiels du dessin d'assemblage peuvent entraîner des défaillances catastrophiques lors de la production en volume ; l'identification précoce de ces risques permet de les atténuer avant que la ligne ne commence à fonctionner.

Risque : Marquages de polarité ambigus
- Pourquoi cela se produit : Les concepteurs utilisent des empreintes personnalisées où le "point" ou la "ligne" n'est pas clair, ou la sérigraphie est recouverte par le corps du composant.
- Comment détecter : Examiner la couche d'assemblage Gerber par rapport à la fiche technique de la pièce physique.
- Prévention : Ajouter une vue agrandie dans le dessin d'assemblage montrant explicitement le corps du composant par rapport à la disposition des pastilles.
Risque : Conflits entre la nomenclature (BOM) et le dessin
- Pourquoi cela se produit : La nomenclature est mise à jour avec un nouveau numéro de pièce, mais le dessin fait toujours référence à l'ancien MPN ou à l'ancienne empreinte.
- Comment détecter : Effectuer une comparaison ligne par ligne de la nomenclature par rapport aux notes du dessin pendant la phase DFM.
- Prévention : Ajouter une note indiquant "En cas de conflit entre la nomenclature et le dessin, la nomenclature prévaut" (ou vice versa, selon votre processus).
Risque : Corrélation manquante des données de centroïde
- Pourquoi cela se produit : Les bases du fichier de centroïde (coordonnées XY) ne correspondent pas à la rotation définie dans le dessin (par exemple, 0 degré dans le CAD contre 90 degrés sur la bobine).
- Comment détecter : La machine de placement (pick-and-place) place les pièces avec une rotation de 90 ou 180 degrés incorrecte lors de la première exécution.
Prévention : Exiger une vérification photographique du "Premier Article" avant le peuplement complet de la série.
Risque : Emplacements de colle/adhésif non spécifiés
- Pourquoi cela arrive : Le dessin indique "coller condensateur", mais ne précise pas où, ce qui entraîne de la colle sur les pastilles ou les évents.
- Comment détecter : L'inspection visuelle révèle une application de colle incohérente.
- Prévention : Dessiner des "zones de colle" et des "zones sans colle" spécifiques sur la couche d'assemblage.
Risque : Interférence de la longueur des broches traversantes
- Pourquoi cela arrive : Les broches ne sont pas coupées assez courtes sur la face inférieure, provoquant des courts-circuits contre le châssis.
- Comment détecter : Le test d'ajustement avec le boîtier échoue.
- Prévention : Spécifier "Couper les broches à max 1,5 mm" dans les notes d'assemblage.
Risque : Revêtement conforme sur les connecteurs
- Pourquoi cela arrive : Les zones de masquage ne sont pas définies, de sorte que le spray recouvre les broches de contact.
- Comment détecter : Défaillance de la connectivité lors du test fonctionnel.
- Prévention : Utiliser une couche dédiée dans le dessin pour montrer les limites exactes du masquage.
Risque : Court-circuit du dissipateur thermique
- Pourquoi cela arrive : Les dessins d'assemblage mécanique ne spécifient pas de rondelle isolante ou de tampon thermique.
- Comment détecter : Court-circuit à la mise sous tension.
- Prévention : Inclure une vue éclatée de l'empilement mécanique dans le dessin.
Risque : Contrainte de dépanélisation incorrecte
Pourquoi cela arrive : Le dessin ne spécifie pas "Découpe à la fraise uniquement", l'opérateur utilise donc une guillotine, ce qui fissure les MLCC.
Comment le détecter : Défaillances sur le terrain dues à des condensateurs fissurés.
Prévention : Interdire explicitement les méthodes de séparation à forte contrainte pour les panneaux comportant des composants sensibles près du bord.
Risque : Références sérigraphiques illisibles
- Pourquoi cela arrive : Les conceptions haute densité suppriment les désignateurs de référence pour économiser de l'espace.
- Comment le détecter : Les techniciens de réparation ne peuvent pas trouver "R45" pour déboguer une carte.
- Prévention : Inclure une carte d'assemblage PDF consultable où les désignateurs sont clairement lisibles, séparée de la sérigraphie physique.
Risque : Mauvaise gestion de la sensibilité à l'humidité
- Pourquoi cela arrive : Le dessin ne spécifie pas les exigences de cuisson pour les composants MSL si l'emballage est ouvert.
- Comment le détecter : Effet "popcorn" (fissuration) des CI pendant la refusion.
- Prévention : Ajouter une note standard : "Manipuler les composants MSL conformément à IPC/JEDEC J-STD-033."

Plan de validation (quoi tester, quand et ce que signifie « réussi »)

Pour garantir que vos éléments essentiels du dessin d'assemblage sont respectés, vous devez mettre en œuvre un plan de validation qui vérifie la sortie physique par rapport à la documentation à des étapes spécifiques.

Objectif : Vérifier la polarité des composants
- Méthode : Inspection visuelle à 100 % (AOI) et vérification manuelle des condensateurs/CI polarisés sur le premier article.
Critères d'acceptation : Toutes les encoches/bandes de polarité correspondent exactement au schéma du dessin d'assemblage.
Objectif : Confirmer l'ajustement mécanique
- Méthode : Installation physique de la carte PCBA dans le boîtier final (ou une maquette imprimée en 3D).
- Critères d'acceptation : Aucune interférence avec le boîtier ; les trous de montage s'alignent ; les connecteurs s'accouplent sans contrainte.
Objectif : Valider la qualité de la soudure
- Méthode : Inspection aux rayons X pour les BGA/QFN et inspection visuelle pour les trous traversants.
- Critères d'acceptation : Respecte les critères IPC-A-610 Classe 2 (ou 3) ; pourcentage de vides acceptable (par exemple, <25 %).
Objectif : Vérifier la propreté
- Méthode : Test de contamination ionique (test ROSE).
- Critères d'acceptation : Niveaux de contamination inférieurs à la limite spécifiée (par exemple, <1,56 µg/cm² équivalent NaCl).
Objectif : Vérifier la cohérence de la nomenclature (BOM)
- Méthode : Étapes du tutoriel de nettoyage de la nomenclature appliquées à la nomenclature "As-Built" fournie par le fournisseur.
- Critères d'acceptation : La liste d'achat du fabricant correspond exactement à votre liste de fournisseurs approuvés (AVL).
Objectif : Valider le revêtement conforme
- Méthode : Inspection par lumière UV (si le revêtement contient un traceur UV).
- Critères d'acceptation : Le revêtement couvre les zones requises ; les zones d'exclusion (connecteurs) sont 100 % propres.
Objectif : Confirmer l'étiquetage
- Méthode : Test du scanner de codes-barres.
Critères d'acceptation : Le scanner lit la chaîne de caractères correcte ; l'étiquette est droite et à l'emplacement défini.
Objectif : Tester les fixations mécaniques
- Méthode : Vérification du couple sur un échantillon de vis.
- Critères d'acceptation : Les vis ne se desserrent pas ; les valeurs de couple sont dans la tolérance spécifiée.
Objectif : Vérifier la qualité de la dépanélisation
- Méthode : Inspection des bords sous grossissement.
- Critères d'acceptation : Les bords sont lisses ; aucune délaminage ou marque de contrainte sur les composants voisins.
Objectif : Vérification fonctionnelle
- Méthode : Test fonctionnel automatisé (FCT) ou test sur banc.
- Critères d'acceptation : La carte passe tous les paramètres électriques définis dans la spécification de test.
Objectif : Traçabilité de la documentation
- Méthode : Audit du document de suivi/routeur.
- Critères d'acceptation : Chaque étape du processus (pâte, placement, refusion, AOI) est signée et datée.
Objectif : Validation de l'emballage
- Méthode : Test de chute de la carte PCBA emballée.
- Critères d'acceptation : Aucun dommage à la carte ou au sac ESD après des chutes de transport simulées.

Liste de contrôle du fournisseur (RFQ + questions d'audit)

Utilisez cette liste de contrôle pour évaluer des partenaires potentiels ou pour vous assurer que votre fournisseur actuel, tel que APTPCB, dispose de toutes les informations nécessaires pour exécuter les exigences de votre plan d'assemblage.

Entrées RFQ (Ce que vous envoyez)

Plan d'assemblage (PDF) : Représentation visuelle avec notes, dimensions et vues.
Fichier Pick and Place : Le fichier de coordonnées lisible par machine (souvent lié aux bases du fichier centroïde).
BOM (Excel) : Liste nettoyée avec les MPN, les quantités et les désignateurs de référence.
Fichiers Gerber : Incluant les couches de pâte à souder, la sérigraphie et les couches de cuivre.
Modèle 3D STEP : Pour la vérification du dégagement mécanique.
Spécification de test : Si des tests fonctionnels sont requis.
Liste des fournisseurs approuvés (AVL) : Alternatives acceptables pour les composants critiques.
Instructions de processus spéciales : Spécifications de revêtement conforme, d'enrobage ou de sous-remplissage.
Exigences d'emballage : Sacs ESD, papier bulle ou plateaux personnalisés.
Volume et calendrier : EAU (Utilisation Annuelle Estimée) et date de livraison cible.

Preuve de capacité (Ce qu'ils confirment)

Adhésion à la classe IPC : Peuvent-ils construire selon la classe 2 ou la classe 3 comme demandé ?
Pas minimum : Peuvent-ils gérer le composant au pas le plus fin sur votre carte (par exemple, BGA de 0,4 mm) ?
Capacité de rayons X : Disposent-ils d'une capacité de rayons X en interne pour l'inspection BGA ?
Disponibilité de l'AOI : L'inspection optique automatisée est-elle utilisée pour tous les lots ?
Revêtement conforme : Est-ce fait manuellement ou avec une machine de pulvérisation automatisée ?
Soudure sélective : Disposent-ils de machines de soudure sélective pour les cartes à technologie mixte ?
Test de propreté : Peuvent-ils effectuer des tests de contamination ionique en interne ?
Programmation: Prennent-ils en charge la programmation de CI (pré-programmation ou in-circuit)?

Système Qualité et Traçabilité

Certifications: ISO 9001, ISO 13485 (médical) ou IATF 16949 (automobile) selon les besoins.
Inspection du Premier Article (FAI): Fournissent-ils un rapport FAI formel avant la production de masse?
Approvisionnement en Composants: Achètent-ils uniquement auprès de distributeurs agréés pour prévenir les contrefaçons?
Contrôle ESD: L'installation est-elle entièrement conforme aux normes ESD (sols, blouses, mise à la terre)?
Contrôle de l'humidité: Disposent-ils de boîtes sèches et de fours de cuisson pour les composants MSL?
Conservation des Enregistrements: Combien de temps conservent-ils les enregistrements de production et les données qualité?
Gestion des Non-Conformités: Quel est le processus si une carte ne passe pas l'inspection?

Contrôle des Modifications et Livraison

Processus ECN: Comment gèrent-ils les Avis de Modification Technique (ECN) pendant une fabrication?
Procédure de Dérogation: S'ils doivent remplacer une pièce, comment l'approbation est-elle obtenue?
Contrôle de Version du Firmware: Comment s'assurent-ils que la bonne version du firmware est flashée?
Politique de Surproduction: Fabriquent-ils des cartes supplémentaires pour couvrir les pertes de rendement?
Documentation d'Expédition: Incluent-ils un Certificat de Conformité (CoC) avec l'expédition?
Processus RMA: Quelle est la procédure de garantie et de retour pour les défauts?

Guide de décision (compromis que vous pouvez réellement choisir)

La rédaction des plans d'assemblage implique un équilibre entre le détail et la flexibilité. Voici les compromis auxquels vous serez confronté.

Liste de fournisseurs approuvés (AVL) stricte vs. Approvisionnement ouvert:
- Si vous privilégiez la fiabilité et la cohérence, spécifiez une Liste de Fournisseurs Approuvés (AVL) stricte dans votre plan/BOM.
- Si vous privilégiez le coût et les délais, autorisez les "équivalents génériques" pour les composants passifs (résistances/condensateurs), en laissant le fabricant choisir en fonction de son stock.
Notes détaillées vs. Normes industrielles:
- Si vous privilégiez les exigences personnalisées, rédigez des notes explicites pour chaque processus (par exemple, "Hauteur du congé de soudure > 50%").
- Sinon, référez-vous simplement à "Selon IPC-A-610 Classe 2" pour gagner du temps de documentation et vous appuyer sur les normes industrielles établies.
Panélisation dans le plan vs. Discrétion du fabricant:
- Si vous privilégiez l'efficacité de l'assemblage pour votre ligne spécifique, définissez la disposition du panneau dans le plan.
- Sinon, laissez le fabricant optimiser la disposition du panneau pour ses machines spécifiques et l'utilisation des matériaux.
Rayons X à 100% vs. Tests par échantillonnage:
- Si vous privilégiez le zéro défaut sur les BGA, exigez une inspection aux rayons X à 100% (ajoute des coûts/du temps).
- Sinon, acceptez les rayons X par échantillonnage (par exemple, les 5 premiers et les 5 derniers d'une série) pour les produits de consommation standard.
Copie papier vs. Numérique uniquement:
- Si vous privilégiez l'auditabilité, exigez une copie papier signée du plan pour accompagner le lot.
Sinon, fiez-vous au package numérique PDF/Gerber pour la rapidité et les opérations sans papier.
Nettoyage vs. Sans Nettoyage (No-Clean) :
- Si vous privilégiez l'esthétique et l'adhérence du revêtement, exigez un nettoyage aqueux.
- Sinon, utilisez un flux sans nettoyage (No-Clean) pour réduire les étapes de processus et les coûts, en acceptant certains résidus de flux visibles.

FAQ

Quelle est la différence entre un plan d'assemblage et un plan de fabrication ? Un plan de fabrication indique à l'usine comment fabriquer le PCB nu (perçages, empilement, poids du cuivre). Un plan d'assemblage indique à l'usine comment peupler la carte avec des composants (orientation, soudure, assemblage mécanique).

Puis-je simplement envoyer les fichiers Gerber et une nomenclature (BOM) ? Techniquement oui, mais c'est risqué. Sans plan d'assemblage, le fabricant doit deviner l'orientation des pièces ambiguës et pourrait manquer des exigences spéciales comme "ne pas laver" ou un placement spécifique des étiquettes.

Comment gérer les modifications de la nomenclature (BOM) après la publication du plan ? La meilleure pratique consiste à mettre à jour la révision du plan pour qu'elle corresponde à la nomenclature. Cependant, vous pouvez ajouter une note au plan indiquant "Valeurs des composants et MPN selon la nomenclature ; le plan est à titre de référence uniquement" pour éviter les mises à jour constantes du plan pour des changements de valeur mineurs.

Quel format de fichier doit avoir le plan d'assemblage ? Un PDF consultable est la norme de l'industrie. Il permet aux opérateurs de zoomer et de rechercher des désignateurs de référence. Les fichiers DXF sont également utiles pour la configuration d'équipements automatisés, mais doivent accompagner un PDF. Dois-je inclure le fichier de centroïdes dans le dessin ? Non, les principes fondamentaux du fichier de centroïdes stipulent qu'il s'agit d'un fichier texte/CSV séparé utilisé pour programmer les machines de placement. Le dessin est une référence visuelle pour les humains afin de vérifier le travail de la machine.

Comment indiquer les pièces "Ne Pas Populer" (DNP) ? Marquez-les clairement dans la nomenclature (BOM). Sur le dessin d'assemblage, vous pouvez les barrer ou les omettre, mais la nomenclature est généralement le principal moteur du statut DNP. Une note "Composants DNP selon BOM" est utile.

Dois-je spécifier la conception du pochoir de pâte à souder dans le dessin ? Généralement, vous devriez laisser la conception du pochoir au fabricant, car il connaît mieux son processus. Cependant, si vous avez une exigence spécifique (par exemple, "réduire l'ouverture de 10% pour ce pad"), incluez-la comme une note.

Pourquoi une "Inspection du Premier Article" (FAI) est-elle importante ? La FAI est la validation physique de votre dessin d'assemblage. Elle prouve que le fabricant a correctement interprété vos notes, marques d'orientation et nomenclature avant de construire les milliers d'unités restantes.

Pages et outils associés

Inspection du Premier Article (FAI) – Découvrez pourquoi la validation de la première unité par rapport à votre dessin d'assemblage est l'étape la plus critique du contrôle qualité.
Services Composants & Nomenclature (BOM) – Comprenez comment structurer votre nomenclature pour qu'elle s'aligne parfaitement avec les notes de votre dessin d'assemblage.
Directives DFM – Découvrez comment les revues de conception pour la fabrication (DFM) peuvent détecter les erreurs de dessin avant qu'elles n'atteignent l'atelier de production.
Assemblage en boîtier (Box Build) – Découvrez comment les dessins d'assemblage s'étendent pour couvrir l'intégration mécanique, le câblage et l'assemblage final du boîtier.
Services de revêtement conforme – Explorez comment spécifier les zones de revêtement et les exigences de masquage dans votre documentation.

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Prêt à passer votre conception en production ? Chez APTPCB, nous examinons les éléments essentiels de votre dessin d'assemblage dans le cadre de notre vérification technique standard pour nous assurer que chaque détail est clair avant de construire.

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Pour une réponse plus rapide, veuillez inclure :

Fichiers Gerber (format RS-274X)
Nomenclature (BOM) avec MPN
Dessin d'assemblage (PDF) avec orientation et notes spéciales
Fichier Centroid/Pick-and-Place
Quantité et exigences de délai

Conclusion

Maîtriser les éléments essentiels du dessin d'assemblage va au-delà de la simple satisfaction d'une exigence de documentation ; il s'agit de contrôler le résultat de votre investissement manufacturier. En définissant clairement les exigences, en anticipant les risques tels que les erreurs de polarité et en validant les résultats par des inspections structurées, vous transformez une conception numérique en un produit physique fiable. Un ensemble de dessins complet élimine les incertitudes, permet à votre fournisseur de livrer de la qualité et fournit la base solide nécessaire pour passer du prototype à la production de masse en toute confiance.