Planification d'assemblage mixte : Guide d'ingénierie pour l'intégration SMT et traversante

La planification de l'assemblage mixte est la coordination stratégique des processus de fabrication pour les assemblages de cartes de circuits imprimés (PCBA) qui contiennent à la fois des composants à technologie de montage en surface (SMT) et des composants à technologie traversante (THT). Contrairement aux cartes à technologie unique, la technologie mixte nécessite un séquençage minutieux pour prévenir les dommages thermiques, assurer la fiabilité des joints de soudure et s'adapter aux fixations physiques comme les palettes de soudure à la vague. Les ingénieurs doivent définir les zones d'exclusion, l'orientation des composants et les profils thermiques dès le début de la phase de conception pour éviter des retouches coûteuses.

Chez APTPCB (Usine de PCB APTPCB), nous constatons qu'un assemblage mixte réussi repose fortement sur la validation de la conception pour la fabrication (DFM) avant que la première carte ne soit peuplée. Ce guide fournit les spécifications, les listes de contrôle et les étapes de dépannage nécessaires pour exécuter une stratégie d'assemblage mixte robuste.

Réponse rapide sur la planification de l'assemblage mixte (30 secondes)

Si vous concevez une carte avec des composants SMT et THT, suivez ces principes fondamentaux pour garantir la fabricabilité :

Séquence de processus : La hiérarchie standard est Côté supérieur SMT (Refusion) → Côté inférieur SMT (Refusion/Colle) → THT (Soudure à la vague, Sélective ou Manuelle).
Zones de dégagement : Maintenez un dégagement minimum de 3 mm à 5 mm autour des pastilles THT si vous utilisez des palettes de soudure à la vague pour permettre aux parois de la fixation de se sceller contre le PCB.
Orientation des composants : Alignez les composants passifs SMT perpendiculairement à la direction de la vague pour minimiser les ponts de soudure et les effets d'ombre.
Hiérarchie thermique : Assurez-vous que les composants THT peuvent supporter les cycles thermiques cumulatifs s'ils sont placés à proximité de pièces SMT de masse élevée.
Limites du côté secondaire : Évitez de placer des composants SMT lourds ou hauts sur le côté secondaire (inférieur) si ce côté doit passer sur un bain de soudure à la vague ; ils pourraient tomber ou nécessiter un blindage complexe.
Validation : Vérifiez toujours "l'effet d'ombre" où de grandes pièces THT pourraient bloquer la vague de soudure, l'empêchant d'atteindre les pastilles SMT plus petites situées derrière elles.

Quand la planification d'assemblage mixte s'applique (et quand elle ne s'applique pas)

Comprendre quand déclencher un flux de travail d'assemblage mixte complet aide à optimiser les coûts et les délais.

Quand la planification d'assemblage mixte est critique :

Applications haute puissance : Conceptions nécessitant des connecteurs mécaniques robustes ou de grands condensateurs qui ne sont disponibles que dans des boîtiers THT.
Composants hérités : Projets utilisant d'anciens circuits intégrés ou des capteurs spécifiques qui n'ont pas d'équivalents montés en surface.
Points de contrainte mécanique : Ports E/S (USB, Ethernet, prises d'alimentation) qui nécessitent la résistance physique de l'ancrage traversant.
Population double face : Cartes avec des composants actifs sur les couches supérieure et inférieure nécessitant une soudure sélective ou des gabarits de soudure à la vague.

Quand la planification d'assemblage mixte est inutile (ou devrait être évitée) :

Conceptions SMT pures : Si tous les composants ont des alternatives SMT, respectez un seul processus de refusion pour réduire les coûts et les taux de défauts.
Prototypes à faible volume : Pour moins de 10 cartes, le soudage manuel des composants THT est souvent plus rentable que la conception de palettes de soudage à la vague complexes.
Composants sensibles à la chaleur : Si une carte contient des composants qui ne peuvent pas supporter les températures de soudage à la vague, un processus mixte peut être trop risqué ; le soudage manuel ou sélectif est préférable.
Densité ultra-élevée : Si la carte ne dispose pas du dégagement de 3 à 5 mm requis pour les palettes de soudage à la vague, la conception impose un passage au soudage sélectif ou au travail manuel, ce qui modifie le périmètre de planification.

Règles et spécifications de planification d'assemblage mixte (paramètres clés et limites)

Le tableau suivant présente les règles de conception critiques pour les cartes à technologie mixte. Le respect de ces valeurs permet d'éviter les défaillances de fabrication courantes.

Règle	Valeur/Plage recommandée	Pourquoi c'est important	Comment vérifier	Si ignoré
Dégagement de la palette de soudage à la vague	> 3,0 mm (5,0 mm préféré)	Permet aux parois du gabarit de sceller le dessous du PCB sans heurter les composants SMT.	Vérification de la distance CAO	Les composants SMT près des pastilles THT sont écrasés ou inondés de soudure.
Orientation des composants SMT	Perpendiculaire à la vague	Réduit l'« ombrage » où le corps du composant bloque le flux de soudure.	Inspection visuelle / DFM	Joints ouverts ou soudure insuffisante sur les pastilles arrière.
Pastilles de détournement	1,5x à 2x la taille de la pastille	Éloigne l'excès de soudure des dernières broches d'un connecteur pour éviter les ponts.	Examen Gerber	Ponts de soudure sur la dernière rangée de broches lors du soudage à la vague.
Longueur des broches THT	1,5 mm - 2,0 mm (après coupe)	Empêche les broches de heurter la buse de la vague ou de provoquer des courts-circuits.	Mesure physique	Courts-circuits ou dommages à la buse pendant le soudage à la vague.
Barrière de masque de soudure	> 0,1 mm (4 mil)	Empêche les ponts de soudure entre les pastilles SMT et THT très rapprochées.	Ingénierie CAM	Taux élevé de pontage nécessitant une reprise manuelle.
Bouchage de via (Tented)	100% sous BGA/SMT	Empêche le vol de soudure ou les fuites de vide pendant l'assemblage.	Dessin de fabrication	Vides de soudure ou joints faibles sur les composants SMT.
Hauteur du composant (Dessous)	< 5,0 mm (pour vague)	Les composants hauts sur le dessous interfèrent avec la hauteur de la vague de soudure.	Vérification du modèle 3D	Les composants traînent dans le bain de soudure ; les pièces tombent.
Dégagement thermique	Connexion à 4 rayons	Assure que la chaleur reste au niveau du joint pendant le soudage sans se dissiper dans les plans.	Paramètres de disposition	Joints de soudure froids ; incapacité à chauffer complètement le barillet.
Repères de fidélité	3 par côté (Global)	Essentiel pour l'alignement de la machine pour le placement SMT et l'insertion THT automatisée.	Inspection optique	Composants mal alignés ; décalages de placement.
Rails de bord de panelisation	> 5,0 mm de largeur	Fournit une prise pour les convoyeurs et les doigts de soudure à la vague.	Dessin de panel	La carte tombe dans la machine ou se déforme considérablement.

Étapes de mise en œuvre de la planification d'assemblage mixte (points de contrôle du processus)

La mise en œuvre d'une ligne d'assemblage mixte exige une séquence stricte pour protéger les composants traités lors des étapes précédentes.

Segmentation et analyse de la nomenclature (BOM)
- Action : Séparer la nomenclature (BOM) en groupes SMT supérieur, SMT inférieur et THT.
- Paramètre clé : Identifier les dispositifs sensibles à l'humidité (MSD) et les pièces THT sensibles à la chaleur.
- Vérification : Confirmer qu'aucune pièce THT n'est spécifiée pour un cycle de refusion, sauf si elle est compatible "Pin-in-Paste".
Vérification de l'empreinte et de la disposition
- Action : Vérifier que les empreintes THT ont des anneaux annulaires et des tailles de trous adéquats pour la pénétration de la vague.
- Paramètre clé : Taille du trou = Diamètre du fil + 0,25 mm (+/- 0,05 mm).
- Vérification : Effectuer une vérification DFM pour les dégagements de la palette de vague autour des zones THT.
Conception du gabarit et de la palette
- Action : Concevoir le document ou le fichier CAO d'introduction du gabarit de soudure à la vague. Ce gabarit protège les pièces SMT côté inférieur tout en exposant les broches THT à la vague.
- Paramètre clé : Épaisseur de paroi minimale de 1,5 mm ; matériau généralement Durostone ou pierre synthétique.
- Vérification : Simuler l'ajustement de la palette pour s'assurer qu'il n'y a pas d'interférence avec les composants SMT.
Assemblage SMT (côté primaire et secondaire)
- Action : Placer et refondre les composants SMT. Si double face, les composants plus lourds sont généralement placés lors du premier passage (côté supérieur).
- Paramètre clé : Température de pointe du profil de refusion (généralement 245°C - 260°C).

Vérification : Effectuer une inspection optique automatisée (AOI) pour vérifier le placement des CMS avant le début de l'insertion des THT.

Insertion des composants traversants (THT)
- Action : Insérer les composants THT manuellement ou via des machines d'insertion automatisées.
- Paramètre clé : Longueur de dépassement des broches et alignement de la polarité.
- Vérification : Inspection visuelle pour s'assurer que les composants sont bien à plat contre le PCB.
Soudure à la vague ou sélective
- Action : Faire passer la carte (dans son support) à travers la machine de soudure à la vague ou utiliser un robot de soudure sélective.
- Paramètre clé : Température du bain de soudure (255°C - 265°C) et temps de contact (2-4 secondes).
- Vérification : Vérifier que le remplissage des trous (remplissage vertical) respecte les normes IPC Classe 2 ou 3 (généralement 75% ou 100%).
Nettoyage et inspection finale
- Action : Retirer les résidus de flux si un flux hydrosoluble a été utilisé ; inspecter la présence de billes de soudure.
- Paramètre clé : Niveaux de contamination ionique.
- Vérification : Inspection aux rayons X si les composants THT masquent les pastilles CMS ou si la technique Pin-in-Paste a été utilisée.

Dépannage de la planification d'assemblage mixte (modes de défaillance et corrections)

Les lignes de technologie mixte introduisent des défauts uniques là où les deux processus interagissent.

Symptôme : Manques de soudure (Ombrage)

Cause : Le corps d'un grand composant THT ou une paroi épaisse du support bloque la vague de soudure, l'empêchant d'atteindre une pastille.
Vérification : Examiner l'orientation du composant par rapport à la direction de la vague.
Correction : Faire pivoter le composant de 90 degrés ou augmenter la distance entre l'obstacle et le pad.
Prévention : Utiliser les bases du brasage traversant pour concevoir des "plots de dérivation" (thieving pads) ou ajuster la turbulence de la vague.

Symptôme : Chute de composants SMT du côté secondaire

Cause : La soudure refondue sur les composants SMT du côté inférieur refond pendant le processus de brasage à la vague.
Vérification : Vérifier si la palette de brasage à la vague couvre entièrement ces composants SMT.
Correction : Appliquer de l'adhésif (colle rouge) sur les composants SMT du côté inférieur avant le brasage à la vague ou améliorer le blindage de la palette.
Prévention : Maintenir les composants SMT du côté inférieur à au moins 5 mm des trous THT.

Symptôme : Joints de soudure froids sur THT

Cause : Les plans de masse lourds dissipent la chaleur plus rapidement que la vague ne peut la fournir.
Vérification : Inspecter les connexions de décharge thermique sur la disposition du PCB.
Correction : Augmenter le temps de contact ou la température de préchauffage (avec précaution, pour éviter d'endommager les composants SMT).
Prévention : Utiliser des rayons thermiques (thermal spokes) sur toutes les broches de masse pendant la phase de conception.

Symptôme : Déformation du PCB

Cause : Déséquilibre thermique entre plusieurs cycles de refusion et le brasage à la vague.
Vérification : Mesurer le gauchissement et la torsion par rapport aux normes IPC-610 (<0,75 %).
Correction : Utiliser un matériau de palette plus rigide ou ajouter des raidisseurs de carte pendant le processus de brasage à la vague.
Prévention : Équilibrer la distribution du cuivre sur les couches du PCB.

Symptôme : Ponts de soudure sur les connecteurs à pas fin

Cause : L'entraînement par la vague laisse un excès de soudure sur les dernières broches.
Vérifiez : Recherchez des "ponts de soudure" sur le bord de fuite du connecteur.
Corrigez : Retravaillez manuellement les ponts avec un fer à souder et de la tresse à dessouder.
Prévention : Ajoutez des pads voleurs de soudure (solder thieves) à l'empreinte ; orientez le connecteur parallèlement à la vague.

Comment choisir la planification d'assemblage mixte (décisions de conception et compromis)

La décision concernant la stratégie spécifique d'assemblage mixte implique d'équilibrer le volume, le coût et la complexité.

Option A : Soudure à la vague avec palettes

Idéal pour : La production de volume moyen à élevé où les composants THT sont regroupés.
Compromis : Nécessite des palettes (gabaries) personnalisées coûteuses et des règles de dégagement strictes (3-5 mm) autour des pièces THT.
Déclencheur de décision : Si vous avez >500 cartes et que les pièces THT sont regroupées, choisissez cette option.

Option B : Soudure sélective

Idéal pour : Les cartes haute densité où les pièces SMT sont trop proches des broches THT pour une palette.
Compromis : Temps de cycle plus lent par carte par rapport à la vague ; temps de programmation machine plus élevé.
Déclencheur de décision : Si le dégagement est <3 mm ou si les composants sont hauts des deux côtés, choisissez la soudure sélective.

Option C : Soudure manuelle

Idéal pour : Les prototypes, les très faibles volumes ou les pièces sensibles à la chaleur qui ne peuvent pas survivre à un processus machine.
Compromis : Qualité incohérente (dépend de l'opérateur) et coût de main-d'œuvre élevé.
Déclencheur de décision : Si vous avez <50 cartes ou seulement 1-2 connecteurs THT, l'assemblage manuel est souvent moins cher que l'outillage.

Option D : Pin-in-Paste (Refusion intrusive)

Idéal pour : Éliminer entièrement l'étape de soudure à la vague. Les composants THT sont pastillés et refondus avec le SMT.
Compromis : Nécessite des composants THT haute température et une conception de pochoir précise pour obtenir un volume de soudure suffisant.
Déclencheur de décision : Si les composants THT sont compatibles et que vous souhaitez réduire les étapes de processus, étudiez cette intégration SMT et THT.

réussi repose fortement sur la validation de la conception pour la fabrication (DFM)

Comment l'assemblage mixte affecte-t-il le coût total du projet ? L'assemblage mixte est généralement 15 à 30 % plus cher que le SMT pur en raison des étapes de processus supplémentaires (soudure à la vague/sélective), de la main-d'œuvre d'insertion manuelle et des coûts d'outillage des fixations.

Quel est l'impact sur le délai ? Cela ajoute généralement 2 à 3 jours au calendrier de production. Du temps est nécessaire pour la fabrication des fixations (palettes), l'insertion manuelle et le processus de soudure secondaire.

Puis-je utiliser l'assemblage mixte pour les cartes double face ? Oui, mais cela nécessite une planification minutieuse. Généralement, le SMT est placé des deux côtés (refusion), puis le THT est soudé. Si le THT est des deux côtés, cela nécessite souvent une soudure manuelle pour le deuxième côté ou une soudure sélective complexe.

Quelles données dois-je fournir pour l'examen DFM ? Vous devez fournir les fichiers Gerber, une nomenclature (BOM) indiquant quelles pièces sont THT ou SMT, et des plans d'assemblage montrant la polarité des composants. Mettez spécifiquement en évidence toutes les pièces "Do Not Populate" (DNP).

Quels sont les critères d'acceptation pour les joints de soudure THT ? Selon l'IPC-A-610, un joint THT de Classe 2 nécessite un remplissage vertical du barillet d'au moins 75 % et un mouillage de 180 degrés sur le côté de destination. La Classe 3 exige un mouillage de 270 degrés.

Pourquoi le "soudage sélectif" est-il souvent recommandé par rapport au soudage à la vague ? Le soudage sélectif utilise une buse à mini-vague qui se déplace vers des points spécifiques. Il élimine le besoin de palettes coûteuses et réduit le choc thermique sur le reste de la carte, ce qui le rend plus sûr pour les cartes denses à technologie mixte.

Comment prévenir les "billes de soudure" lors de l'assemblage mixte ? Les billes de soudure apparaissent souvent lors du soudage à la vague si le préchauffage est insuffisant ou si le flux est excessif. Une conception appropriée du pochoir PCB pour le processus SMT et des paramètres de vague corrects aident à minimiser ce problème.

Le Pin-in-Paste est-il une alternative viable ? Oui, mais seulement si le corps du composant THT peut supporter des températures de refusion de 260°C. Cela simplifie le processus en traitant les pièces THT comme des pièces SMT.

Quel est le dégagement minimum pour une palette de soudage à la vague ? Vous avez généralement besoin de 3 mm à 5 mm d'espace libre autour des pastilles THT sur le côté soudure. Cet espace permet d'accueillir la paroi de la palette qui protège les pièces SMT voisines.

APTPCB gère-t-il la conception des gabarits ? Oui, les ingénieurs d'APTPCB conçoivent et fabriquent les palettes de soudure à la vague ou les programmes de soudure sélective nécessaires basés sur vos fichiers Gerber.

Ressources pour la planification d'assemblages mixtes (pages et outils connexes)

Directives DFM: Règles de conception détaillées pour l'espacement et la disposition.
Assemblage SMT & THT: Aperçu de nos capacités en technologie mixte.
Soudure sélective: Approfondissement de l'alternative à la soudure à la vague.
Assemblage clé en main: Comment nous gérons l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement pour les cartes mixtes.

Glossaire de la planification d'assemblages mixtes (termes clés)

Terme	Définition
Palette de soudure à la vague	Un support personnalisé fabriqué à partir d'un matériau résistant à la chaleur (comme le Durostone) qui maintient le PCB et protège les composants SMT pendant la soudure à la vague.
Soudure sélective	Un processus utilisant une petite fontaine de soudure programmable pour souder des joints THT spécifiques sans affecter les composants SMT voisins.
Soudure par refusion	Le processus de fusion de la pâte à souder pour fixer les composants SMT ; généralement la première étape de l'assemblage mixte.
Ombrage	Un défaut où le corps d'un composant bloque le flux de la vague de soudure, provoquant des sauts ou des joints ouverts sur les pastilles situées derrière lui.
Pastille de dérivation	Une pastille factice supplémentaire ajoutée à l'extrémité d'une empreinte de connecteur pour "voler" l'excès de soudure et éviter les ponts.
Pin-in-Paste (PiP)	Une technique où les composants THT sont soudés à l'aide de fours de refusion SMT en imprimant de la pâte dans les trous.
Anneau annulaire	L'anneau de cuivre autour d'un trou traversant plaqué ; critique pour la résistance du joint THT.
Dégagement thermique	Un motif en étoile reliant un pad à un plan de cuivre, empêchant la chaleur de se dissiper trop rapidement pendant le soudage.
Flux	Un agent de nettoyage chimique utilisé avant et pendant le soudage pour éliminer l'oxydation et améliorer le mouillage.
Durostone	Un plastique renforcé de fibres de verre robuste utilisé pour fabriquer des palettes de soudure à la vague en raison de sa stabilité thermique.

Demander un devis pour la planification d'assemblage mixte (réussi repose fortement sur la validation de la conception pour la fabrication (DFM) + tarification)

Obtenir un devis précis pour un assemblage mixte nécessite une compréhension claire de vos besoins en matière de processus. Chez APTPCB, nous effectuons une revue DFM gratuite pour identifier les problèmes potentiels de soudure à la vague ou les conflits d'espacement avant la tarification.

Pour obtenir un devis rapide et précis, veuillez préparer :

Fichiers Gerber : Incluant toutes les couches de cuivre, les fichiers de perçage et les couches de pâte.
Nomenclature (BOM) : Marquant clairement les pièces SMT vs THT.
Dessins d'assemblage : Mettant en évidence toute exigence spéciale de montage ou de masquage.
Volume et délai de livraison : Utilisation annuelle estimée et date de livraison requise.

Conclusion : prochaines étapes de la planification d'assemblage mixte

Une planification efficace de l'assemblage mixte comble le fossé entre les conceptions compactes à montage en surface et les exigences robustes des composants traversants. En respectant des règles de dégagement strictes, en optimisant les séquences de processus et en utilisant les bons outillages, vous pouvez obtenir une production de haute fiabilité sans retouches excessives. Que votre projet nécessite des palettes de soudure à la vague ou une soudure sélective précise, une planification précoce garantit que votre conception est prête pour l'atelier de fabrication.