Tutoriel Pick and Place

Points clés

La technologie SMT repose fortement sur la précision de pose des composants. Comprendre l’assemblage automatisé est donc essentiel pour l’électronique moderne. Ce guide couvre tout le flux, de la préparation des données jusqu’au contrôle final.

Définition : le pick and place est le processus robotisé qui prélève des composants électroniques depuis des feeders et les dépose sur un PCB.
Les données font la réussite : un run fiable dépend entièrement d’un fichier Centroid correct et d’une BOM propre.
Vitesse vs précision : un chip shooter haute cadence est très différent d’un mounter flexible conçu pour les CI complexes.
Systèmes de vision : les machines modernes utilisent l’alignement optique pour corriger rotation et offset avant la pose.
Validation : la First Article Inspection est incontournable pour éviter des défauts en volume.
Piège classique : négliger la smt component polarity dès la conception reste une cause majeure de panne fonctionnelle.
Contexte reflow : la pose n’est que la moitié du travail ; la carte doit ensuite survivre au four, ce qui en fait un bon point de départ pour un reflow profile beginner.

Ce que recouvre réellement un tutoriel pick and place (périmètre et limites)

Pour comprendre les étapes de ce guide, il faut d’abord définir où cette technologie s’insère dans la ligne de production. Un pick and place tutorial traite généralement de l’exploitation et de la programmation de la machine de pose SMT, qui constitue le cœur de la ligne PCBA.

Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), ce processus fait le lien entre une carte nue et un produit fonctionnel. La machine utilise des buses à vide ou des pinces mécaniques pour transporter les composants. Ce n’est pas une opération isolée : elle se place directement entre l’impression de pâte à braser et le four de refusion.

Le périmètre de ce tutoriel couvre :

Le réglage machine : chargement des feeders et configuration des buses.
La programmation : conversion des données PCB en coordonnées machine.
L’exploitation : la pose réelle des composants.
La vérification : s’assurer que les composants sont bien positionnés avant la soudure.

Ce guide s’applique aussi bien aux petites machines de prototypage de bureau qu’aux systèmes de convoyage industriels utilisés chez APTPCB.

Les métriques qui comptent (comment évaluer la qualité)

Une fois le périmètre de la machine compris, il faut connaître les métriques qui permettent d’évaluer sa performance et sa pertinence pour votre projet. Toutes les machines ne se valent pas, et les paramètres ci-dessous déterminent si un setup donné peut absorber votre design.

Métrique	Pourquoi c’est important	Plage typique ou facteurs d’influence	Comment mesurer
CPH (Components Per Hour)	Détermine le débit et le coût de fabrication. Plus la vitesse est élevée, plus le coût unitaire baisse en volume.	Prototype : 1 000-3 000 CPH Milieu de gamme : 10 000-20 000 CPH Haute vitesse : 50 000+ CPH	Logs logiciels de la machine sur une production continue hors temps morts
Précision de placement	Critique pour les petits composants 0201/01005 et les CI à pas fin. Une mauvaise précision provoque ponts et courts-circuits.	Standard : ±50 µm Haute précision : ±10 µm à ±25 µm	Plaque de calibration en verre ou analyse Cpk des composants posés
Plage de composants	Définit ce que la machine peut réellement manipuler. Certaines ne peuvent pas soulever de gros connecteurs ou des résistances minuscules.	Min : 01005 impérial Max : connecteurs de 150 mm ou BGA	Vérification dans la bibliothèque de buses et les spécifications du système de vision
Capacité feeders	Limite le nombre de références chargeables en une seule fois. Une faible capacité impose des rechargements ou plusieurs passes.	Petite : 20-30 slots de bande 8 mm Grande : 100+ slots	Comptage des emplacements 8 mm disponibles sur les banks de feeders
Temps de changement de série	Temps perdu lors du passage d’un produit à un autre. Critique en production high-mix / low-volume.	Rapide : <15 min avec chariots interchangeables Lent : >1 h avec feeders fixes	Chronométrage entre la dernière carte du job A et la première bonne carte du job B
Vitesse d’alignement vision	L’alignement “on-the-fly” est plus rapide qu’une caméra statique obligeant la tête à s’arrêter.	Fly-over : sans délai Look-up : +0,5 s par composant	Comparaison du CPH avec vision activée vs désactivée

Guide de choix selon le scénario (compromis)

Comprendre ces métriques permet de sélectionner le bon équipement ou le bon niveau de service en fonction du scénario de production. Il n’existe pas de machine parfaite, seulement la machine adaptée au travail du moment.

Scénario 1 : amateur / prototype unique

Approche : stylo à vide manuel ou pince.
Compromis : coût très faible, mais temps opérateur élevé et risque d’erreur humaine important.
Idéal pour : cartes simples de moins de 50 composants et sans CI à pas fin.

Scénario 2 : labo R&D interne

Approche : machine automatique de bureau.
Compromis : coût modéré, mais faible vitesse et peu d’emplacements feeders. Forte dépendance à l’opérateur.
Idéal pour : itérer rapidement sans attendre une fabrication externe.

Scénario 3 : faible volume / forte variété

Approche : mounter flexible avec chariots feeders interchangeables.
Compromis : vitesse de pointe plus basse, mais changement de job très rapide.
Idéal pour : sous-traitants gérant de nombreux petits lots chaque jour.

Scénario 4 : gros volume / faible variété

Approche : chip shooter combiné à un mounter multifonction.
Compromis : investissement lourd et temps de réglage élevé. Rentable seulement si la ligne tourne longtemps sans arrêt.
Idéal pour : électronique grand public, drivers LED et autres volumes de 10 000 pièces et plus.

Scénario 5 : assemblage RF et BGA complexe

Approche : mounter haute précision avec caméra upward-looking et contrôle d’effort.
Compromis : vitesse réduite pour garantir un placement doux et parfaitement aligné des boîtiers complexes.
Idéal pour : cartes haute fréquence utilisant des matériaux comme Rogers ou Teflon.

Scénario 6 : assemblage de barres LED

Approche : machine spécialisée avec support de carte long et rails de convoyage dédiés.
Compromis : ces mécaniques sont souvent moins adaptées aux PCB complexes standard.
Idéal pour : rubans LED de 1,2 mètre ou éclairage architectural.

Du design à la fabrication (checkpoints de mise en œuvre)

Une fois la bonne approche choisie, la mise en œuvre réelle commence. Cette partie du pick and place tutorial décrit les checkpoints nécessaires pour passer du fichier CAO à une PCBA finie.

1. Nettoyage et vérification de la BOM

Recommandation : chaque ligne doit comporter un MPN fabricant et un designator explicite.
Risque : des désignations ambiguës comme “10k resistor” créent retards de sourcing ou erreurs de puissance.
Acceptation : utiliser le BOM Viewer pour vérifier disponibilité et boîtier.

2. Génération du fichier Centroid

Recommandation : exporter le fichier Pick and Place ou XY depuis l’outil EDA avec X, Y, rotation, face et designator.
Risque : si l’origine est mauvaise, la machine place les composants hors carte.
Acceptation : ouvrir le fichier dans un éditeur texte et comparer aux dimensions de la carte.

3. Panelization et fiducials

Recommandation : ajouter des fiducials globaux sur les rails du panel et des fiducials locaux près des CI à pas fin.
Risque : sans fiducials, la machine ne compense pas dilatation ni retrait du PCB.
Acceptation : vérification visuelle des Gerber.

4. Conception du pochoir et impression de pâte

Recommandation : les ouvertures de pochoir doivent correspondre précisément aux empreintes.
Risque : trop de pâte cause des shorts, pas assez provoque des opens.
Acceptation : contrôle du volume de dépôt avant lancement pick and place.

5. Chargement des feeders et épissure

Recommandation : charger les composants dans les bons feeders selon le programme machine.
Risque : mettre une résistance 10k à la place d’une 1k produit une carte visuellement parfaite mais électriquement mauvaise.
Acceptation : vérification par code-barres ou double contrôle opérateur.

6. Programmation machine et optimisation

Recommandation : importer le Centroid et optimiser le chemin de pose pour limiter les déplacements.
Risque : des trajets non optimisés allongent fortement le cycle.
Acceptation : simulation dans le logiciel machine.

7. Vision training

Recommandation : apprendre à la machine l’apparence de chaque boîtier, sa taille et sa configuration.
Risque : si les paramètres vision sont faux ou trop sévères, de bonnes pièces seront rejetées.
Acceptation : surveiller le bac de rebut ; s’il se remplit trop vite, le vision training est mauvais.

8. First Article Inspection (FAI)

Recommandation : lancer une seule carte d’abord, puis l’inspecter manuellement ou automatiquement.
Risque : lancer 100 cartes sans valider la première peut produire 100 rebuts.
Acceptation : contrôle à 100 % visuel et valeur de la première carte.

9. Profilage reflow

Recommandation : s’assurer que le profil thermique correspond à la pâte et aux composants. Un reflow profile beginner doit commencer par la fiche technique de la pâte.
Risque : choc thermique ou joints froids.
Acceptation : passage avec thermocouples sur une carte témoin.

10. AOI

Recommandation : utiliser l’AOI après reflow pour détecter skew, tombstoning et composants manquants.
Risque : l’inspection humaine fatigue vite, l’AOI reste constante.
Acceptation : analyser les logs AOI pour distinguer vrais défauts et faux appels.

11. Test électrique

Recommandation : réaliser un Flying Probe ou un Bed of Nails.
Risque : la pose semble bonne mais la connexion électrique manque.
Acceptation : rapport pass/fail.

12. Nettoyage final et emballage

Recommandation : enlever les résidus de flux si nécessaire et emballer en sachets ESD-safe.
Risque : corrosion dans le temps ou dégâts ESD pendant le transport.
Acceptation : contrôle visuel de propreté.

Erreurs fréquentes (et la bonne approche)

Même les ingénieurs expérimentés font des erreurs. Dans ce pick and place tutorial, nous reprenons les plus fréquentes chez APTPCB pour vous aider à les éviter.

1. Polarité de composant incorrecte

Erreur : la sérigraphie est ambiguë ou la rotation du footprint CAD ne correspond pas à l’orientation du tape-and-reel. C’est un cas classique de smt component polarity.
Correction : marquer clairement la broche 1, standardiser les bibliothèques et utiliser la convention IPC-7351 de zero orientation.

2. Fiducials manquants ou masqués

Erreur : des fiducials recouverts de solder mask ou simplement absents.
Correction : utiliser du cuivre nu avec une keep-out zone propre. Voir les DFM Guidelines pour les dimensions standard.

3. Mauvais choix de nozzle

Erreur : une petite buse pour un composant lourd, ou une grosse buse pour un composant minuscule.
Correction : attribuer les buses dans la bibliothèque machine selon poids et surface du composant.

4. Tombstoning (effet Manhattan)

Erreur : tailles de pads ou relief thermique déséquilibrés, ce qui fait refondre un côté plus vite que l’autre.
Correction : conserver un relief thermique symétrique sur les pads.

5. Interférences liées à la hauteur des composants

Erreur : un condensateur haut placé à côté d’un connecteur bloque la trajectoire de la buse.
Correction : programmer d’abord la pose des composants les plus bas ou augmenter les espacements autour des composants hauts.

6. Cartes voilées

Erreur : utiliser des PCB fins, 0,8 mm ou moins, sans support, ce qui les fait rebondir pendant la pose.
Correction : employer des pins magnétiques de support ou des outillages à vide sur mesure.

7. Mauvaise épissure de bande

Erreur : relier deux bobines de composants de manière incorrecte, causant bourrage ou décalage de pas.
Correction : utiliser les bons outils de splicing et vérifier le pas après raccordement.

8. Ignorer les Moisture Sensitivity Levels (MSL)

Erreur : laisser des boîtiers plastiques, comme des BGA, trop longtemps à l’air libre, provoquant du popcorning au reflow.
Correction : faire un baking si l’exposition dépasse le niveau MSL autorisé avant chargement dans la machine.

FAQ

Q : Peut-on utiliser une machine pick and place pour du traversant ? R : En général non. Certaines machines “odd-form” existent, mais le pick and place standard est conçu pour les composants CMS. Le traversant nécessite plutôt insertion manuelle ou vague.

Q : Quelle différence entre un chip shooter et un flexible mounter ? R : Le chip shooter est optimisé pour la vitesse et les petits passifs, souvent avec tête rotative. Le flexible mounter est plus lent mais prend en charge gros CI, connecteurs et formes atypiques avec précision.

Q : Comment générer le fichier Centroid ? R : La plupart des logiciels PCB comme Altium, Eagle ou KiCad ont une fonction d’export dédiée produisant un CSV ou TXT avec X, Y et rotation.

Q : Pourquoi mon composant est-il tourné de 90 degrés ? R : Il s’agit généralement d’un décalage de bibliothèque. Le zéro rotation du logiciel CAD ne correspond pas à celui de la machine. L’opérateur le corrige habituellement au setup.

Q : Dois-je paneliser mes cartes ? R : Pour l’assemblage automatique, oui. Les machines travaillent mieux avec des formats panel standard. Les petites cartes seules sont difficiles à tenir.

Q : Quel est le plus petit composant qu’APTPCB peut poser ? R : Les machines modernes savent poser du 01005 impérial, mais le 0201 reste la limite la plus rentable pour beaucoup de produits grand public.

Q : Comment la machine sait-elle qu’un composant a bien été pris ? R : Grâce à un capteur de vide, qui vérifie la chute de pression, et à un système de vision qui confirme présence et orientation sur la buse.

Q : Que se passe-t-il si le feeder n’a plus de composants ? R : La machine déclenche une alarme et se met en pause. L’opérateur doit changer la bobine ou faire une épissure. Les smart feeders anticipent souvent cette situation.

Q : Le pick and place est-il coûteux pour des prototypes ? R : Les coûts de setup, comme la programmation et le pochoir, rendent 1-2 cartes relativement chères. À partir de petits lots, l’assemblage automatisé devient toutefois bien plus fiable et économique que le montage manuel.

Q : Comment spécifier l’orientation des diodes ? R : Utilisez des marquages standard dans l’assembly drawing et identifiez clairement la cathode afin d’éviter les erreurs de smt component polarity.

Pages et outils associés

Pour fiabiliser votre projet avant le pick and place, ces ressources sont utiles :

Vérifier votre BOM : utilisez le BOM Viewer pour confirmer qu’elle est complète et bien formatée.
Contrôler les design rules : consultez nos DFM Guidelines pour valider footprints et fiducials.
Choix matière : si vous utilisez des matériaux RF nécessitant un traitement spécifique, consultez notre page Rogers PCB Materials.

Glossaire (termes clés)

Terme	Définition
SMT	Surface Mount Technology, méthode de production où les composants sont montés directement sur la surface du PCB.
SMD	Surface Mount Device, le composant lui-même, comme une résistance ou un IC, conçu pour la SMT.
Fiducial	Marque cuivre, généralement circulaire, utilisée par le système de vision pour l’alignement.
Nozzle	Extrémité de la tête de pose utilisant le vide pour saisir le composant.
Feeder	Mécanisme tenant la bobine et avançant le composant vers la tête de pose.
Centroid File	Fichier de données contenant X, Y, rotation et couche de chaque composant sur la carte.
Pitch	Distance entre le centre d’une broche et la suivante sur un boîtier.
BGA	Ball Grid Array, type de boîtier CMS pour circuits intégrés.
Reflow	Processus de fusion de la pâte à braser pour former les jonctions électriques définitives.
AOI	Automated Optical Inspection, machine de contrôle visuel après pose ou soudure.
Tombstoning	Défaut où un composant se redresse sur un côté pendant le reflow à cause d’un mouillage déséquilibré.
Tray	Support pour composants plus grands comme les QFP ou BGA qui ne sont pas fournis sur bande.
Solder Paste	Mélange de billes d’alliage et de flux servant à fixer les composants CMS sur le PCB.

Conclusion (prochaines étapes)

Maîtriser le pick and place tutorial ne consiste pas seulement à comprendre le mouvement d’un robot. Il faut une vision d’ensemble du procédé, depuis les données CAD jusqu’aux contrôles qualité finaux. En s’appuyant sur des données correctes, une sélection adaptée des composants et des validations rigoureuses comme la First Article Inspection, on élimine la majorité des défauts d’assemblage.

Que vous prototypiez un nouvel objet IoT ou que vous lanciez la montée en cadence d’un produit grand public, APTPCB dispose du savoir-faire et des équipements nécessaires.

Prêt à passer en production ? Pour obtenir un devis et une revue DFM fluides, préparez :

Gerber Files : avec couches cuivre, solder mask et sérigraphie.
Centroid File : avec coordonnées X/Y correctes.
Bill of Materials (BOM) : avec références fabricant.
Assembly Drawings : avec polarité des composants et instructions spéciales.

Rendez-vous sur notre Quote Page pour lancer votre projet.