Points clés à retenir

L'opération de Pick and Place constitue l'étape centrale de l'assemblage CMS au cours de laquelle une machine automatisée prélève chaque composant électronique depuis une bande, un plateau ou un tube pour le déposer avec une précision micrométrique sur les dépôts de pâte à braser aux coordonnées X et Y et selon l'orientation angulaire requises. Cette étape s'intercale entre la sérigraphie de crème à braser et le four à refusion dans l'assemblage CMS et traversant. La majorité des anomalies de placement découle de fichiers CAO imprécis ou d'un paramétrage défectueux des chargeurs. Ce guide présente l'ensemble du cycle de fabrication, de la préparation des fichiers au contrôle qualité final.

Définition : Le pick and place est le procédé robotisé consistant à prélever les composants depuis des distributeurs pour les implanter précisément sur la carte de circuit imprimé.
La rigueur des données est déterminante : Le succès d'une série repose sur la conformité absolue des fichiers centroïdes de coordonnées et d'une nomenclature de composants nettoyée.
Vitesse et précision : Les mitrailleuses de composants haute cadence chip shooter diffèrent profondément des machines de placement flexibles dédiées aux circuits intégrés complexes.
Systèmes de vision optique : Les têtes modernes corrigent les décalages angulaires et de positionnement en vol par caméra juste avant la dépose.
Contrôle du premier article : La validation FAI de la première carte est impérative pour prévenir les rebuts systématiques en série.
Erreur fréquente : Le manque de clarté des repères de polarité sur la sérigraphie constitue la première cause d'inversion de composants en fabrication.
Lien direct avec la refusion : L'implantation doit s'harmoniser avec le profil thermique du four pour éviter que la tension superficielle de la brasure ne déplace les pièces.

Que signifie le terme Pick and Place dans l'assemblage CMS ?

Dans l'industrie électronique CMS, l'expression Pick and Place désigne simultanément l'équipement automatisé et l'opération de prélèvement et de pose des composants. La machine saisit le composant à l'aide d'une buse d'aspiration sous vide, vérifie sa géométrie via un système de vision numérique et le dépose sur le dépôt de pâte à braser. Les différentes désignations abrégées font toutes référence à cette même opération charnière.

Désignation	Signification industrielle
Machine Pick and Place	Robot de placement CMS automatisé comprenant un portique ou une tête rotative, des buses, des chargeurs et des caméras d'alignement
Tête de placement	Ensemble mobile portant les buses d'aspiration qui effectue les navettes entre les chargeurs et la carte
Fichier centroïde	Fichier de coordonnées associant chaque repère topologique à ses coordonnées X et Y, son angle de rotation et sa face
Logiciel de programmation	Outil logiciel traduisant les fichiers CAO et la nomenclature en instructions de trajectoire pour la machine
Pose manuelle	Utilisation d'une précelle à dépression ou d'un manipulateur manuel pour les maquettes unitaires

Périmètre de ce guide

Pour maîtriser chaque étape du procédé, il importe de cerner clairement le cadre technologique de ce guide. Nous nous concentrons ici sur la programmation et la conduite des machines de placement CMS industrielles, qui représentent le cœur de la ligne d'assemblage.

Sur les lignes d'APTPCB, cette opération concrétise le passage du circuit imprimé nu au produit électronique assemblé. La machine met en œuvre des buses pneumatiques d'aspiration ou des pinces mécaniques. Ce procédé s'articule de manière indissociable entre l'étape amont de sérigraphie et l'étape aval de refusion en four à convection.

Ce guide couvre les aspects suivants :

Réglage de la machine : Chargement des distributeurs et sélection des buses de préhension.
Programmation : Conversion des coordonnées CAO en trajectoires machines.
Processus d'assemblage : Pose automatisée des composants sur la carte.
Vérification pré-refusion : Contrôle de la conformité du placement avant brasage.

Indicateurs essentiels pour évaluer la qualité

Toutes les machines de pose ne présentent pas les mêmes capacités techniques. Les indicateurs ci-dessous permettent de déterminer si une ligne d'assemblage répond aux exigences d'un projet donné.

Indicateur	Rôle dans le procédé	Valeurs représentatives	Méthode d'évaluation
Cadence CPH	Nombre de composants posés par heure, régissant le coût unitaire en fabrication de moyenne et grande série.	Prototypage : 1000–3000 CPH Moyenne série : 10000–20000 CPH Haute cadence : au-delà de 50000 CPH	Relevé des journaux d'activité de la machine en fonctionnement continu.
Précision de placement	Facteur critique pour les micro-boîtiers 0201 et 01005 et les circuits à pas fin pour éviter les ponts d'étain.	Standard : ±50 µm Haute précision : ±10 µm à ±25 µm	Mesure sur mires étalons en verre ou analyse statistique des décalages constatés.
Plage de composants	Définit la taille minimale et maximale des composants pris en charge par l'équipement.	Minimum : format 01005 Maximum : connecteurs et boîtiers BGA jusqu'à 150 mm	Examen de la bibliothèque de buses et du champ optique des caméras d'alignement.
Capacité en chargeurs	Nombre de références distinctes installables en simultané sans interruption de production.	Bancs réduits : 20–30 pistes pour bandes de 8 mm Bancs industriels : plus de 100 pistes	Dénombrement des emplacements disponibles sur les chariots amovibles.
Temps de changement de série	Durée d'arrêt de ligne requise pour basculer d'une référence produit à une autre.	Rapide : moins de 15 minutes avec chariots mobiles Lent : plus de 1 heure avec magasins fixes	Chronométrage entre la dernière carte conforme du lot A et la première carte conforme du lot B.
Vitesse d'alignement optique	L'alignement dynamique en vol sans arrêt de la tête surpasse les caméras fixes en cadence.	En vol : temps masqué sans pénalité Caméra fixe : ajout d'environ 0.5 s par composant	Comparaison des cadences mesurées avec système de vision activé et désactivé.

Logiciel de placement : des données CAO au programme machine

Le logiciel de pilotage remplit trois rôles majeurs : il importe les coordonnées centroïdes et la nomenclature, associe chaque référence à un modèle de boîtier et à une buse d'aspiration, puis optimise la trajectoire de la tête. Les suites CAO comme Altium, KiCad ou Eagle fournissent les fichiers bruts qui sont ensuite convertis en programme machine.

Étape logicielle	Fichiers sources	Risques en cas d'omission
Importation et calage de l'origine	Fichier centroïde, contour du circuit, mires optiques	Décalage généralisé de l'ensemble des composants hors de leurs plages d'accueil
Affectation des boîtiers et des buses	Nomenclature BOM, référence fabricant, bibliothèque	Buse inadaptée, perte de pièces en vol, rejets au contrôle optique
Correction de l'angle de rotation	Origine angulaire CAO comparée au sens d'alimentation en bande	Composants pivotés de 90° ou 180°, inversion de polarité
Optimisation du parcours de pose	Volume de composants par distributeur	Augmentation excessive des temps de cycle, déplacements inutiles
Simulation numérique	Programme complet de pose	Collisions de la tête avec des composants volumineux, ratés de préhension

Notre guide technique consacré aux fondamentaux du fichier centroïde explicite les formats de données et les contrôles d'orientation indispensables.

Guide de sélection par scénario de production

Chaque contexte de fabrication appelle une configuration machine spécifique. Le choix technologique dépend directement des volumes, de la mixité des cartes et du degré de complexité des boîtiers.

Scénario 1 : Maquette unitaire de laboratoire ou prototypage individuel

Méthode : Précelles à dépression manuelles ou pinces de précision.
Compromis : Coût matériel minimal mais temps de main-d'œuvre important et risque d'imprécision humaine.
Idéal pour : Circuits simples comportant moins de 50 composants sans boîtiers à pas fin.

Scénario 2 : Pôle de recherche et développement interne

Méthode : Machine de table semi-automatique compacte.
Compromis : Coût d'investissement maîtrisé pour une vitesse réduite et un nombre restreint de chargeurs.
Idéal pour : Itérations rapides en interne sans dépendre des plannings de sous-traitance.

Scénario 3 : Sous-traitance moyenne série à forte mixité

Méthode : Machine de placement flexible à chariots de chargeurs interchangeables.
Compromis : Vitesse de pointe modérée largement compensée par des changements de série ultra-rapides.
Idéal pour : Ateliers traitant de nombreux ordres de fabrication de 50 à 500 cartes par jour.

Scénario 4 : Fabrication de masse à grand volume

Méthode : Ligne combinant des mitrailleuses de composants haute vitesse et des machines multifonctions.
Compromis : Investissement en capital lourd et temps de réglage conséquents rentabilisés par une production continue.
Idéal pour : Produits électroniques grand public de plus de 10000 unités.

Scénario 5 : Cartes complexes à puces BGA et modules radiofréquence

Méthode : Machine de haute précision avec caméras d'alignement avancées et contrôle de force d'appui.
Compromis : Vitesse d'exécution ralentie afin d'assurer l'alignement parfait des matrices de billes.
Idéal pour : Boîtiers BGA, QFN et modules blindés pour télécommunications.

Scénario 6 : Barres et rubans d'éclairage LED de grande longueur

Méthode : Équipement spécifique équipé de convoyeurs rallongés.
Compromis : Mécanique dédiée ne convenant pas aux cartes multicouches conventionnelles.
Idéal pour : Profilés et réglettes LED atteignant jusqu'à 1.2 mètre de long.

De la conception à la fabrication : points de contrôle clés

Points de contrôle de la conception à la fabrication

Après avoir défini l'approche industrielle commence la mise en œuvre opérationnelle. Les points de contrôle ci-après garantissent une transition sans écueil du fichier CAO vers la carte finalisée.

1. Épuration et validation de la nomenclature

Recommandation : Assigner une référence fabricant exacte et un repère topologique sans ambiguïté à chaque ligne.
Risque : Les descriptions vagues provoquent des ruptures d'approvisionnement ou des erreurs de calibre électrique.
Validation : Examen via notre outil BOM Viewer avant lancement en production.

2. Extraction du fichier centroïde de placement

Recommandation : Exporter le fichier de coordonnées depuis l'outil CAO avec colonnes X, Y, rotation, face et désignateur.
Risque : Une mauvaise définition du point zéro conduit la machine à poser les pièces à côté des plages d'accueil.
Validation : Contrôle des coordonnées extrêmes par rapport aux dimensions physiques réelles du circuit.

3. Flans de fabrication et mires optiques

Recommandation : Prévoir des mires fiduciales globales sur les bandes de rive et locales près des circuits denses.
Risque : Sans mires, la machine ne peut compenser les dilatations ou déformations géométriques de la carte.
Validation : Examen visuel des mires en cuivre sur les typons et couches de vernis épargne.

4. Conception du pochoir et sérigraphie de pâte

Recommandation : Ajuster scrupuleusement les ouvertures du pochoir aux dimensions des empreintes de composants.
Risque : Un surplus de brasure génère des court-circuits ; un manque de brasure conduit à des joints ouverts.
Validation : Inspection optique tridimensionnelle des volumes de pâte déposés avant le banc de pose.

5. Approvisionnement des chargeurs et raccordement de bandes

Recommandation : Installer les bandes dans les pistes précisément assignées par le plan de chargement.
Risque : Intervertir deux valeurs de résistances ne se détecte pas à l'œil nu mais rend la carte inopérante.
Validation : Lecture par code-barres sur chargeurs intelligents ou double vérification humaine croisée.

6. Programmation machine et optimisation des parcours

Recommandation : Charger le centroïde et optimiser les trajectoires de la tête pour réduire les courses à vide.
Risque : Des mouvements mal calculés allongent inutilement la durée du cycle d'assemblage.
Validation : Simulation numérique du programme sur la console de pilotage.

7. Apprentissage des silhouettes de composants

Recommandation : Enseigner au système de vision la forme exacte des boîtiers et la géométrie des connexions.
Risque : Des tolérances trop strictes ou mal renseignées provoquent le rejet injustifié de composants conformes.
Validation : Surveillance du taux de rejet dans le bac de défausse lors de la phase de réglage.

8. Contrôle du premier article FAI

Recommandation : Produire une seule carte échantillon et la vérifier intégralement avant de lancer la fabrication du lot.
Risque : Assembler une série entière sans valider le premier exemplaire risque de générer un rebut massif.
Validation : La démarche de contrôle premier article valide la conformité de chaque pièce posée avec le schéma et la liste de composants.

9. Profilage thermique du four de refusion

Recommandation : Régler les zones de chauffe en cohérence avec les spécifications de la pâte et la masse thermique des boîtiers.
Risque : Choc thermique détériorant les semi-conducteurs ou soudures froides fragiles.
Validation : Enregistrement des courbes de température au moyen de thermocouples sur carte témoin.

10. Inspection optique automatique

Recommandation : Positionner un équipement d'inspection AOI en sortie de four pour détecter désalignements, redressements et manques.
Risque : Baisse de vigilance liée à la fatigue lors des contrôles visuels manuels.
Validation : Analyse des rapports d'anomalies générés par le système AOI.

11. Contrôle électrique fonctionnel

Recommandation : Mettre en œuvre un test in situ, un test à sondes mobiles ou un banc fonctionnel dédié.
Risque : Joints de soudure visuellement acceptables mais dépourvus de contact électrique effectif.
Validation : Édition du rapport d'acceptation automatique conforme ou non conforme.

12. Nettoyage final et conditionnement ESD

Recommandation : Éliminer les résidus de flux agressifs si requis et conditionner les cartes sous emballage de protection antistatique.
Risque : Dégradations par corrosion ultérieure ou chocs électrostatiques durant le transport.
Validation : Mesure de propreté ionique et contrôle visuel des conditionnements.

Erreurs fréquentes et solutions recommandées

Même les bureaux d'études expérimentés rencontrent des difficultés lors de la préparation des fichiers de pose. Voici les causes d'incidents les plus récurrentes constatées dans nos ateliers.

1. Polarité inversée des composants

L'erreur : Sérigraphie ambiguë sur la broche 1 ou divergence entre l'angle zéro du composant en CAO et son orientation dans la bande.
La solution : Repérer formellement la cathode et la broche 1, tout en appliquant la norme IPC-7351 aux bibliothèques d'empreintes.

2. Mires fiduciales manquantes ou vernies

L'erreur : Mires optiques oubliées lors du dessin ou accidentellement recouvertes de vernis épargne.
La solution : Réserver des pastilles de cuivre nu avec dégagement d'épargne conformément à nos règles DFM.

3. Mauvais calibrage de la buse de préhension

L'erreur : Buse trop étroite pour un composant lourd provoquant la chute de la pièce, ou buse trop large pour un petit boîtier provoquant des fuites de vide et des collisions.
La solution : Associer des références de buses précises dans la base machine en fonction de la masse et de la surface d'appui.

4. Effet d'homme debout lors de la refusion

L'erreur : Plages d'accueil asymétriques ou pistes de cuivre déséquilibrées thermiquement provoquant le redressement vertical du composant.
La solution : Prévoir des freins thermiques symétriques sur les connexions aux plans d'alimentation et de masse.

5. Encombrement et collisions en hauteur

L'erreur : Positionnement d'un composant de forte hauteur à proximité immédiate de petits boîtiers CMS, gênant le passage de la tête.
La solution : Ordonnancer la séquence d'assemblage pour monter les composants bas avant les composants hauts.

6. Fléchissement des circuits imprimés fins

L'erreur : Cartes de 0.8 mm ou moins manquant d'appui mécanique inférieur, provoquant des rebonds sous l'impact de la buse.
La solution : Placer des plots de soutien magnétiques ou des outillages aspirants sous la carte dans la machine.

7. Raccordement défectueux des bandes de composants

L'erreur : Jonction imprécise de deux bobines consécutives entraînant un bourrage ou un décalage du pas d'avancement.
La solution : Utiliser des pinces de raccordement dédiées et des agrafes métalliques calibrées en contrôlant le pas.

8. Négligence des niveaux de sensibilité à l'humidité

L'erreur : Maintien prolongé de boîtiers plastiques sensibles à l'air libre, provoquant des éclatements internes lors du passage au four.
La solution : Étuver systématiquement les composants exposés au-delà de leur classe MSL avant chargement sur la ligne.

Foire aux questions

Q : Que désigne le terme Pick and Place dans la fabrication CMS ? R : Il s'agit de l'opération robotisée consistant à prélever des composants CMS depuis des magasins d'alimentation et à les poser sur la pâte à braser aux coordonnées et angles programmés.

Q : La pose manuelle est-elle envisageable pour les cartes de prototypage ? R : Pour des cartes simples contenant un nombre modéré de composants conventionnels, oui. En revanche, pour des boîtiers 0201, QFN ou BGA, une machine automatique reste indispensable pour obtenir une régularité de qualité.

Q : Peut-on insérer des composants traversants traditionnels avec une machine de placement ? R : Les machines de placement courantes sont dédiées aux composants montés en surface. Les composants traversants relèvent de la pose manuelle, de machines d'insertion dédiées ou de la soudure sélective.

Q : En quoi une mitrailleuse se distingue-t-elle d'une machine multifonction ? R : Une mitrailleuse chip shooter vise une cadence maximale sur de petits composants passifs. La machine flexible est plus lente mais implante des circuits intégrés volumineux et des connecteurs avec une précision supérieure.

Q : Comment produit-on le fichier centroïde ? R : L'ensemble des logiciels de conception de circuits imprimés dispose d'une commande d'exportation générant un fichier texte ou CSV avec repères, coordonnées X/Y et angles d'orientation.

Q : Pourquoi un composant apparaît-il pivoté de 90 degrés lors de la pose ? R : Cela découle d'un écart entre la définition de l'orientation zéro dans la bibliothèque CAO et la disposition de la pièce dans la bande. Le technicien rectifie cet angle lors de la mise au point du programme.

Q : La mise en flan est-elle requise pour l'assemblage automatique ? R : Pour une production industrielle, oui. Les petites cartes unitaires sont difficiles à convoyer et brider sur les rails de transport. Le flan de fabrication fiabilise le convoyage.

Q : Quelle est la taille de composant minimale prise en charge ? R : Les machines modernes gèrent les composants de format 01005, bien que le format 0201 demeure le seuil habituel pour une fabrication grand public économique.

Q : Comment la machine valide-t-elle la bonne prise d'un composant ? R : Un capteur pneumatique mesure la dépression au niveau de la buse et une caméra numérique confirme la géométrie et l'alignement de la pièce en vol.

Q : Que se passe-t-il lorsque la bande d'un chargeur arrive à son terme ? R : L'équipement déclenche une alerte sonore et lumineuse puis marque une pause. Les chargeurs intelligents préviennent l'opérateur avant l'épuisement effectif.

Q : Le placement automatisé est-il coûteux sur de petites séries de prototypes ? R : Pour 1 à 2 pièces, les coûts de réglage et de pochoir sont sensibles, mais dès 10 pièces, la pose robotisée devient nettement plus compétitive et sûre que le travail manuel.

Q : Comment spécifier clairement le sens de montage des diodes ? R : En matérialisant distinctement la cathode sur le dessin de sérigraphie et le plan d'assemblage, ce qui élimine les inversions de polarité.

Pages et outils associés

Pour préparer vos dossiers de fabrication en toute sérénité, nous vous invitons à exploiter ces ressources :

Vérification de votre nomenclature : Utilisez notre outil BOM Viewer pour valider la complétude et le formatage de votre nomenclature.
Règles de fabricabilité : Consultez nos règles DFM pour vérifier l'implantation des mires et des empreintes.
Fichiers de placement : Parcourez notre guide des fondamentaux du fichier centroïde avant l'exportation finale.

Glossaire des termes clés

Terme	Définition
SMT	Technologie de montage en surface permettant de souder directement les composants sur les conducteurs du circuit
SMD	Composant électronique conçu spécifiquement pour le montage en surface
Mire fiduciale	Repère optique en cuivre circulaire permettant au système de vision de recaler l'alignement de la carte
Buse de préhension	Embout d'aspiration situé sur la tête de pose maintenant la pièce par dépression
Chargeur	Système mécanique maintenant les bobines de bande et assurant l'avancement des composants vers la buse
Fichier centroïde	Tableau de données consignant les coordonnées spatiales, l'orientation et la couche de chaque élément
Pas de connexion	Écart mesuré entre les centres de deux broches contiguës sur un boîtier de circuit intégré
BGA	Boîtier à matrice de billes d'alliage situées sous la face inférieure du composant
Refusion	Procédé thermique consistant à fondre la pâte à braser pour figer les connexions électriques
AOI	Système d'inspection optique automatisée vérifiant la carte après brasage
Effet d'homme debout	Défaut de brasage où un composant bipolaire se dresse à la verticale sous l'effet de tensions dissymétriques
Plateau alvéolé	Support plat servant au conditionnement de circuits intégrés non conditionnés en ruban
Pâte à braser	Suspension de micro-sphères d'alliage de soudure dans un flux liant pour application au pochoir

Conclusion et prochaines étapes

La maîtrise de l'assemblage par Pick and Place dépasse largement l'observation des mouvements mécaniques d'un robot. Elle exige une approche globale de la fabrication électronique, depuis la préparation scrupuleuse des fichiers CAO jusqu'au protocole rigoureux de validation du premier article. Grâce à des données rigoureuses et des méthodes de réglage maîtrisées, la quasi-totalité des défauts de placement peut être évitée avant production.

Du prototypage rapide aux fabrications de série, APTPCB prend en charge vos projets de l'approvisionnement des composants à la livraison de cartes testées dans le cadre de notre service d'assemblage de circuits imprimés clés en main.

Prêt à lancer votre fabrication ? Rassemblez les éléments techniques suivants pour accélérer l'établissement de votre devis et la revue DFM :

Fichiers Gerber : Couches de cuivre, vernis épargne et sérigraphie.
Fichier centroïde : Coordonnées et rotations de placement validées.
Nomenclature de composants : Incluant les références exactes des fabricants.
Plan d'assemblage : Précisant les polarités et consignes spécifiques.

Transmettez vos fichiers via notre formulaire de devis d'assemblage PCB pour démarrer votre projet.