Fabrication et assemblage de cartes électroniques (PCB, PCBA, CMS)

Une carte électronique passe par deux métiers distincts : la fabrication du circuit imprimé nu (PCB) et l'assemblage des composants (PCBA). Certains sous-traitants font les deux, la plupart achètent les circuits à des fabricants spécialisés et se concentrent sur l'assemblage, le test et l'intégration. Pour un bureau d'études, une start-up matérielle ou un fabricant d'équipements, bien comprendre cette chaîne permet de consulter les bons ateliers et d'éviter les retards.

Du circuit nu à la carte assemblée

La fabrication du circuit imprimé

Le fabricant de circuits imprimés part de stratifiés cuivrés, le plus souvent en FR-4, et construit la carte couche par couche : perçage, métallisation des trous, gravure des pistes, pressage des couches internes, vernis épargne, sérigraphie et finition des plages de cuivre. Les finitions courantes sont l'étain-plomb ou sans plomb au rouleau chaud (HASL), le nickel-or chimique (ENIG), plus plane et adaptée aux composants fins, et les vernis organiques (OSP).

Les paramètres à préciser : nombre de couches, épaisseur totale, épaisseur de cuivre, largeur minimale des pistes et des isolements, diamètre minimal de perçage, trous borgnes ou enterrés pour l'interconnexion haute densité, température de transition vitreuse du matériau, impédance contrôlée pour les signaux rapides. La norme IPC-6012 fixe les exigences de qualification et de performance des circuits rigides.

L'assemblage CMS

Les composants montés en surface (CMS) constituent l'essentiel d'une carte moderne. La ligne d'assemblage enchaîne :

1. Sérigraphie de la crème à braser à travers un pochoir en acier découpé au laser.
2. Contrôle de la pâte, en 3D sur les lignes récentes.
3. Placement des composants par une machine de transfert, à partir d'un fichier de coordonnées.
4. Refusion dans un four à plusieurs zones, selon un profil de température adapté à la crème et aux composants.
5. Inspection optique automatique des joints de brasure et de la présence des composants.

Les cartes double face passent deux fois sur la ligne.

Le traversant et la finition

Les connecteurs, gros condensateurs, transformateurs et composants de puissance restent souvent en technologie traversante. Ils sont brasés à la vague, à la vague sélective ou à la main. Viennent ensuite le nettoyage si nécessaire, le vernis de tropicalisation pour les environnements humides, l'assemblage mécanique et le test.

La norme qui fixe le niveau d'exigence

L'acceptabilité des cartes assemblées se juge selon l'IPC-A-610, qui définit trois classes. La classe 1 couvre l'électronique grand public, la classe 2 les équipements industriels et professionnels, la classe 3 les produits à haute fiabilité : médical, aéronautique, défense. Les exigences de procédé de brasage figurent dans l'IPC J-STD-001. Indiquez la classe visée dans votre demande : elle change le contrôle, les retouches admises et donc le prix.

Les fichiers à fournir

Un assembleur ne peut chiffrer correctement que si le dossier est complet :

• Les fichiers de fabrication du circuit : Gerber étendu (RS-274X) ou ODB++, ou IPC-2581, avec le fichier de perçage et la définition de l'empilage.
• La nomenclature (BOM) avec, pour chaque ligne, les repères, la quantité, la description, le fabricant et sa référence exacte, et les équivalents autorisés.
• Le fichier de placement : coordonnées, rotation et face de chaque composant.
• Le plan d'assemblage avec les notes particulières : composants à ne pas monter, vernis, colles, marquages.
• La procédure de test, ou au moins les points de mesure et la description du test fonctionnel.
• Les quantités : prototypes, présérie, besoin annuel et taille des lots.

Une nomenclature sans références fabricant est la première cause d'allers-retours : l'acheteur de l'assembleur doit alors deviner, et le risque d'erreur augmente.

Ce qui fait le prix d'une carte assemblée

• Les composants représentent souvent la plus grosse part, surtout en clé en main. Leur disponibilité et leurs délais pèsent sur le planning plus que l'assemblage.
• Les frais non récurrents : pochoir, programmation des machines, outillage de test, premier article.
• Le nombre de points de brasure et de composants, ainsi que leur type : un boîtier à billes au pas fin demande plus de soin qu'une résistance 0603.
• Le traversant et les opérations manuelles, plus coûteux que le CMS automatisé.
• Le test : inspection, rayons X, test in situ, test fonctionnel.
• La classe IPC, la traçabilité et la documentation.
• La taille des lots : chaque changement de série immobilise la ligne.

Prototype, présérie, série

Un prototype se fabrique vite, souvent en circuit standard et assemblage partiellement manuel. La présérie valide le procédé industriel : profil de refusion, programme d'inspection, banc de test. La série s'organise ensuite autour de prévisions de besoin, avec des approvisionnements de composants anticipés. Prévenir l'assembleur de ces étapes dès la première consultation lui permet de dimensionner sa proposition.

Consulter des assembleurs

Pour comparer des offres sur la même base, envoyez le même dossier complet à plusieurs ateliers. Vous pouvez demander un devis d'assemblage de cartes électroniques en décrivant votre carte, vos quantités et votre mode d'approvisionnement.

Lors du choix, examinez le nombre de lignes CMS et leur capacité en petits composants, la présence d'un contrôle aux rayons X, les moyens de test, la gestion des composants sensibles à l'humidité et aux décharges électrostatiques, et la capacité d'achat. La certification ISO 9001 est le minimum ; l'ISO 13485 s'impose pour le médical, l'EN 9100 pour l'aéronautique.

Retrouvez les sous-traitants électroniques dans la liste des entreprises d'électricité et d'électronique. Si vos cartes s'intègrent dans un équipement plus large, le câblage d'armoires électriques est souvent assuré par les mêmes ateliers.