Comment la panélisation des circuits imprimés influe sur le coût de fabrication de ces derniers

Le prix d'un circuit imprimé n'est pas déterminé uniquement par le circuit lui-même.

La disposition des différentes cartes sur un panneau de fabrication peut également avoir une incidence sur le coût final.

Ce processus est connu sous le nom de Assemblage de circuits imprimés en panneaux.

Au lieu de fabriquer chaque circuit imprimé comme une pièce entièrement distincte, les fabricants disposent généralement plusieurs circuits sur un panneau de production plus grand.

Le panneau peut ensuite passer par les étapes de fabrication et, si nécessaire, d'assemblage en tant qu'ensemble complet.

Le nombre de circuits imprimés utilisables pouvant être obtenus à partir d'un panneau influe sur :

• Utilisation des matériaux
• Efficacité de la production
• Outillage
• Durée de l'acheminement
• Manipulation
• Rendement de l'assemblage
• Coût effectif par carte

Dans le cadre d'une production à grand volume, même une légère amélioration du taux d'utilisation des panneaux peut avoir un impact notable sur le coût total de fabrication.

Qu'est-ce que la « panelisation » des circuits imprimés ?

La « panelisation » des circuits imprimés consiste à disposer plusieurs modèles de circuits imprimés individuels sur un panneau de fabrication plus grand.

Voici un exemple simplifié :

Individual PCB → panel arrangement → fabrication → separation

Le panneau peut comporter :

• Copies répétées d'un circuit imprimé
• Plusieurs variantes de circuits imprimés
• Rails d'outillage
• Repères
• Languettes détachables
• rainures en V
• Chemins de routage

La disposition exacte dépend des dimensions du circuit imprimé, de sa forme, du procédé de fabrication et des exigences d'assemblage.

Pourquoi la panelisation influe sur le coût des circuits imprimés

Imaginez deux dispositions de panneaux.

Mise en page A

8 panneaux par panneau

Mise en page B

10 planches par panneau

Si le coût de fabrication du panneau reste à peu près identique, la configuration B répartit ce coût sur un plus grand nombre de cartes utilisables.

Cela peut permettre de réduire le coût de fabrication effectif par circuit imprimé.

Cependant, la panelisation ne consiste pas simplement à disposer le plus grand nombre possible de panneaux sur une feuille.

Le panneau doit encore disposer de suffisamment d'espace pour :

• Routage
• rainures en V
• Outillage
• Manipulation
• Distance de sécurité électrique
• Équipements d'assemblage

Une configuration trop ambitieuse, susceptible d'entraîner des problèmes de fabrication, peut s'avérer plus coûteuse au final.

La taille de la planche est l'une des premières variables

Les dimensions du circuit imprimé ont une incidence directe sur le nombre d'unités pouvant tenir sur un panneau.

Par exemple :

50 × 50 mm

and

100 × 100 mm

Ces cartes nécessitent des dispositions de circuits imprimés très différentes.

Mais cette relation n'est pas toujours linéaire.

Une légère modification des dimensions de la planche peut parfois permettre d'obtenir une disposition bien plus avantageuse.

Par exemple, modifier légèrement une dimension peut permettre :

• Plus de planches par rangée
• Meilleure rotation
• Moins de matériaux inutilisés

C'est pourquoi il convient d'étudier le tracé de la carte en parallèle avec la découpe en panneaux lorsque la conception mécanique offre encore une certaine marge de manœuvre.

La forme de la planche a également son importance

Un circuit imprimé rectangulaire est généralement plus facile à assembler en panneau qu'un circuit de forme irrégulière.

Parmi les défis courants en matière de coûts, on peut citer :

• Grandes découpes
• Sections arrondies
• Extensions étroites
• Plusieurs emplacements
• Routage interne complexe

Ces caractéristiques peuvent entraîner un gaspillage accru de matière ou nécessiter davantage d'usinage.

Si la conception mécanique le permet, la simplification du contour du circuit imprimé peut améliorer l'efficacité de la fabrication.

Rainure en V ou fraisage ?

Voici deux méthodes courantes de séparation des circuits imprimés :

Rainure en V

Une rainure est pratiquée en suivant des lignes droites afin de pouvoir séparer les planches par la suite.

La rainure en V convient bien aux planches présentant les caractéristiques suivantes :

• Bords droits
• Formes régulières
• Contours rectangulaires répétés

Routage

Une fraiseuse découpe le contour du circuit imprimé.

Le routage est plus adapté aux situations suivantes :

• Formes irrégulières
• Contours courbes
• Découpes internes

Cependant, le routage occupe davantage d'espace sur le panneau et nécessite des déplacements de l'outil autour de la carte.

La méthode à adopter dépend de la géométrie de la carte.

Quand la rainure en V s'avère plus efficace

Si plusieurs panneaux rectangulaires identiques peuvent être placés les uns à côté des autres en formant des bords droits, la rainure en V peut permettre une utilisation optimale des panneaux.

Par exemple :

Conseil d'administration | Conseil d'administration | Conseil d'administration | Conseil d'administration

peuvent souvent être traitées efficacement.

Mais la rainure en V ne convient pas à tous les modèles.

Le circuit imprimé final doit toujours respecter les conditions requises au niveau des bords après la découpe.

Quand un routage est nécessaire

Le routage est souvent nécessaire lorsque le circuit imprimé présente les caractéristiques suivantes :

• Bords arrondis
• Formes irrégulières
• Emplacements internes
• Découpes complexes

Dans ces cas-là, tenter d’imposer un agencement à rainure en V peut entraîner des problèmes mécaniques.

Le coût de fabrication légèrement plus élevé peut se justifier si la forme de la carte elle-même s'impose.

Les rails d'outillage prennent de la place

Les panneaux de production nécessitent souvent des rails autour de la zone du panneau.

Ces rails peuvent être utilisés pour :

• Manutention des machines
• Transport par convoyeur
• Repères
• Alignement des composants
• Trous d'outillage

La surface disponible pour les circuits imprimés proprement dits est donc inférieure aux dimensions totales du panneau.

Cela revêt une importance particulière pour l'assemblage SMT.

Une machine conçue exclusivement pour la fabrication de circuits imprimés peut ne pas être la solution idéale pour l'assemblage automatisé.

La panelisation pour la fabrication de circuits imprimés par rapport à l'assemblage SMT

Il existe une différence importante entre la « panelisation » en fabrication et la « panelisation » en assemblage.

Un panel dédié à la fabrication de circuits imprimés se concentre principalement sur :

• Utilisation des matériaux
• Forage
• Imagerie
• Routage
• Essais électriques

Lors de la conception d'un panneau d'assemblage SMT, il faut également tenir compte des éléments suivants :

• Accès « pick-and-place »
• Impression de pâte à souder
• Repères
• Manutention par convoyeur
• Jeu entre les composants
• Dépannelisation

Une disposition qui semble efficace pour la fabrication de circuits imprimés n'est pas forcément le meilleur choix pour le montage en surface (SMT).

Pour les produits assemblés, ces deux étapes doivent être considérées conjointement.

La division en panneaux peut avoir une incidence sur le rendement de l'assemblage

La modularisation n'est pas seulement une question de coût.

Une conception inadéquate du panneau peut également entraîner des problèmes d'assemblage.

Par exemple :

• Flexion excessive de la planche
• Un soutien inégal
• Outillage insuffisant
• Mauvais positionnement des repères
• Problèmes liés au jeu des composants

Ces facteurs peuvent avoir une incidence sur :

• Impression de pâte à souder
• Emplacement des composants
• Refonte
• L'inspection

Par conséquent, le panneau théoriquement le moins cher n'est pas toujours le meilleur panneau en termes de production.

Guide pratique : Optimiser le regroupement des circuits imprimés

Étape 1 : Commencez par le circuit imprimé fini

Commençons par définir :

• Dimensions de la planche
• Contour du tableau
• Emplacements des composants
• Emplacements des connecteurs
• Exigences mécaniques

Ne modifiez pas le contour du circuit imprimé dans le seul but d'optimiser l'utilisation du panneau si cette modification entraîne un problème au niveau du produit.

Étape 2 : Tester différentes orientations

Un circuit imprimé ne doit pas nécessairement toujours être orienté de la même manière.

Essayez :

• 0°
• 90°
• 180°
• Dispositions en miroir lorsque la fabrication le permet

Des orientations différentes peuvent parfois entraîner des différences considérables dans l'utilisation du matériau.

Étape 3 : Calculer le nombre de planches par panneau

Comparez plusieurs agencements réalistes.

Par exemple :

Mise en page	Cartes/Panneaux	Taux d'utilisation relatif
A	6	Plus bas
B	8	Modéré
C	10	Plus élevé

Le résultat exact dépend des dimensions des panneaux et des contraintes de fabrication.

Étape 4 : Vérifier les exigences en matière de séparation

Déterminez si la conception peut utiliser :

• rainure en V
• Routage par onglets
• Languettes perforées
• Routage complet

Ne procédez pas à l'optimisation de l'utilisation du matériau avant de vous être assuré que les panneaux peuvent effectivement être découpés en toute sécurité.

Étape 5 : Ajouter les exigences d'assemblage

Si les panneaux doivent être assemblés, vérifiez les points suivants :

• Rails d'outillage
• Repères
• Impression de pâte à souder
• Jeu entre les composants
• Exigences relatives aux convoyeurs

Le panneau doit fonctionner tout au long du processus de production.

Étape 6 : Comparer le coût effectif

Un indicateur utile est le suivant :

Effective PCB cost = panel cost ÷ usable PCB quantity

C'est plus utile que de se contenter de regarder le prix du panneau.

Par exemple :

$100 panel ÷ 10 boards = $10 per board

tandis que :

$100 panel ÷ 6 boards = $16.67 per board

Le devis définitif peut comporter des coûts supplémentaires, mais ce calcul montre pourquoi le taux d'utilisation est important.

Panelisation et quantité de circuits imprimés

La quantité peut influencer la configuration idéale des panneaux.

Supposons que le client ait besoin de :

100 planches

Si le panneau contient :

10 planches

alors la quantité produite correspond exactement à :

10 panneaux

Si le panneau contient :

7 planches

le fabricant pourrait devoir produire un nombre différent de panneaux et gérer des pièces supplémentaires non utilisées.

Cela n'entraîne pas toujours une différence de coût significative, mais il convient d'examiner conjointement le volume de production et le nombre de panneaux.

Assemblage de circuits imprimés mixtes

Certains projets comprennent plusieurs schémas de circuits imprimés liés entre eux.

Par exemple :

• Carte mère
• Carte de commande
• Panneau d'affichage
• Carte de capteurs

Dans certaines circonstances, plusieurs motifs peuvent être placés sur un même panneau de production.

Cela pourrait permettre d'optimiser l'utilisation des matériaux.

Cependant, la panelisation mixte soulève des considérations supplémentaires :

• Différentes quantités
• Exigences de fabrication différentes
• Exigences différentes en matière de tests
• Dépannelisation
• Configuration de l'assemblage

Il convient donc de l'évaluer au cas par cas, en fonction de chaque projet.

Panelisation et conception de petits circuits imprimés

La mise en panneau peut parfois apporter un avantage considérable aux petits circuits imprimés.

Un seul petit circuit imprimé peut n'occuper qu'une petite partie du panneau de fabrication.

Le regroupement de plusieurs exemplaires permet d'optimiser l'utilisation des matériaux et la gestion de la production.

Cela s'avère particulièrement utile pour :

• Cartes de capteurs
• Électronique portable
• Petits contrôleurs
• Modules RF
• Cartes IoT

Cependant, les petites cartes ont elles aussi besoin d'un soutien suffisant lors de l'assemblage SMT.

Panelisation et circuits imprimés de grande taille

Les circuits imprimés de grande taille posent un défi particulier.

La carte peut occuper la majeure partie de la surface disponible du panneau.

Les possibilités d'augmenter le nombre de cartes par panneau pourraient être limitées.

Dans ce cas, l'optimisation des coûts peut provenir :

• Optimisation du profil de la planche
• Sélection des matériaux
• Choix de la taille du panneau
• Rendement de fabrication
• Réduire les découpes superflues

plutôt que de se contenter d'augmenter le nombre de cartes par panneau.

Faut-il concevoir le circuit imprimé en tenant compte de la panélisation ?

Pas tout à fait.

Les exigences électriques et mécaniques du produit doivent primer.

Il faudrait toutefois envisager la panelisation avant que la conception ne soit définitivement arrêtée.

Si les dimensions de la carte peuvent être modifiées de quelques millimètres sans que cela n'affecte le produit, cette flexibilité peut s'avérer précieuse.

Un ingénieur de production peut alors comparer plusieurs configurations avant que la conception mécanique définitive ne soit validée.

Erreurs courantes en matière de panelisation

Concevoir une seule carte à la fois

Le circuit imprimé pris isolément peut être réalisable, mais son utilisation sur le panneau peut s'avérer peu efficace.

Non-respect des exigences en matière de montage en surface (SMT)

Un panneau facile à fabriquer peut ne pas être adapté à la chaîne de montage.

Utilisation d'un trop grand nombre de découpes internes

Les découpes peuvent réduire l'utilisation des matériaux et multiplier les opérations de fraisage.

Ignorer la dépannelisation

Les composants placés trop près du bord de la carte risquent d'être endommagés lors de la découpe.

Optimisation visant uniquement à maximiser le nombre de cartes

Le nombre maximal de cartes ne constitue pas toujours la meilleure configuration si cela entraîne des problèmes d'assemblage ou de fiabilité.

Guide pratique : réduire le coût des circuits imprimés grâce à la mise en panneaux

Une révision pratique peut suivre l'enchaînement suivant :

Contour du tableau

↓

Dimensions du panneau

↓

Réunion d'orientation du conseil d'administration

↓

Rainure en V ou fraisage

↓

Rails d'outillage

↓

Repères

↓

Jeu de montage

↓

Dépannelisation

↓

Nombre de panneaux par panneau

↓

Coût effectif par circuit imprimé

Cette approche est plus fiable que de se contenter de demander le prix le plus bas possible pour un panneau.

La panelisation a-t-elle une incidence sur la qualité des circuits imprimés ?

C'est possible.

Une mauvaise organisation des panneaux peut entraîner :

• Gondolage des panneaux
• Contrainte mécanique
• Dommages liés à la dépannelisation
• Problèmes de montage
• Problèmes de maniabilité

Par exemple, un panneau extrêmement long et étroit peut présenter un comportement mécanique différent de celui d'un panneau équilibré.

Le panneau de fabrication doit donc répondre à la fois aux exigences en matière de coûts et de processus.

FAQ

Conclusion

On a tendance à négliger la panélisation des circuits imprimés, car elle intervient une fois que la conception du circuit imprimé semble achevée.

En réalité, cela peut avoir une incidence sur le coût de fabrication réel de chaque carte produite.

Parmi les facteurs les plus importants, on peut citer :

• Dimensions de la planche
• Forme de la planche
• Dimensions du panneau
• Réunion d'orientation du conseil d'administration
• rainure en V
• Routage
• Rails d'outillage
• Consignes de montage
• Dépannelisation
• Quantité produite

Le meilleur panneau n'est pas forcément celui qui contient le plus grand nombre de planches.

C'est ce panneau qui offre un bon équilibre entre utilisation des matériaux, efficacité de fabrication, stabilité de l'assemblage et qualité des produits.

Pour les projets de production, l'examen de la modularisation avant que la conception du circuit imprimé ne soit définitivement arrêtée permet d'éviter tout gaspillage inutile de matériaux et de faciliter la transition entre le prototype et la production en série.

TOPFAST permet d'évaluer l'utilisation des panneaux en tenant compte des exigences de fabrication et d'assemblage, ce qui s'avère particulièrement utile lorsqu'une carte passe de la phase de prototypage à la production en série.