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7 conseils à écouter avant d'étudier le masque de soudure

2023-05-20Journaliste: SprintPCB

L'utilisation d'un masque de soudure de haute qualité est essentielle à la fabrication des circuits imprimés. Sans masque de soudure fiable, la durabilité d'un circuit imprimé sera considérablement réduite. La création d'un masque de soudure efficace implique plusieurs facteurs et constitue un élément essentiel de la composition de votre circuit imprimé.

Qu'est-ce qu'un masque de soudure ?

Le vernis épargne est un vernis liquide photo-imageable utilisé pour protéger le cuivre des circuits imprimés en formant une couche protectrice. Il est appliqué sur les deux faces du circuit imprimé afin de protéger le cuivre de divers facteurs pouvant entraîner un dysfonctionnement, tels que l'oxydation, les influences conductrices externes, la soudure, les pics de tension, les éléments environnementaux, etc.

Types de masques de soudure

Les PCB ont différents types de masques de soudure. Quel que soit le type, ils subissent tous un processus de thermodurcissement une fois le motif déterminé. Les types de masques de soudure sont indiqués ci-dessous :

liquide époxy

Le masque de soudure est disponible sous différents formats selon les exigences de l'application. Le masque de soudure le plus économique est un liquide époxy sérigraphié sur le circuit imprimé.

LPSM (masque de soudure photo-imageable liquide)

Le LPSM peut être sérigraphié ou pulvérisé sur le PCB, exposé au motif et développé pour fournir des ouvertures dans le motif pour les pièces à souder sur les pastilles de cuivre.

DFSM (masque de soudure photo-imageable à film sec)

Le DFSM est laminé sous vide sur le PCB puis exposé et développé.

comment mesurer l'épaisseur du masque de soudure

Lors de la fabrication des circuits imprimés, le masque de soudure est pulvérisé sur le panneau de production, puis exposé aux UV avec le motif approprié. Le masque est ensuite développé et séché. Bien que le vert soit une couleur courante pour le masque de soudure sur les circuits imprimés, il existe également d'autres couleurs, et un masque transparent est également une option.

Définition des couches de masque de soudure dans les données Gerber

Lorsque vous travaillez avec des données Gerber, il est important de comprendre comment définir les couches de masque de soudure. Dans les données Gerber, les couches de masque de soudure doivent être considérées comme une image négative. Cela signifie que là où vous voyez de la couleur sur la couche de masque, il ne doit pas y avoir de masque de soudure. Le reste de la carte sera recouvert de masque de soudure. Considérez le masque de soudure comme recouvrant entièrement votre circuit imprimé, et les fichiers de masque de soudure indiquent les zones où aucun masque de soudure ne doit être appliqué. Dans les données Gerber pour les cartes rigides, GTS représente la couche supérieure de masque de soudure, tandis que GBS représente la couche inférieure de masque de soudure. Pour les circuits imprimés flexibles ou flex-rigides, GTS et GBS peuvent être utilisés pour les couches de masque de soudure et de recouvrement. Lors de la production des fichiers Gerber (ingénierie FAO), SprintPCB ajuste automatiquement les ouvertures du masque de soudure en fonction des besoins de la production du circuit imprimé. En général, l'ouverture d'un masque de soudure est ajustée pour être 4 mil plus grande que la pastille de cuivre qu'elle expose (2 mil plus grande de chaque côté). Ce réglage garantit que le masque est centré sur la pastille et évite que le masque ne recouvre la pastille de cuivre. La tolérance d'enregistrement du masque est généralement de +/- 2 mil ; c'est pourquoi les ouvertures sont ajustées de 2 mil plus grandes tout autour du motif en cuivre, garantissant ainsi la soudure de la pastille entière. Dans certains cas, une pastille définie par le masque (CMS) est nécessaire. On parle de pastille CMS lorsque le relief du masque est de taille égale ou inférieure à la pastille de cuivre qu'elle expose. Ces pastilles sont couramment utilisées lorsque des barrages de masque sont nécessaires entre les pastilles des composants montés en surface, mais que l'espace disponible pour imprimer un barrage et suivre le gonflement standard du masque est insuffisant. Si vous avez besoin d'une pastille définie par le masque et que vous ne souhaitez pas modifier les jeux de masque, il est important d'inclure une note de fabrication indiquant les pastille à ne pas ajuster.

Comment appliquer le masque de soudure LPI sur les circuits imprimés ?

Le masque de soudure LPI peut être appliqué sur un circuit imprimé par sérigraphie. Il est ensuite exposé au motif souhaité et développé, créant ainsi des ouvertures pour le soudage des composants sur les pastilles de cuivre. Le masque de soudure à film sec (DFSM) est quant à lui laminé sous vide sur le circuit imprimé, puis exposé et développé. Les deux procédés subissent généralement une polymérisation thermique pour finaliser le motif. Cependant, les masques de soudure LPI sont également disponibles en versions à polymérisation ultraviolette (UV). Auparavant, ils étaient généralement appliqués à l'aide de feuilles de film sec. Cependant, grâce aux progrès des masques de soudure LPI et des techniques associées, le DFSM est rarement utilisé aujourd'hui. SprintPCB utilise principalement les masques de soudure LPI (Liquid Photo Imageable), qui sont devenus la solution de prédilection. Les masques LPI offrent une fiabilité accrue, une impression précise et un meilleur contact avec la surface de la carte et les éléments en cuivre, offrant ainsi une protection supérieure. Fabriqués à partir de matériaux à base d'époxy, ces masques de soudure sont exceptionnellement durables et quasiment impossibles à retirer une fois complètement polymérisés. Voici un processus étape par étape pour appliquer le masque de soudure LPI sur les cartes imprimées :

Nettoyage minutieux : Le panneau de production du circuit imprimé est soumis à un nettoyage minutieux afin d'éliminer toute particule de poussière ou tout contaminant susceptible de compromettre l'application du masque de soudure. Cette étape garantit une surface propre pour une adhérence optimale.
Couverture complète : Les panneaux sont entièrement recouverts, sur une seule face ou sur les deux faces, de vernis épargne LPI. Cela garantit une couverture complète de la surface de la carte.
Séchage par adhérence : Les panneaux revêtus sont ensuite placés dans un four pour le séchage par adhérence. Ce processus durcit partiellement le masque de soudure, lui permettant d'atteindre un état collant facilitant le traitement ultérieur.
Préparation du film : Un film est préparé à partir des fichiers Gerber du masque de soudure, avec des films séparés pour chaque face de la carte. Les zones du film correspondant à l'adhérence du masque de soudure sont transparentes, tandis que les zones à retirer sont noires.
Exposition et développement UV : Les plaques séchées au toucher sont insérées dans un révélateur UV. Le film est aligné avec précision sur la plaque, garantissant un placement précis. Les zones noircies du film empêchent la lumière UV de durcir le masque de soudure à ces endroits, permettant ainsi un retrait précis du matériau de masque indésirable.

Il est important de noter que les masques de soudure LPI offrent une fiabilité et une durabilité exceptionnelles, ce qui en fait un choix privilégié dans la fabrication de circuits imprimés modernes.

Masque de soudure VS. Masque en pâte

Les masques de soudure et les masques en pâte sont souvent mentionnés dans le même contexte, ce qui rend difficile la distinction entre eux pour les débutants. Si vous avez déjà vu un circuit imprimé, vous connaissez sans doute sa couleur verte prédominante. Cette fine couche protectrice verte recouvrant les surfaces supérieure et inférieure d'une carte constitue le masque de soudure. Malgré leur importance, les masques de soudure ne sont pas indispensables pour tous les circuits imprimés. Il peut également arriver qu'un masque soit nécessaire sur la couche supérieure, mais pas sur la couche inférieure, et inversement. Le masque de soudure couvre essentiellement la totalité de la surface supérieure ou inférieure, excluant uniquement les zones où les composants seraient susceptibles d'être achetés pour un circuit imprimé ; plusieurs éléments peuvent prêter à confusion. Que vous optiez pour un circuit imprimé simple face, double face ou tout autre type de circuit imprimé, vous pouvez entrer en contact avec les pistes de cuivre de la carte. Le masque en pâte, quant à lui, est un matériau appliqué sur les zones non recouvertes par le masque de soudure pour faciliter le processus de soudure. La pâte est couramment utilisée pour connecter les composants montés en surface aux pastilles d'un circuit imprimé pendant la soudure. Il est également possible d'appliquer des détails de broches dans la pâte à souder traversantes en utilisant un pochoir, une seringue ou une imprimante à jet d'encre pour appliquer le masque dans ou par-dessus les trous. Les propriétés adhésives de la pâte à souder lui permettent de coller un composant, puis de chauffer la carte, ce qui fait fondre le masque et crée une liaison électrique et mécanique entre la pièce et la surface. Ainsi, tandis que le masque de soudure est utilisé lors de la fabrication pour empêcher l'oxydation des pistes de cuivre et la formation de ponts de soudure, le masque de pâte est appliqué lors de l'assemblage aux points de contact des broches des composants avec le circuit imprimé afin de garantir une liaison solide et fiable. Les pochoirs conçus pour l'application de masque de soudure diffèrent de ceux conçus pour les masques de pâte : le premier laisse à découvert les zones de la carte que le second recouvre, et inversement. Le masque de pâte est généralement gris, mais comme vous le découvrirez dans le chapitre suivant, il existe de nombreuses couleurs de masque de soudure.

Couleurs du masque de soudure

Bien que le masque de soudure ait été exclusivement vert pendant un certain temps, de nouvelles nuances apparaissent pour répondre aux exigences de couleurs spécifiques des conceptions. Pour mieux identifier les prototypes et les modifications, il suffit de donner à un circuit imprimé un aspect tendance dans un boîtier transparent. Alors que les OEM adoptent de plus en plus de composants électroniques et d'appareils transparents, les fabricants de circuits imprimés adoptent des masques de soudure colorés pour donner du caractère à leurs cartes.

Couleurs de masque de soudure couramment utilisées

Aujourd'hui, les couleurs les plus utilisées sont le rouge, le bleu, le noir, le blanc et le jaune. Le transparent – qui n'est pas techniquement une couleur – est également une teinte de choix pour les designers. Les fabricants peuvent également synthétiser d'autres nuances, comme le violet, l'orange ou même le rose, à partir des trois couleurs primaires que sont le rouge, le bleu et le jaune.

Vert

Bien que le spectre de couleurs des masques de soudure se soit considérablement élargi ces dernières années, la plupart des circuits imprimés sont encore recouverts de masques verts. L'une des principales raisons pour lesquelles le vert est la couleur préférée de nombreux concepteurs est sa facilité d'inspection. Selon les recherches, l'œil est plus sensible au vert que des couleurs comme le jaune, le blanc ou le noir, ce qui facilite la perception du contraste entre les pastilles de cuivre, les pistes et les espaces vides. De plus, le masque vert adhère relativement uniformément, durcit correctement et offre une résolution supérieure à la plupart des couleurs. Il permet ainsi de créer des barrages de masques plus petits pour un circuit plus compact. Les concepteurs rouges , notamment ceux travaillant dans des niches modernes comme l'intelligence artificielle et l'Internet des objets, adoptent de plus en plus les masques de soudure rouges pour des raisons esthétiques. Dans certains circuits, le rouge peut également offrir un contraste de couleur plus saisissant entre les composants d'une carte, les pistes et la sérigraphie.

Bleu

Les vernis épargne bleu et vert ont des fonctionnalités très similaires, mais pour certains utilisateurs de PCB, le bleu l'emporte en raison de son caractère unique. Les cartes recouvertes de bleu sont assez rares sur le marché. Si vous en avez besoin pour votre projet, vous pouvez vous les procurer auprès d'un fabricant comme SprintPCB.

Noir

Bien qu'il ne soit pas particulièrement attrayant, le masque de soudure noir peut être avantageux pour les applications nécessitant une réflexion de la lumière. Il absorbe également la chaleur plus facilement que les autres couleurs, ce qui signifie qu'il nécessite moins de chaleur lors de la refusion.

Blanc

Le blanc est la couleur de masque de soudure pour PCB la moins populaire, car sa visibilité est très faible. De plus, certains masques de mauvaise qualité jaunissent au bout d'un certain temps, surtout lorsqu'ils sont exposés à une chaleur constante. Néanmoins, les masques blancs sont souvent le premier choix pour les systèmes LED, car ils sont plus lumineux que les autres couleurs de PCB .

Autres couleurs : si aucune des nuances ci-dessus ne convient à votre carte, vous pouvez envisager des couleurs de masque de soudure plus rares mais plus attrayantes comme le jaune, l’orange et le violet. Ces couleurs sont populaires auprès des entreprises qui fabriquent de l’électronique de niche et des concepteurs qui cherchent à démarquer leurs nouveaux produits sur le marché. Si vous souhaitez un circuit extrêmement compact, un masque transparent vous offrira les barrages et les reliefs de masque les plus miniatures par rapport aux autres couleurs. Choisir la bonne couleur : bien qu’expérimenter différentes nuances puisse rendre votre projet beaucoup plus intéressant qu’avec le vert standard, il est important de savoir que la couleur que vous choisissez aura, dans une certaine mesure, un impact sur les performances de votre masque de soudure.

Pour commencer, le noir, le blanc et le jaune sont connus pour leur faible résolution, car la lumière UV ne pénètre pas toujours l'intégralité du revêtement. Un circuit imprimé masqué avec ces couleurs comportera moins de pistes qu'un circuit imprimé de taille similaire avec un masque vert, rouge ou bleu. En revanche, bien que les vernis épargne transparents offrent la meilleure résolution, ils sont sujets à des variations de couleur lors des nombreuses variations thermiques et traitements chimiques auxquels le circuit imprimé est soumis.

La performance d'un type de couleur dépend également de la qualité du masque de soudure lui-même. Les principaux fournisseurs proposent généralement des nuances personnalisées offrant une haute résolution, ainsi qu'une résistance à la température et aux produits chimiques. Les concepteurs utilisent souvent des masques de soudure de différentes couleurs pour des raisons purement esthétiques. Cependant, si vous n'avez pas de critères de couleur spécifiques, différentes nuances peuvent vous aider à identifier vos cartes pendant l'assemblage et après. Vous pouvez utiliser le rouge, le bleu et le noir pour marquer les différentes étapes de la conception du prototype, puis opter pour le vert ou le blanc pour le produit final.

Production de PCB

Comment mesurer l'épaisseur du masque de soudure ?

Bien qu'une épaisseur suffisante du masque de soudure soit nécessaire pour protéger les circuits, il est crucial de mesurer son épaisseur afin de s'assurer qu'elle n'est pas excessive. Pour les bords supérieurs et latéraux du conducteur, une épaisseur supérieure à 7 microns est préférable. L'épaisseur maximale des masques de soudure sur les pièces en cuivre finies jusqu'à 35 micromètres est de 40 micromètres, tandis que pour du cuivre plus épais, elle peut atteindre 80 micromètres. Pour garantir l'efficacité du masque de soudure, il est recommandé de suivre les instructions suivantes :

Répondez aux exigences minimales de la bague annulaire si la résistance de soudure entre en contact avec les plages.
Évitez de laisser des tampons isolés exposés.
Autoriser la résistance à la soudure uniquement sur les trous traversants métallisés qui ne sont pas destinés au remplissage de soudure.
Évitez d’appliquer de la résistance à la soudure sur les points de test ou les doigts du connecteur.

Obtenir l'épaisseur appropriée lors de l'application du masque de soudure est un processus délicat et constitue l'un des nombreux défis auxquels sont confrontés les fabricants pour la production de circuits imprimés de haute qualité. Chez Sprintpcb, nous possédons une vaste expérience dans tous les aspects de la fabrication de circuits imprimés de haute qualité et nous sommes ravis de partager nos connaissances avec vous. Pour plus d'informations sur les exigences d'épaisseur du masque de soudure, les méthodes de mesure de l'épaisseur du masque de soudure ou toute autre question relative à la fabrication, à la distribution ou à l'évaluation de la qualité des circuits imprimés, nous sommes là pour vous aider. Contactez Sprintpcb dès aujourd'hui pour parler à l'un de nos experts en circuits imprimés.

ce que nous autorisons et ce que nous n'autorisons pas

Le Soldermask peut empiéter sur les terres à condition que les exigences minimales en matière d'anneau annulaire soient respectées.
Le masque de soudure est autorisé dans les PTH non destinés au remplissage de soudure.
Aucun tampon isolé n'est exposé.
Aucun empiétement du masque de soudure sur les doigts du connecteur de la carte de bord ou sur les points de test.
Sur les pads SMT avec un pas de 1,25 mm, l'empiètement est autorisé sur un seul côté du terrain et ne dépasse pas 50 microns (2 mil)
Sur les plots SMT avec un pas < 1,25 mm, l'empiètement est autorisé sur un seul côté du terrain et ne dépasse pas 25 microns (1 mil)

IPC-SM-840D | Spécification de qualification et de performance des masques de soudure permanents . Cette spécification décrit les exigences de qualification et de performance des masques de soudure permanents. Elle introduit deux classes distinctes, T et H, qui représentent des exigences de performance fonctionnelle et une sévérité des tests différentes. La classification d'un masque de soudure dans une classe spécifique ne doit pas être étendue à une autre classe. T - Télécommunications : Cette classe englobe diverses applications telles que les ordinateurs, les équipements de télécommunications, les machines professionnelles sophistiquées, les instruments et certaines applications militaires non critiques. Les masques de soudure de cette classe conviennent aux produits commerciaux et industriels hautes performances qui nécessitent une durée de vie prolongée. Bien qu'une interruption de service puisse survenir, elle ne met pas la vie en danger. H - Haute fiabilité/Militaire : Cette classe comprend les équipements pour lesquels la performance continue est essentielle, dont les temps d'arrêt sont inacceptables et/ou dont l'équipement sert de dispositif de survie. Les masques de soudure de cette classe conviennent aux applications qui exigent un niveau élevé de garantie et un service ininterrompu est essentiel.

. Conception de circuits imprimés

Remarques : Désignations de classe : Les versions précédentes de cette spécification IPC et d’autres spécifications connexes font référence aux classes de produits finis de « Classe 1 », « Classe 2 » et « Classe 3 ». Cependant, pour des raisons pratiques, il n’existe pas de masque de soudure de classe 1. Les exigences décrites dans cette spécification ne s’appliquent pas aux masques de soudure utilisés dans les produits finis de classe 1. La classe 2 équivaut à la classe T (télécommunications), tandis que la classe 3 équivaut à la classe H (militaire/haute fiabilité).