Un masque de soudure est un composant essentiel et souvent négligé de tout circuit imprimé (PCB). Revêtement protecteur intégré appliqué lors de la fabrication, il remplit plusieurs fonctions importantes pour garantir le bon fonctionnement de votre circuit imprimé. Cependant, pour de nombreux ingénieurs travaillant sur des PCB, son rôle exact est souvent méconnu ou tenu pour acquis.
Dans ce guide complet, nous expliquerons en détail ce qu'est un masque de soudure sur PCB, les différents types disponibles et son impact crucial sur la fiabilité et la durée de vie de vos circuits imprimés. Poursuivez votre lecture pour découvrir leurs fonctions essentielles et pourquoi une couverture et un choix appropriés du masque de soudure sont essentiels pour répondre aux exigences spécifiques de votre application.
Qu'est-ce qu'une couche de masque de soudure
Un masque de soudure, ou réserve de soudure, est un revêtement protecteur appliqué sur les circuits imprimés lors de leur fabrication. Cette couche polymère spéciale, semblable à de l'encre, empêche la soudure d'adhérer aux zones indésirables. Après l'installation des composants, un masque de soudure est appliqué par projection ou par pulvérisation sur la carte, recouvrant toutes les zones non conductrices. Il couvre notamment les espaces entre les lignes de pistes et les pastilles, ainsi que les couches internes superflues.
En bloquant sélectivement le flux de soudure, le masque assure des connexions électriques uniformes entre des points précis du circuit lors des processus de soudure à la vague ou par refusion. Il garantit une fiabilité à long terme et prévient les courts-circuits accidentels.
À propos de PCBaSic
Le temps, c'est de l'argent dans vos projets – et PCBasique l'obtient. PCBasique est le société d'assemblage de pcb qui offre des résultats rapides et impeccables à chaque fois. Notre gamme complète Services d'assemblage de circuits imprimés Nous offrons un soutien technique expert à chaque étape, garantissant une qualité optimale pour chaque carte. En tant que leader Fabricant d'assemblage de PCB, Nous proposons une solution complète pour optimiser votre chaîne d'approvisionnement. Faites appel à nos experts Usine de prototypes de circuits imprimés pour des délais d'exécution rapides et des résultats supérieurs auxquels vous pouvez faire confiance.
Matériaux de masque de soudure
Les masques de soudure sont généralement fabriqués à partir de matériaux époxy, polyimide ou acrylique. Les masques de soudure époxy sont les plus courants, offrant une bonne résistance chimique et thermique, ainsi qu'une bonne adhérence. Ils sont adaptés aux applications générales.
Les masques en polyimide ont une endurance thermique supérieure, ce qui les rend adaptés à une utilisation aérospatiale et militaire à des températures plus élevées.
Les masques acryliques sont plus économiques, mais offrent une durabilité moindre. Le matériau choisi dépend des exigences spécifiques du circuit et des conditions de fabrication et d'utilisation prévues.
Couleurs du masque de soudure
Les masques de soudure sont généralement verts, ce qui permet de bien visualiser les circuits. Cependant, vous pouvez également utiliser du rouge, du bleu, du noir et du blanc. Le vert est privilégié car il offre un contraste élevé avec la couleur typique des circuits imprimés.
Lors de l'inspection et des retouches, des masques de couleurs différentes peuvent simplifier l'identification de plusieurs cartes. Ils peuvent également indiquer des applications spécifiques, comme des plans de masse implicites ou des circuits en fourche. Les couleurs personnalisées sont même devenues populaires pour l'image de marque et le style des produits. Une coloration appropriée améliore la fabricabilité et la maintenance à long terme.
Pourquoi utiliser un masque de soudure sur les circuits imprimés ?
Le masque de soudure est un revêtement protecteur essentiel dans la fabrication de circuits imprimés (PCB). Son application offre plusieurs avantages clés :
● Isolation: La couche de masque de soudure isole la carte et empêche les courts-circuits entre les pistes ou les pastilles rapprochées, améliorant ainsi la fiabilité électrique.
● Placement des composants : Le masque de soudure définit les pastilles et les zones de placement des composants, facilitant ainsi l'assemblage automatique.
● Soudabilité : Le masque de soudure prévient l'oxydation des pistes et pastilles de cuivre, améliorant ainsi leur soudabilité. Il garantit des connexions solides et fiables.
● Protection contre les contaminations : Le revêtement protège contre les contaminants environnementaux et la corrosion, prolongeant ainsi la durée de vie utile de la carte.
●
Esthétique: De nombreux masques de soudure sont verts ou d'une autre couleur, identifiant visuellement les zones de soudure et de non-soudure pour le contrôle qualité.
Types de couches de masque de soudure
Il existe différents types de couches de masque de soudure, chacune présentant ses avantages. Voici les trois principales.
1. Liquide époxy
L'époxy liquide est un polymère liquide photosensible couramment utilisé comme couche de masque de soudure. Il est composé de résine époxy et d'un photo-initiateur dissous dans un solvant. Exposé aux UV à travers un photo-masque, le photo-initiateur déclenche une réaction chimique qui réticule et durcit la résine époxy exposée.
Les zones non exposées peuvent ensuite être éliminées par lavage, laissant la couche d'époxy durcie à motifs comme masque de soudure. Ce procédé assure une bonne adhérence et une bonne résistance thermique et chimique au masque de soudure liquide époxy. Il est largement utilisé dans la fabrication de circuits imprimés en raison de ses excellentes propriétés isolantes.
Avantages:
● Il est très fiable
● Protection contre divers dangers
● Capable de revêtir uniformément des géométries complexes
Inconvénients:
● Coûts de matériaux et de traitement relativement élevés
2. LPSM/LPI
Le masque de soudure photo-imageable liquide (LPSM) utilise un polymère photo-imageable liquide (LPI) comme couche de masque de soudure. Le LPI est constitué d'une résine liquide à base d'époxy mélangée à un photogénérateur d'acide. Exposé aux UV à travers un photogénérateur, ce dernier produit un acide qui catalyse la réaction de réticulation de la résine.
Les zones non exposées peuvent ensuite être développées, laissant la couche de masque de soudure LPI durcie et structurée. Ce procédé photosensible à base liquide permet aux masques de soudure LPI de recouvrir uniformément les circuits imprimés aux géométries et aux détails fins.
Avantages:
● Offre une bonne force d'adhérence au PCB
● Il possède une excellente résistance chimique et thermique
Inconvénients:
● Des contrôles environnementaux stricts sont nécessaires pour le processus de photolithographie
3. DFSM
Le DFSM (Dry Film Solder Mask) est un matériau stratifié photosensible utilisé comme couche de masque de soudure. Il est composé de résine époxy ou polyimide photosensible intercalée entre des films polymères.
Le processus de fabrication consiste à laminer le film sec sur la carte cuivrée sous chaleur et pression. La couche de résine est alors collée à la carte. Elle est ensuite exposée aux UV à travers un photomasque, ce qui durcit la résine selon le motif défini. Le développement élimine les zones non exposées, laissant subsister le motif du masque de soudure durci.
L'avantage majeur du DFSM réside dans son procédé de film sec. Il ne nécessite donc aucun solvant lors de l'application et du développement. Il offre de bonnes propriétés d'isolation et d'adhérence au panneau, comparables aux résines liquides.
Avantages:
● Procédé sans solvant
● Épaisseur uniforme du film mince
● Manipulation et enregistrement faciles
● Bonne isolation et adhérence
Inconvénients:
● Il est difficile de revêtir uniformément des formes/géométries de planches complexes
Autres termes à connaître sur le masque de soudure
Lorsque vous travaillez avec des masques de soudure, il existe quelques autres termes clés que vous devez connaître :
● Vias en tente : Il s'agit de la manière dont le masque de soudure est appliqué sur les trous métallisés (PTH) ou les vias d'un circuit imprimé. Au lieu d'être entièrement intégré dans le trou, le masque de soudure forme une légère tente ou un dôme au-dessus des trous, ce qui empêche la formation de ponts de soudure entre les trous ou vias rapprochés lors de l'assemblage.
● Liquidation du masque de soudure : Il s'agit du petit espace laissé entre les bords des pastilles de soudure et le masque de soudure. Cet espace est essentiel pour garantir que la soudure dispose d'une zone propre et puisse s'écouler correctement lors de la refusion sans être gênée par le masque. Il est généralement d'au moins 100 micromètres autour de chaque pastille.
● Ouverture du masque de soudure : C'est là que la soudure doit être déposée et les composants fixés. C'est là que le masque de soudure est absent, exposant les pastilles de cuivre nues et les circuits situés en dessous. Des ouvertures précises, alignées avec les pastilles, sont essentielles pour des soudures fiables.
● Expansion du masque de soudure : Il s'agit d'étendre légèrement le masque au-delà des zones de pastilles ou des bords définis des éléments du circuit. Ce léger dépassement permet d'éviter les pontages de soudure ou les courts-circuits entre les pastilles ou les pistes rapprochées lors de l'assemblage. Il crée un espace ou une limite pour la soudure fondue.
Quel masque de soudure utiliser sur les circuits imprimés ?
Lors de la sélection d'une couche de masque de soudure pour votre PCB, il y a quelques propriétés et considérations fondamentales à garder à l'esprit.
Résistance chimique
Le masque de soudure doit résister aux attaques chimiques dues au soudage et à l'assemblage. Privilégiez un masque capable de résister aux flux de soudure, aux solvants de nettoyage et aux autres produits chimiques utilisés lors de la fabrication et de l'entretien. Les masques de soudure époxy offrent généralement une excellente résistance chimique.
Adhésion
La couche de masque doit adhérer étroitement au substrat et aux pistes de cuivre. Une bonne adhérence garantit que le masque ne se décolle pas et ne forme pas de bulles pendant la fabrication ou l'utilisation. Les masques de soudure photo-imageables, qu'ils soient secs ou liquides, offrent généralement une forte adhérence une fois complètement durcis.
Résistance diélectrique
La rigidité diélectrique a un impact sur l'isolation électrique. Une constante diélectrique élevée permet d'éviter la migration des pistes et les courts-circuits. La plupart des masques de soudure utilisés sur les cartes commerciales ont une constante diélectrique supérieure à 3, bien que certaines conceptions haute densité spécialisées nécessitent une valeur encore plus élevée.
La solidité des couleurs
La couleur du masque ne doit pas s'estomper ni se décolorer au fil du temps sous l'effet de la chaleur, de l'humidité ou des UV. Le vert est une couleur populaire car elle est très résistante. Vérifiez l'indice de résistance à la lumière si l'apparence est importante à long terme.
Choisir un masque de soudure performant sur ces propriétés clés assurera une protection fiable et durable des pistes de votre circuit imprimé. Consultez des échantillons de fournisseurs leaders comme PCBasic pour trouver la solution la mieux adaptée à vos besoins et à votre environnement.
Directives de conception des masques de soudure
Lors de la conception de circuits imprimés, le masque de soudure joue un rôle essentiel en termes de protection et de fonctionnalité. Suivre quelques conseils clés vous permettra de garantir que votre masque de soudure s'adapte efficacement à la conception de votre circuit imprimé.
Laissez un espace entre le masque de soudure et les pastilles/composants
Laissez toujours un petit espace entre le masque de soudure et les composants ou les pastilles de cuivre qu'il recouvre. Cet espace, généralement de 0.005 pouce, empêche le masque de se lier ou d'entrer en contact avec les pastilles, ce qui pourrait provoquer des défauts. Il crée également un passage pour que la soudure puisse couler et adhérer correctement.
Ne pas placer le masque de soudure sur les lignes de recuit
Veillez à ne pas placer le masque de soudure sur les lignes de recuit du circuit imprimé. Ces lignes permettent de soulager la tension sur la carte et doivent rester libres de toute protection. Les masques de soudure placés sur les lignes de recuit peuvent se fracturer pendant la fabrication.
Utiliser des bords à rayon progressif pour les fentes et les ouvertures
Vérifiez que les fentes ou ouvertures du masque de soudure présentent des angles arrondis et des bords progressivement effilés. Les angles vifs ou les coins intérieurs sont sujets aux fissures, exposant ainsi le cuivre sous-jacent. Tous les bords doivent avoir un rayon d'au moins 0.002 pouce.
Maintenir une épaisseur de masque de soudure constante
Veillez à maintenir une épaisseur de masque de soudure constante. Des variations peuvent entraîner des pontages, tandis qu'une couche plus fine peut ne pas isoler complètement les pastilles. Une épaisseur comprise entre 0.0015 et 0.002 pouce assure un équilibre judicieux entre protection et fabricabilité.
Comment appliquer un masque de soudure sur un PCB
L'application correcte et uniforme des masques de soudure est essentielle à la fabrication de circuits imprimés. Voici les étapes typiques de l'application d'un masque de soudure sur les circuits imprimés :
Étape 1 : Préparation de la surface
Le circuit imprimé subit d'abord un processus de dégraissage pour éliminer les impuretés présentes sur la surface en cuivre, telles que l'huile, la graisse ou d'autres contaminants. Ce processus est généralement réalisé à l'aide de solvants dans une machine de dégraissage automatisée ou manuellement avec des produits chimiques dégraissants. Un nettoyage minutieux de la surface est essentiel pour une bonne adhérence du masque de soudure.
Après dégraissage, un agent de gravure chimique, tel que l'acide sulfurique, est appliqué. Ce procédé attaque une très fine couche supérieure du revêtement de cuivre brut, rendant la surface rugueuse à l'échelle microscopique. Cela offre davantage de points d'ancrage pour l'adhérence du masque de soudure. La carte est ensuite rincée à l'eau pour éliminer les résidus d'agent de gravure. Certains fabricants proposent un rinçage supplémentaire à l'eau ionisée pour nettoyer le cuivre à l'échelle atomique avant le séchage.
Étape 2 : Appliquer le masque de soudure (laminage et sérigraphie)
Une fois nettoyée et gravée, la surface du cuivre est préparée pour l'application du masque de soudure. Le laminage et la sérigraphie sont les deux principales méthodes utilisées.
Pour la sérigraphie, une émulsion photosensible est appliquée sur un écran à mailles serrées, selon le motif des pastilles et des pistes du circuit imprimé. L'émulsion est ensuite exposée aux UV pour durcir les zones d'impression ouvertes. Un masque de soudure liquide est versé sur la surface de l'écran, puis une raclette le force à travers ces ouvertures. Le masque est alors déposé sur la carte en plusieurs passes afin d'obtenir la couverture nécessaire.
Lors du laminage, un film sec de masque de soudure photosensible est collé comme un autocollant sur un support similaire à un ruban de transfert. De grandes feuilles sont découpées à l'aide d'un traceur ou d'un laser pour correspondre aux motifs de chaque carte. Le film est appliqué, face soudée vers le bas, sur le cuivre préparé et introduit dans une lamineuse chauffée. La pression et la chaleur activent l'adhésif, fusionnant ainsi étroitement la résine du film sec au circuit imprimé situé en dessous.
Étape 3 : Séchage/durcissement
La méthode de séchage varie légèrement selon le type d'application décrit à l'étape 2 ci-dessus. Les masques liquides sérigraphiés sont chargés sur des sécheurs à convoyeur ou des racks, puis acheminés vers un four de séchage ou un tunnel de séchage. La température est progressivement augmentée afin d'éliminer les solvants sans formation de bulles ni de défauts.
Les masques de film sec placés sur les circuits imprimés sont polymérisés par des procédés photo ou thermiques contrôlés, comme des lampes UV ou des plaques chauffantes, pour finaliser la réaction de réticulation. Cette étape aboutit à la formation du revêtement solide final. Un durcissement adéquat garantit que le masque de soudure est complètement durci et prêt pour la suite du traitement.
Étape 4 : Contrôle
Les machines d'inspection optique automatisée (AOI) examinent minutieusement le revêtement du masque de soudure fini à la recherche de défauts ou de déficiences. Des caméras haute résolution détectent les problèmes tels que les vides, les ponts entre les pistes ou les taches susceptibles de compromettre la protection. Cela garantit la conformité de la qualité avant tout assemblage ultérieur. Toute zone problématique identifiée peut nécessiter une retouche.
Étape 5 : Percer le masque si nécessaire
Le masquage de perçage, un revêtement de masque de soudure supplémentaire, est parfois appliqué sur les trous de perçage métallisés traversants (PTH) après l'application principale. Cela empêche la soudure de pénétrer dans les trous lors de l'assemblage en surface, ce qui pourrait entraîner des défauts. Le liquide de masquage de perçage est sérigraphié avec précision uniquement sur les trous, selon les mêmes techniques de base que pour le procédé de masquage de soudure principal.
Étape 6 : Marquage/Finition
Des marquages d'identification peuvent être ajoutés si le client le souhaite. Il s'agit généralement de sérigraphier des étiquettes, des logos ou des codes de traçabilité directement sur les surfaces masquées par soudure, à l'aide d'encres de marquage spéciales.
Une finition de surface, comme un placage étain-plomb, est parfois appliquée à ce stade pour améliorer la soudabilité avant la mise en place des composants. Les cartes, entièrement traitées, inspectées et marquées, sont préparées pour l'emballage final et l'expédition au client ou pour l'étape d'assemblage suivante.
Normes IPC pour les masques de soudure sur PCB
L'application et les caractéristiques appropriées du masque de soudure sont essentielles à sa fabricabilité et à sa fiabilité. L'IPC a établi plusieurs normes pour guider la spécification et les tests des masques de soudure.
● IPC-SM-840 Ce document décrit les exigences et les méthodes d'essai applicables aux masques de soudure liquides photo-imageables. Il aborde des points tels que l'épaisseur de film recommandée, la température de durcissement, les propriétés d'adhérence et la résistance aux solvants.
● IPC-SM-781 Couvre les tests électriques et physiques standard des masques de soudure. Cela comprend l'inspection des défauts de piqûres et de vides, des cratères de pastilles, des congés et de la résistance aux chocs. Une couverture adéquate du masque de soudure permet d'éviter les courts-circuits.
● IPC-SF-818 Établit des lignes directrices pour les définitions et les abréviations des masques de soudure. Cela normalise la terminologie pour des caractéristiques telles que la couleur du masque de soudure, l'alignement des légendes et d'autres attributs. Un langage cohérent évite les erreurs de spécification.
●
CIB-1791 Définit les ratios d'expansion du masque de soudure préférés en fonction des règles de conception de la carte. Un ratio adapté empêche la formation de ponts de soudure entre les pastilles rapprochées lors de la refusion.
Défauts courants du masque de soudure et leurs causes
Comme tout procédé de fabrication, le masquage des soudures est sujet à des défauts qui impactent la qualité et la fiabilité. Voici quelques-uns des défauts les plus courants.
● Pontage de soudure : Se produit lorsque la soudure coule entre deux contacts ou pastilles rapprochés, provoquant un court-circuit. Ce phénomène est souvent dû à une application excessive de pâte à braser, à des traces de flux sur la carte ou à un nettoyage insuffisant après la soudure.
● Trous d'épingle : Les micro-trous sont de petits trous ou interstices dans la couche de masque de soudure, exposant le cuivre sous-jacent. Ils peuvent être causés par une contamination lors de l'application du masque ou par une polymérisation inadéquate. Ils permettent à la soudure de s'infiltrer en dessous lors de la refusion, ce qui peut provoquer des courts-circuits.
● Décollement/Délaminage : Le décollement ou la délamination du masque de soudure se produit lorsque la couche de masque se sépare du matériau de la carte. Cela est généralement dû à une préparation de surface inadéquate de la carte avant l'application du masque ou à l'incompatibilité des matériaux de la carte et du masque de soudure. Le décollement expose le cuivre, qui peut s'oxyder et entraîner une mauvaise formation des joints de soudure ou des problèmes électriques à long terme.
●
Masque de soudure manquant : Les zones où le masque est totalement absent laissent le cuivre entièrement exposé. Cela est souvent dû à des imperfections lors de l'application, comme des pochoirs obstrués. Cela permet à la soudure de se déposer sur les structures en cuivre exposées lors de la refusion.
FAQ sur la couche de masque de soudure
1). Pouvez-vous fabriquer une carte PCB sans masque de soudure ?
Techniquement, il est possible de fabriquer un circuit imprimé sans masque de soudure. Cependant, cela n'est pas recommandé, car le masque de soudure remplit des fonctions importantes. Sans lui, la soudure risque de pénétrer dans les pistes et pastilles adjacentes, provoquant ainsi des courts-circuits. Il protège également la carte et facilite la visualisation des pistes et des pastilles.
2) Qu'est-ce que la couche de pâte sur le PCB ?
La couche de pâte désigne la pâte à braser appliquée sur le circuit imprimé lors de l'assemblage en surface. La pâte à braser est un mélange de petites billes d'alliage de soudure dans un flux collant. Elle est appliquée uniformément à l'aide d'un pochoir pour transférer la pâte sur les pastilles des composants du circuit imprimé selon les motifs souhaités.
3) La couleur du masque de soudure est-elle importante ?
La couleur du masque de soudure n'a pas d'importance fonctionnelle, mais certaines couleurs comme le vert sont couramment utilisées car elles offrent un bon contraste pour voir les pistes et les pastilles. Les couleurs foncées comme le noir peuvent rendre les pistes plus difficiles à voir. Les couleurs claires comme le jaune ou le blanc peuvent révéler plus facilement les défauts ou les dommages.
4) Quels sont les inconvénients des masques de soudure ?
Les inconvénients potentiels incluent :
● Coût/temps d'application du masque.
● Risque de défauts de l'application.
● Risque de décollement du masque au fil du temps.
● Difficulté d'inspection des zones sous masque.
● Rendez les zones de retouche plus difficiles en recouvrant les traces et les tampons.
5) Un masque de soudure repousse-t-il la soudure ?
Oui, l'une des fonctions clés d'un masque de soudure est de repousser la soudure. Sa composition empêche la soudure d'adhérer à la surface. Cela permet de contrôler les points de soudure et d'éviter les pontages involontaires entre les pastilles/pistes proches.
6) Quelle doit être l'épaisseur d'un masque de soudure ?
L'épaisseur recommandée pour un masque de soudure est de 20 à 50 microns. Une épaisseur inférieure à 20 microns peut ne pas offrir une protection suffisante, tandis qu'une épaisseur supérieure à 50 microns n'offre aucun avantage réel et rend les traces plus difficiles à voir sous le masque. L'épaisseur la plus adaptée est de 25 à 35 microns pour un bon équilibre entre propriétés et visibilité.
7) Quel solvant élimine le masque de soudure ?
Les solvants courants pour éliminer les masques de soudure sont l'alcool (IPA), l'acétone et le MEK (méthyléthylcétone). Le dissolvant pour vernis à ongles est également efficace dans de nombreux cas. Le matériau du masque doit être suffisamment dissous/ramolli par le solvant pour être éliminé sans endommager les traces/pastilles de cuivre sous-jacentes.
8) Comment appliquer le masque de soudure uniformément ?
Les masques de soudure sont généralement appliqués par sérigraphie ou centrifugation. La sérigraphie utilise un pochoir à mailles fines pour racler le masque liquide sur le circuit imprimé, en une épaisseur contrôlée. La centrifugation répartit uniformément le liquide sur la carte grâce à la force centripète. Une rhéologie, un contrôle du procédé et un nettoyage appropriés du masque sont essentiels à une application uniforme.
9) Quand avez-vous besoin d'une retouche ou d'une réapplication du masque de soudure ?
Une nouvelle application du masque de soudure peut être nécessaire si le masque d'origine est endommagé, fissuré, écaillé ou usé lors de la production ou de l'utilisation. Des retouches permettent de combler les petits défauts. Une nouvelle application est nécessaire si de grandes surfaces sont endommagées. D'autres causes peuvent être liées aux processus de retouche, à l'exposition prolongée aux produits chimiques de condensation ou de nettoyage, ou à une exposition environnementale prolongée dégradant le masque.
Conclusion
Le masque de soudure joue un rôle crucial dans la protection des circuits imprimés et la prévention des courts-circuits. Que vous conceviez des prototypes, fabriquiez des produits ou dépanniez des cartes, une bonne compréhension des masques de soudure vous sera très utile.
Pour votre prochain projet, pensez à envoyer vos fichiers Gerber à PCBasic. En tant que fabricant et assembleur de circuits imprimés leader, nous pouvons produire pour vous des cartes avec des masques de soudure appliqués avec précision. Nos techniciens expérimentés et nos processus qualité garantissent la réussite de chaque projet. Contactez-nous dès aujourd'hui pour discuter de vos besoins en matière de circuits imprimés et bénéficier d'un délai de réalisation rapide pour un prototype ou une série.
Vous recherchez un devis PCB ou PCBA ? Contactez-nous maintenant.
