Le masque de soudure et les circuits imprimés en cuivre sont deux procédés de fabrication courants. Le masque de soudure est une technique utilisée pour empêcher l'oxydation des pistes en cuivre. Le procédé consiste à appliquer de la soudure, à appliquer une couche de matériau photorésistant, puis à exposer la carte à la lumière ultraviolette. Cela empêche les zones qui doivent être recouvertes d'un masque de soudure de réagir à la lumière UV.
Ces zones ne s'assombrissent pas lorsqu'elles sont exposées à la lumière UV et restent claires, ne laissant apparaître que les sections masquées. Bien que ce procédé soit fréquemment utilisé, certaines erreurs courantes sont commises lors du soudage de ces circuits imprimés. Vous pouvez utiliser quelques astuces simples pour éviter que ces problèmes ne se reproduisent. Poursuivez votre lecture pour en savoir plus !
Qu'est-ce qu'un masque de soudure ?
Un masque de soudure est un matériau photorésistant appliqué sur les circuits imprimés prépeints en cuivre afin de protéger les pistes de cuivre pendant le processus de soudure. Les pistes de cuivre sont exposées à la chaleur lors de la soudure ; si elles ne sont pas recouvertes d'un masque de soudure, elles s'oxydent et se corrodent. Le masque de soudure empêche cela de se produire.
Un masque de soudure se compose de deux couches : une couche extérieure, qui est appliquée sur les pistes de cuivre et reste sur la carte une fois le soudage terminé, et une couche intérieure, qui est appliquée à l'extérieur de la carte et est retirée une fois le soudage terminé. La couche intérieure est un photorésist, ce qui signifie qu'elle est sensible aux rayons UV et donc unique lorsqu'elle est appliquée sur la surface photorésistante.
Une fois exposé aux rayons UV, le masque passe de soluble à insoluble, ce qui signifie qu'il ne peut pas être éliminé à l'aide de produits chimiques liquides tels que le chlorure ferrique. La couche extérieure est un photorésist dense et soluble dans l'eau. Cela facilite le nettoyage de la carte une fois le soudage terminé.
Couleurs du masque de soudure
La couleur la plus populaire pour le masque de soudure est le vert. Bien sûr, nous pouvons également choisir d'autres couleurs pour votre projet, telles que le jaune, le noir, le bleu, le rouge, le blanc, etc.
Comment choisir la couleur du masque de soudure ?
Lorsque vous choisissez une couleur de masque de soudure pour votre circuit imprimé, plusieurs facteurs doivent être pris en compte.
Tout d'abord, vous devez déterminer si le tableau sera utilisé à l'intérieur ou à l'extérieur. S'il est destiné à un usage extérieur, une couleur sombre telle que le noir peut être le meilleur choix, car elle résiste mieux aux rayons UV. En revanche, s'il est destiné à un usage intérieur, une couleur plus claire telle que le vert ou le bleu est recommandée, car elle permet de mieux voir les inscriptions et attire moins la poussière et la saleté.
Un autre facteur à prendre en compte est le type de composants utilisés sur la carte. Les couleurs foncées telles que le noir ou le rouge ont tendance à absorber plus de chaleur que les couleurs claires. Il convient donc de les éviter lorsque vous utilisez des composants sensibles à la chaleur. De plus, le noir ou le rouge peuvent entraîner une surchauffe de certains composants et les endommager.
Le coût du masque de soudure doit également être pris en considération. En règle générale, les couleurs foncées sont plus chères que les couleurs claires. Il est donc important de mettre en balance le coût supplémentaire et les avantages liés à l'utilisation d'une couleur particulière.
Enfin, l'esthétique doit être prise en compte lors du choix de la couleur du masque de soudure. Par exemple, le vert peut être choisi si la carte doit être esthétique, tandis que le noir peut être choisi si la carte doit avoir un aspect plus industriel. En fin de compte, le choix de la couleur du masque de soudure doit être basé sur une combinaison de facteurs afin de garantir que la carte réponde à toutes les exigences.
Types de masques de soudure
Il existe de nombreux matériaux pour les masques de soudure, chacun ayant ses propres propriétés et avantages. Les types les plus courants de matériaux pour masques de soudure comprennent l'époxy liquide, le liquide photo-imageable (LPI), le film sec photo-imageable (DFPI) et les polymères à cristaux liquides (LCP).
Époxy liquide :
Le masque de soudure est généralement constitué d'une résine époxy liquide photosensible qui est appliquée sur le circuit imprimé. Une fois la résine sèche, une lumière UV est utilisée pour durcir le matériau. Ce processus, appelé « durcissement », permet de garantir que le masque de soudure adhérera bien à la carte et résistera aux conditions environnementales.
Liquid Photoimageable (LPI):
Le masque de soudure LPI est également très apprécié, car il est relativement facile à appliquer et offre une excellente adhérence au substrat du circuit imprimé. Il est également très résistant aux températures élevées, ce qui le rend adapté à une utilisation avec des soudures sans plomb. De plus, le masque de soudure LPI permet de définir avec précision les ouvertures du masque de soudure, ce qui permet un meilleur contrôle des processus de soudure et augmente les rendements.
Dry Film Photo Imageable (DFPI):
Ce type de masque de soudure utilise un photopolymère à film sec pour former la couche protectrice sur la carte. Ce type de matériau est généralement appliqué par laminage ou par niveleur à air chaud, et il offre une excellente adhérence et une protection contre les contaminants environnementaux et l'oxydation. Il est également plus facile à retirer que le LPI, ce qui le rend idéal pour les réparations et les retouches.
Polymères à cristaux liquides (LCP) :
Il s'agit d'un type de matériau de masque de soudure relativement nouveau qui devient de plus en plus populaire en raison de sa stabilité thermique accrue et de sa capacité à fournir une couverture uniforme et constante sur l'ensemble de la carte. Il s'applique à l'aide d'un spray liquide et offre une excellente résistance aux produits chimiques et aux températures extrêmes, ce qui le rend idéal pour les applications en extérieur.
Comment appliquer le masque de soudure ?
Le masque de soudure est généralement appliqué à l'aide d'un procédé appelé sérigraphie. Voici comment un masque de soudure est appliqué sur un circuit imprimé :
- Le circuit imprimé est d'abord nettoyé et préparé pour le processus d'application du masque de soudure.
- Un pochoir, ou écran, est créé avec des ouvertures aux endroits où le masque de soudure est souhaité.
- Le pochoir est placé sur le circuit imprimé, puis une encre ou une pâte de masque de soudure est appliquée sur le pochoir.
- Une raclette passe ensuite sur la surface du pochoir, forçant le matériau du masque de soudure à passer à travers les ouvertures et à se déposer sur le circuit imprimé.
- Le circuit imprimé est ensuite passé sous une source de lumière UV afin de durcir le matériau du masque de soudure, le rendant ainsi dur et durable.
- Enfin, le circuit imprimé est lavé pour éliminer tout excès de matériau de masque de soudure qui n'a pas durci.
Le résultat final est un circuit imprimé recouvert d'une couche protectrice de masque de soudure qui empêche la soudure de s'écouler sur des zones indésirables, réduisant ainsi le risque de courts-circuits et d'autres problèmes. Le processus est répété pour plusieurs couches si le circuit imprimé est un circuit multicouche.
Règles de conception du masque de soudure
D'après notre expérience pratique passée, lorsque vous concevez le masque de soudure, vous devez prêter attention aux points suivants :
Tented Vias :
Le tenting d'une via consiste à recouvrir uniquement l'anneau annulaire de la via avec un masque de soudure, laissant le trou lui-même exposé. Il s'agit d'une méthode économique pour protéger le circuit imprimé, préférée à des techniques plus coûteuses telles que le remplissage de via ou le bouchage de masque. L'une des méthodes les plus économiques de tenting de via est le tenting de masque de soudure liquide photo-imageable (LPI), mais pour une meilleure protection, le remplissage de résine peut également être utilisé à un coût plus élevé.
Dégagement du masque de soudure :
Le dégagement du masque de soudure, également appelé bande minimale du masque de soudure, est la distance minimale entre les pastilles ou les pistes en cuivre et le bord de l'ouverture du masque de soudure.
En général, le dégagement du masque de soudure doit être compris entre 0,075 mm et 0,1 mm. Cela permet de garantir un dégagement suffisant et d'éviter les courts-circuits entre les éléments en cuivre. Cependant, les exigences spécifiques peuvent varier en fonction de la conception du circuit imprimé, de la taille et de l'espacement des éléments en cuivre, ainsi que du processus de fabrication utilisé. Certaines conceptions peuvent nécessiter un dégagement plus important pour s'adapter au processus d'assemblage spécifique et aux tolérances des équipements de fabrication.
Il est important de consulter votre fabricant de circuits imprimés ou de vous référer à ses directives afin de vous assurer que le dégagement du masque de soudure répond aux exigences spécifiques de votre conception et de votre processus de fabrication.
Pastilles de soudure :
Il existe deux types de pastilles sur un circuit imprimé : les pastilles définies par un masque de soudure et les pastilles non définies par un masque de soudure. Les pastilles définies par un masque de soudure ont des ouvertures de masque plus petites que les pastilles en cuivre, qui déterminent la taille des pastilles utilisées dans les BGA. Les modifications de l'espace libre du masque ont une incidence sur la taille des pastilles en cuivre. Les pastilles non définies par le masque de soudure présentent un espace entre la pastille et le masque. Il est important de s'assurer que le dégagement du masque de soudure est toujours supérieur à celui des pastilles de soudure afin d'éviter que le masque ne recouvre les pastilles, ce qui pourrait nuire à la qualité du soudage.
Ouverture du masque de soudure :
L'ouverture du masque de soudure fait référence au circuit exposé sur les couches externes du circuit imprimé qui permet d'appliquer de l'étain (soudure). Il est important de s'assurer que l'ouverture est précise afin d'éviter toute exposition inutile du cuivre sur la carte, ce qui pourrait entraîner de la corrosion et des dommages. En général, les ouvertures du masque de soudure sont réalisées à l'échelle 1:1 par rapport aux pastilles de cuivre, mais elles peuvent être ajustées en fonction du processus de fabrication. L'ouverture doit être personnalisée en fonction des exigences afin d'éviter l'exposition du plan de masse à côté du plot, ce qui pourrait provoquer des courts-circuits et d'autres problèmes.
Extension du masque de soudure :
L'expansion du masque de soudure est une spécification du logiciel EDA qui détermine la distance entre les caractéristiques de surface et le masque de soudure sur la carte. Cette valeur peut être positive, négative ou nulle. L'expansion positive du masque de soudure fait référence à l'espacement entre l'extrémité du masque de soudure et la circonférence extérieure du plot qui n'est pas recouverte par le masque. Une expansion du masque de soudure nulle fait référence à l'absence de tout espace entre le masque de soudure et le plot. Une expansion négative du masque de soudure se produit lorsque le masque chevauche une région du plot. Il est important de choisir la bonne valeur d'expansion du masque de soudure pour garantir des performances optimales du circuit imprimé.
Masque de soudure vs masque de pâte
Le masque de soudure et le masque de pâte sont tous deux utilisés dans la fabrication des circuits imprimés, mais ils ont des fonctions différentes. Le masque de soudure est une couche protectrice utilisée pour recouvrir les traces de cuivre sur le circuit imprimé et empêcher l'oxydation ou d'autres dommages. En revanche, le masque de pâte est utilisé dans la technologie de montage en surface pour indiquer où la pâte à souder doit être appliquée sur le circuit imprimé. Le tableau suivant présente toutes les comparaisons entre ces deux éléments :
| Feature | Solder Mask | Paste Mask |
|---|---|---|
| Usage | protective layer for circuit board | stencil for SMD assembly and soldering process |
| Material | solder mask ink | paste |
| Size | solder mask clearance: less than 0.05mm (2mil) | stencil thickness: 0.1mm (4mil) or 0.075mm (3mil) |
| Opening | no solder mask ink | have paste |
| Colors | multicolor | gray |
Masque de soudure vs sérigraphie
Le masque et la sérigraphie sont deux éléments importants d'un circuit imprimé. Voici un tableau qui résume leurs différences :
| Feature | Solder Mask | Silkscreen |
|---|---|---|
| Function | Protective layer to prevent solder bridging and shorting | Identifies components, test points, and other features |
| Material | Epoxy-based ink or photoimageable polymer | Ink or paint |
| Color | Typically green, but can be other colors | Multiple colors available |
| Application | Applied to entire board, with openings for pads | Applied only where needed |
| Appearance | Matte finish | Glossy finish |
| Importance | Essential for board functionality | Optional but useful for assembly and maintenance |
| Location | Covers copper traces, except where pads are exposed | Applied on top of solder mask, where needed |
Dans l'ensemble, le masque de soudure et la sérigraphie ont des fonctions différentes sur un circuit imprimé, mais tous deux sont importants pour l'assemblage et la maintenance corrects de la carte. Le masque de soudure fournit une couche protectrice qui empêche la soudure de former des ponts entre les pistes de cuivre et de court-circuiter le circuit, tandis que la sérigraphie aide à identifier les composants et autres caractéristiques importantes.
Que puis-je utiliser à la place du masque de soudure ?
Le masque de soudure est une couche protectrice appliquée sur les cartes de circuits imprimés afin d'empêcher la formation de ponts de soudure entre les pastilles et les pistes pendant le processus de soudure. Cependant, dans certaines situations, un masque de soudure peut ne pas être nécessaire, ou d'autres couches protectrices peuvent être utilisées à la place.
Voici quelques alternatives au masque de soudure :
ruban Kapton
Il s'agit d'un ruban adhésif en polyimide capable de résister à des températures élevées et couramment utilisé dans l'assemblage électronique. Il peut être appliqué sur les zones où la soudure ne doit pas se déposer, agissant ainsi comme une barrière protectrice.
Liquid Photoimageable Solder Mask (LPSM)
Il s'agit d'un liquide qui peut être appliqué sur le circuit imprimé afin de créer une couche de masque de soudure. Le LPSM offre une meilleure adhérence et une meilleure protection que les autres types de masques.
Sérigraphie
La sérigraphie est un procédé qui consiste à appliquer une couche d'encre sur la surface du circuit imprimé afin de marquer les composants, le texte et les graphiques. Elle peut être utilisée comme couche protectrice lorsqu'elle est appliquée sur les zones où il ne doit pas y avoir de soudure.
Sablage de pâte à souder
L'application de pâte à souder au pochoir sur les pastilles avant de placer les composants sur le circuit imprimé peut servir de masque temporaire. La pâte à souder empêchera la soudure de se déposer dans les zones où elle ne devrait pas se trouver.
Finition de surface des circuits imprimés
Il existe plusieurs finitions de surface, telles que le nickel chimique immersion or (ENIG), l'immersion argent et les conservateurs de soudabilité organiques (OSP), qui fournissent une couche protectrice sur le circuit imprimé. Ces finitions protègent les pistes et les pastilles en cuivre contre la corrosion et l'oxydation.
Remarques finales
Les masques de soudure et les circuits imprimés en cuivre sont deux procédés de fabrication courants. Un masque de soudure est une technique utilisée pour empêcher l'oxydation des traces de cuivre. Le procédé consiste à appliquer de la soudure, à appliquer une couche de matériau photorésistant, puis à exposer la carte à la lumière UV. Il est important d'être prudent lors de la soudure de circuits imprimés afin d'éviter ces erreurs courantes. Il est important d'utiliser le flux et la soudure appropriés, de garder la carte propre et à l'abri de l'air, et de vérifier la pointe. Si vous suivez ces conseils, vous devriez être en mesure de souder correctement une carte et d'éviter toutes ces erreurs.
Foire aux questions
Non, le masque de soudure n'est pas conducteur. En fait, il est conçu pour être une couche isolante qui aide à protéger les traces de cuivre sur un circuit imprimé (PCB) contre tout contact accidentel avec d'autres matériaux conducteurs.
Oui, le masque de soudure est un composant indispensable dans la fabrication des circuits imprimés (PCB). Le masque de soudure est une fine couche de polymère appliquée à la surface du circuit imprimé, qui recouvre toutes les pistes de cuivre et ne laisse exposées que les pastilles où sont montés les composants. Le masque de soudure a pour principale fonction d'empêcher la soudure de couler sur des zones non souhaitées pendant le processus de soudage des composants.
Le masque de soudure le mieux adapté à votre projet dépendra de vos besoins et exigences spécifiques. Il est important de travailler avec un fabricant de circuits imprimés expérimenté qui pourra vous aider à choisir le masque de soudure adapté à votre projet et s'assurer qu'il est appliqué correctement.
