Le masque de soudure est l'une des couches les plus visibles sur un circuit imprimé. Il recouvre les traces de cuivre tout en laissant les patins des composants exposés pour la soudure.
Bien que le masque de soudure semble simple, une mauvaise conception peut entraîner plusieurs problèmes de fabrication et d'assemblage, notamment :
- ponts de soudure entre les plots
- mauvais joints de soudure
- zones de cuivre exposées
- Réduction du rendement des PCB
Respecter les règles Lignes directrices pour la conception des masques de soudure pour circuits imprimés garantit que la couche de masque supporte à la fois les processus de fabrication et d'assemblage.
Ce guide explique les principaux paramètres de conception que les ingénieurs doivent prendre en compte lors de la création d'ouvertures et de dégagements pour les masques de soudure.
Table des matières
Qu'est-ce que le masque de soudure pour circuits imprimés ?
Le masque de soudure est un revêtement polymère appliqué sur les surfaces des circuits imprimés afin de protéger les traces de cuivre et d'éviter les connexions de soudure involontaires.
Ses principales fonctions sont les suivantes
- protéger le cuivre de l'oxydation
- prévention des ponts de soudure
- l'amélioration de l'isolation entre les conducteurs
- améliorer l'apparence des PCB
Lors de la fabrication des circuits imprimés, la couche de masque de soudure est appliquée après la formation du motif en cuivre et avant la finition de la surface.
L'ensemble du processus de fabrication est expliqué dans le document : Explication du processus de fabrication des PCB
Types de masques de soudure
Plusieurs types de masques de soudure sont utilisés dans la fabrication des circuits imprimés.
Masque de soudure liquide photo-imageable (LPI)
Le type le plus courant utilisé dans les PCB modernes.
Caractéristiques :
- appliqué comme un revêtement liquide
- modelé par photolithographie
- prend en charge les composants à pas fin
Masque de soudure à film sec
Moins couramment utilisé mais adapté à des applications spécifiques.
Caractéristiques :
- film laminé
- épaisseur uniforme
- Idéal pour les conceptions de haute précision
Masque sérigraphié à l'époxy
Utilisé principalement dans les procédés de fabrication de circuits imprimés plus anciens ou peu coûteux.
Limites :
- résolution inférieure
- ne convient pas pour les composants à pas fin
Principales règles de conception des masques de soudure pour circuits imprimés
Plusieurs paramètres de conception influencent les performances des masques de soudure.
1. Dégagement du masque de soudure
Le jeu du masque de soudure définit la distance entre le bord de la pastille de cuivre et l'ouverture du masque.
Ligne directrice typique :
Dégagement du masque : 3-4 mil
Un dégagement adéquat garantit que les tampons sont entièrement exposés lors de l'assemblage.
Si l'espace libre est trop faible :
- Le masque peut couvrir les bords du tampon
- Les joints de soudure peuvent être peu fiables
2. Expansion du masque de soudure
L'expansion du masque est l'élargissement de l'ouverture du masque de soudure au-delà de la pastille de cuivre.
Exemple :
Taille du tampon = 20 mil
Ouverture du masque = 24 mil
Expansion = 2 mil par côté
Cette expansion compense les tolérances d'alignement du masque pendant la fabrication.
3. Largeur du masque de soudure
Le barrage du masque de soudure est la bande étroite de masque entre deux pastilles.
Largeur minimale typique d'une digue :
≥ 4 mil
Si la digue est trop étroite, elle peut se briser pendant la fabrication, ce qui augmente le risque de ponts de soudure.
4. Considérations relatives aux composants à pas fin
Les circuits intégrés à pas fin et les BGA nécessitent une conception spéciale du masque de soudure.
Les approches les plus courantes sont les suivantes :
Pastilles définies par le masque de soudure (SMD)
L'ouverture du masque définit la taille du tampon.
Avantages :
- un contrôle plus strict des petits composants
Pastilles définies par un masque de soudure (NSMD)
La plaquette de cuivre définit la taille, l'ouverture du masque est plus grande.
Avantages :
- meilleure fiabilité des joints de soudure
- couramment utilisé pour les plaquettes BGA
Comment concevoir un masque de soudure pour PCB (étapes pratiques)
Les ingénieurs suivent généralement plusieurs étapes lorsqu'ils définissent les règles du masque de soudure.
- Étape 1 - Définir les règles d'extension des masques
Définir l'expansion globale du masque dans le logiciel de conception de circuits imprimés.
Gamme typique : 2-4 mil - Étape 2 - Vérification des composants à pas fin
Vérifier les ouvertures du masque de soudure autour :
QFN
BGA
connecteurs à faible pas - Étape 3 - Vérifier les largeurs de barrage du masque
Veiller à ce que l'espacement entre les plaques adjacentes permette de supporter les barrages de masques.
- Étape 4 - Effectuer des contrôles DFM
Les fabricants examinent les données relatives aux masques de soudure pour s'assurer de leur faisabilité.
Le processus de révision de la DFM est décrit dans le document : Liste de contrôle DFM PCB avant l'envoi de fichiers Gerber
Erreurs courantes dans la conception des masques de soudure pour circuits imprimés
Plusieurs problèmes de conception apparaissent fréquemment dans les schémas de circuits imprimés.
Les ouvertures du masque sont trop petites
Peut couvrir partiellement les coussinets.
Barrage de masque de soudure insuffisant
Entraîne un pontage de la soudure.
Définitions incorrectes des tampons
Un décalage entre le masque et les pastilles de cuivre peut entraîner des problèmes d'assemblage.
Ignorer les tolérances de fabrication
Les tolérances d'alignement des masques doivent être prises en compte.
De nombreux problèmes de fiabilité lors de l'assemblage sont dus à des problèmes de conception évoqués dans le présent document : Défaillances courantes des circuits imprimés et problèmes de fiabilité
Considérations relatives à la fabrication
Les fabricants de circuits imprimés évaluent les couches de masque de soudure lors de l'analyse CAM.
Ils font le point :
- ouvertures du masque
- masque dégagé
- largeur des barrages
- tolérances d'alignement
Chez des fabricants tels que TOPFASTLes équipes d'ingénieurs vérifient généralement les paramètres des masques de soudure avant la fabrication afin de garantir la compatibilité avec les processus de fabrication et d'assemblage des circuits imprimés.
Conclusion
La conception des masques de soudure joue un rôle crucial dans la fabrication des circuits imprimés et la fiabilité de l'assemblage.
En suivant des règles de conception pratiques - telles que l'espacement correct des masques, la largeur suffisante des barrages et la définition correcte des tampons - les ingénieurs peuvent réduire les défauts d'assemblage et améliorer le rendement de la production.
Une coordination étroite entre les équipes de conception et les fabricants de circuits imprimés permet également de s'assurer que les couches de masque de soudure sont conformes aux capacités de fabrication.
FAQ sur les masques de soudure pour circuits imprimés
R : Le dégagement du masque de soudure est la distance entre le bord de la pastille de cuivre et l'ouverture du masque de soudure, ce qui garantit que les pastilles restent exposées pendant l'assemblage.
R : La plupart des fabricants de circuits imprimés recommandent une largeur minimale de masque de soudure de 4 mil pour éviter que le masque ne se brise.
R : Les petites ouvertures du masque peuvent couvrir partiellement les pads, ce qui entraîne des joints de soudure de mauvaise qualité.
R : Les pastilles SMD sont définies par les ouvertures du masque de soudure, tandis que les pastilles NSMD sont définies par la pastille de cuivre elle-même. Les plots NSMD sont couramment utilisés pour les composants BGA.