Comment choisir le bon masque de soudure pour votre circuit imprimé

Two people in costume for an All Souls Procession.

Halloween arrive à grands pas et je dois avouer que j'ai dernièrement passé un peu plus de temps que de raison à réfléchir à mon déguisement. Cette année, je vais devoir couvrir mon visage d'une couche de peinture assez importante et j'ai donc fait beaucoup de recherche sur la meilleure façon de l'appliquer. Pour un résultat parfait, chaque couche, couleur et type de peinture doit être appliqué avec le bon outil, mais aussi au bon moment. Je me suis entraîné sans aucune instruction et la peinture s'est écaillée sur certaines zones de mon visage alors qu'elle est restée intacte sur d'autres. Bien qu'il soit peu probable qu'un maquillage raté puisse être à l'origine d'un court-circuit, cette situation m'a fait penser aux masques de soudure, qui sont désormais déclinés en une multitude de couleurs ! Pour un résultat parfait, choisir le bon type de masque de soudure et l'épaisseur adéquate est tout aussi important que pour votre maquillage d'Halloween, à ceci près que les erreurs vous coûteront bien plus cher dans le cas des circuits imprimés.

Qu'est-ce qu'un masque de soudure ?

Le masque de soudure protège les éléments métalliques du circuit imprimé contre l'oxydation et évite la formation de « ponts » entre les pastilles lorsqu'une petite quantité de soudure se fixe à un emplacement non souhaité. Cette étape est encore plus importante pour la fabrication lorsqu'une refusion ou un bain de soudure est utilisé, car ces techniques limitent les possibilités de contrôler qu'aucune connexion indésirable ne s'est formée. Le masque de soudure est aussi appelé « vernis-épargne ». Ce terme me semble d'ailleurs plus adapté, car j'ai d'abord cru que le masque de soudure était une couche complète de soudure appliquée sur la carte.

Comment le masque de soudure est-il appliqué sur la carte ?

Le masque de soudure est une couche de polymère qui est appliquée sur les pistes métalliques du circuit imprimé. Plusieurs types de matériaux sont utilisés pour cela et l'option la plus adaptée pour votre carte dépendra avant tout du coût et de votre méthode d'application. La plus basique consiste à utiliser la sérigraphie pour imprimer un époxy liquide sur le circuit imprimé. On peut comparer cela à appliquer son maquillage d'Halloween avec un pochoir.

Les masques de soudure les plus sophistiqués utilisent la photo-imagerie, associée à une couche sèche ou un masque de soudure liquide. Le masque de soudure photo-imageable liquide (Liquid photoimageable solder mask, LPSM) peut être sérigraphié, comme l'époxy, ou pulvérisé sur la surface, ce qui est généralement moins coûteux. Le masque de soudure en couche sèche (Dry film solder mask, DFSM) doit être laminé sous vide sur la carte pour éviter la formation de bulles d'air. Quelle que soit l'approche choisie, le masque devra ensuite être développé pour permettre d'éliminer les zones du masque sur lesquelles les pastilles seront soudées aux composants, puis séché au four ou exposé à des rayons UV.

A layer of PCB routing pattern.

Les masques de soudure sont appliqués sous la forme d'un époxy ou d'un polymère photo-imageable.

Comment choisir le bon masque de soudure ?

Pour choisir le bon masque de soudure, vous devrez tenir compte des dimensions physiques de votre carte, des trous, des composants, des conducteurs, du routage et de l'application finale de votre produit. 

Pour commencer, si votre circuit imprimé est destiné à l'industrie aérospatiale, médicale ou des télécommunications, ou encore à d'autres secteurs exigeant une « fiabilité élevée », contrôlez les normes du secteur relatives au masque de soudure et à l'application de votre circuit en général. Ces spécifications auront bien plus de valeur que tout ce que vous pourrez lire sur Internet. 

Vous pourrez utiliser un vernis-épargne photo-imageable pour la plupart des circuits imprimés modernes. La topographie de surface vous aidera à choisir entre une application liquide et une application sèche. Une application sèche permet de déposer une couche d'une épaisseur uniforme sur toute la surface de la carte. Toutefois, pour que le masque sec adhère de façon optimale à la surface de votre carte, celle-ci devra être parfaitement plate. Si la surface de votre carte présente des caractéristiques plus complexes, alors une option liquide (LPISM) sera préférable pour un meilleur contact avec le cuivre de vos pistes et le laminé. Cette méthode présente cependant un inconvénient : l'épaisseur ne sera pas parfaitement uniforme sur toute la carte.

Vous pouvez également choisir entre plusieurs finitions. Adressez-vous à votre fabricant pour connaître les finitions disponibles et savoir comment celles-ci impacteront le processus de production. Par exemple, une finition mate permet de limiter la formation de billes de soudure dans le cadre d'un processus de soudure à refusion.

PCB loading into a SMT reflow oven.

Les circuits imprimés fabriqués grâce à un processus de soudure à refusion nécessitent un masque de soudure. La finition de ce dernier peut aussi avoir un impact sur la qualité de la refusion.

Quelle devra être l'épaisseur de mon masque de soudure ?

L'épaisseur de votre masque de soudure dépend avant tout de celle des pistes de cuivre de votre carte. En général, l'épaisseur souhaitée est de 0,5 mils au-dessus des pistes. Si vous utilisez un masque liquide, l'épaisseur sera variable au-dessus des autres éléments de la carte. L'épaisseur attendue est de 0,8 à 1,2 mils sur les zones laminées vides, mais elle peut être aussi fine que 0,3 mils sur les éléments complexes, comme la cassure du circuit.

Comme pour tout autre processus ou paramètre de fabrication, vous devez tenir compte des contraintes associées à votre application finale et planifier la conception en conséquence. Ne négligez jamais d'aborder les différentes options de fabrication avec votre fabricant. Celui-ci sera peut-être même en mesure de vous proposer de meilleures options en fonction de ses capacités.

Comment puis-je intégrer le masque de soudure à ma conception ?

Pendant la conception de votre circuit imprimé, le masque de soudure a sa propre couche dans les fichiers Gerber. Contrôlez les règles de conception applicables à la couche du masque de soudure. En général, une bordure de deux mils sera nécessaire autour de l'élément au cas où le masque de soudure ne serait pas parfaitement centré. Une distance minimale entre les pastilles, souvent de 8 mils, sera également définie pour garantir la capacité du masque à prévenir la formation de ponts de soudure.

Si vous produisez des circuits imprimés plus complexes, vous devrez choisir un logiciel de conception de circuits imprimés qui vous permet d'adapter ces règles de conception à vos besoins. Altium Designer est un logiciel extrêmement flexible. Vous pourrez même supprimer totalement la couche de masque de soudure pour satisfaire les exigences de conception les plus spécifiques.

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