Définir des règles précises de dégagement et de barrage du masque de soudure est le moyen le plus efficace de prévenir les défauts d'assemblage tels que les ponts de soudure et les effets de désactivation dans les conceptions haute densité. Pour les équipes d'approvisionnement et les ingénieurs, la décision implique de trouver un équilibre entre le besoin de composants serrés et les limites physiques du processus de fabrication des PCB. Ce playbook fournit les spécifications techniques, les évaluations des risques et les protocoles de validation nécessaires pour garantir que la configuration de votre carte se traduise par un cycle de fabrication à haut rendement.
Points clés à retenir
- Règle de dégagement standard : Maintenez un dégagement minimum du masque de soudure de 2 mil (50 µm) par côté (augmentation du diamètre total de 4 mil) autour des plots de cuivre pour tenir compte des tolérances d'enregistrement.
- Largeur minimale du barrage : Le barrage du masque de soudure (le pont du masque entre les pastilles) doit généralement mesurer au moins 4 mil (100 µm) pour le masque vert et 5 mil (125 µm) pour les autres couleurs afin d'adhérer correctement au stratifié.
- Impact des couleurs : Le masque de soudure vert offre la plus haute résolution et les plus petites capacités de barrage ; les masques noirs ou blancs nécessitent souvent des jeux plus grands en raison de propriétés de durcissement différentes.
- NSMD vs SMD : Les plots NSMD (Non-Solder Mask Defined) sont généralement préférés pour la fiabilité du BGA, tandis que les plots Solder Mask Defined (SMD) sont utilisés lorsque la taille des plots est critique ou que le pas est extrêmement fin.
- Prévention des éclats : Évitez les éclats de masque plus étroits que 3 mil (75 µm) ; ces pièces flottantes peuvent s'écailler lors du montage et contaminer la pâte à souder.
- Conseil de validation : Demandez toujours une « vérification du masque de soudure » dans votre rapport DFM pour identifier les zones dans lesquelles la fabrique pourrait procéder à un soulagement collectif (supprimer les barrages) en raison des limitations du processus.
- Tolérance d'enregistrement : La tolérance de fabrication standard pour l'alignement du masque est de ±2 à ±3 mil ; les conceptions doivent s'adapter à ce décalage sans exposer le cuivre adjacent.
Portée, contexte décisionnel et critères de réussite
Lors de l'achat de PCB, en particulier ceux comportant des composants à pas fin tels que les BGA, les QFN ou les passifs 0201, la stratégie du masque de soudure détermine le rendement de l'assemblage. La portée de cette décision s’étend au-delà de la simple esthétique ; il définit la barrière physique qui empêche la soudure de couler là où elle ne devrait pas.
Le contexte décisionnel surgit généralement lors du passage du prototype à la production de masse. Un atelier de prototypes peut utiliser l'imagerie directe laser (LDI) pour respecter des tolérances strictes, mais un fournisseur en volume utilisant l'imagerie photo traditionnelle peut exiger des règles plus souples. L'alignement précoce de ces attentes évite les modifications techniques « surprises » qui retardent la fabrication.
Critères de réussite :
- Zéro ponts de soudure : Le barrage du masque de soudure isole efficacement les plots adjacents pendant le processus de refusion.
- Exposition à 100 % du tampon : Aucun masque de soudure n'empiète sur la surface soudable du tampon (sauf s'il est conçµ comme CMS).
- Intégrité de l'adhésion : Les barrages du masque de soudure ne se décollent pas et ne s'écaillent pas pendant les cycles thermiques ou les contraintes mécaniques.
- Précision de l'enregistrement : Le masque est aligné à ±2 mil de la couche de cuivre, garantissant des anneaux annulaires uniformes autour des coussinets.
- Gestion des cas limites : Gérer avec succès les zones de « soulagement des gangs » où le terrain est trop fin pour un barrage, sans provoquer de pontage.
Spécifications à définir dès le départ (avant de vous engager)
Pour garantir que votre fabricant de PCB peut construire votre carte sans requêtes techniques constantes, vous devez définir des paramètres spécifiques du masque de soudure dans vos notes de fabrication ou votre dessin principal. Des demandes vagues telles que « masque standard » conduisent souvent le fabricant à appliquer ses propres valeurs par défaut, qui peuvent ne pas convenir à votre densité d'assemblage.
Liste de contrôle des spécifications de base :
- Type de masque : Le liquide photoimageable (LPI) est la norme de l'industrie. Spécifiez IPC-SM-840 Classe T (télécommunications/haute fiabilité) ou Classe H (haute performance).
- Méthode d'autorisation : Indiquez explicitement si les pastilles sont définies par un masque de soudure (NSMD) ou définies par un masque de soudure (SMD).
- Règle : Pour NSMD, jeu = diamètre du tampon + 4 mil (0,1 mm).
- Largeur minimale du barrage :
- LPI vert : 4 mil (0,1 mm) minimum.
- Noir/Bleu/Rouge/Blanc : 5 mil (0,125 mm) minimum.
- Pourquoi : Les pigments affectent la pénétration de la lumière UV pendant le durcissement ; les couleurs plus foncées durcissent plus lentement et contiennent moins de détails.
- Épaisseur du masque :
- Sur conducteurs : 0,5 mil (12,7 µm) minimum.
- Sur stratifié (entre les conducteurs) : 1,0 mil (25,4 µm) typique.
- Tenting Vias : Spécifiez si les vias doivent être tendus, branchés ou ouverts.
- Limite : Le tenting n'est généralement fiable que pour les vias < 12 mil (0,3 mm) de diamètre.
- Tolérance d'enregistrement : Définissez le désalignement autorisé.
- Standard : ±3 mil.
- Avancé (LDI) : ±1 à ±2 mil.
- Retrait des éclats : Demandez à l'usine de retirer tous les éclats de masque < 3 mil pour éviter l'écaillage.
- Seuil de soulagement des gangs : Définissez la hauteur en dessous de laquelle les barrages doivent être entièrement supprimés.
- Typique : Si l'espace entre les électrodes < 4 mil, soulagez en groupe (ouvrez un seul bloc de masque autour d'un groupe d'électrodes).
- Via Plugging : Si vous utilisez Via-in-Pad, spécifiez IPC-4761 Type VII (rempli et bouché).
- Interaction de finition : Assurez-vous que le masque est compatible avec la finition de surface (par exemple, ENIG, HASL).
- Remarque : HASL nécessite des jeux plus grands que ENIG pour éviter les ponts de soudure sur le bord du masque.
- Résolution : Spécifiez si l'imagerie directe laser (LDI) est requise pour les fonctionnalités fines.
- Durcissement : Exigences de cuisson après durcissement si un assemblage à haute température est prévu.
Tableau des paramètres clés :
| Paramètre | Spécification standard (vert) | Spécifications avancées (vert/LDI) | Couleurs non vertes |
|---|---|---|---|
| Largeur minimale du barrage | 4 mil (100 µm) | 3 mil (75 µm) | 5 mil (125 µm) |
| Dégagement (par côté) | 2-3 mil (50-75 µm) | 1,5-2 mil (38-50 µm) | 3 mil (75 µm) |
| Tolérance d'inscription | ±3 mil | ±1,5 mil | ±3 mil |
| Largeur minimale du ruban | 4 millions | 3 millions | 5 millions |
| Via tente Max Dia | 12 millions | 10 millions | 12 millions |
| Pitch de secours aux gangs | < 0,5 mm | < 0,4 mm | < 0,65 mm |
| Épaisseur du masque | > 0,8 mil | > 0,5 mil | > 1,0 mil |
| Résolution | Film photo | IFD | Film photo |
Risques clés (causes profondes, détection précoce, prévention)
Le non-respect des règles de dégagement et de barrage des masques de soudure crée des risques importants en aval lors de l'assemblage. Comprendre ces risques vous permet de concevoir des mesures préventives.
1. Pontage par soudure (courts-circuits)
- Cause fondamentale : Le barrage du masque de soudure entre les pastilles est trop étroit (< 4 mil) ou manquant (soulagement des gangs) sans modification appropriée du pochoir. La pâte à souder s'écoule entre les pastilles pendant la refusion.
- Détection précoce : Directives DFM cochez le signalement « largeur de barrage insuffisante ».
- Prévention : Assurez-vous que la largeur du barrage est ≥ 4 mil. Si le pas est trop fin, utilisez un relief en groupe sur le PCB mais réduisez le volume de l'ouverture du pochoir pour éviter un excès de pâte.
2. Empiètement du masque (problèmes de soudabilité)
- Cause fondamentale : Le jeu du masque est trop serré (< 2 mil) combiné à un mauvais enregistrement normal de la fabrication. Le masque recouvre le tampon de cuivre, empêchant ainsi le mouillage de la soudure.
- Détection précoce : Inspection visuelle des fichiers Gerber ; recherchez des ouvertures de masque identiques aux tailles de tampons (1:1) sans expansion.
- Prévention : Dégagement de conception en tant que tampon + 4 mil. Utilisez LDI pour un enregistrement plus strict si l’espace est limité.
3. Éclats de masque de soudure
- Cause fondamentale : De fines bandes de masque (éclats) sont laissées entre les tampons ou les traces. Ceux-ci adhèrent mal et peuvent se décoller, contaminant l'assemblage ou bloquant les ouvertures du pochoir.
- Détection précoce : Analyse logicielle CAM pour les caractéristiques du masque < 3 mil.
- Prévention : Implémentez une règle pour supprimer toute fonctionnalité de masque < 3-4 mil. Il est préférable d'avoir une ouverture légèrement plus grande qu'un ruban flottant.
4. Tombstone
- Cause fondamentale : Un dégagement inégal du masque de soudure ou un mauvais enregistrement entraîne des forces inégales pendant la refusion. Si le masque recouvre une partie d’un tampon mais pas l’autre, le composant se relève.
- Détection précoce : Examen de la conception du PCB Pochoir et des données d'enregistrement du masque.
- Prévention : Utilisez un LDI de haute précision pour les composants 0402 et plus petits. Assurer une expansion symétrique du masque.
5. Via un échec de tente
- Cause fondamentale : Tentative de tente de grands vias (> 12 mil) avec un masque liquide. Le masque s'affaisse ou se brise, emprisonnant les produits chimiques ou permettant l'évacuation de la soudure.
- Détection précoce : Analyse transversale montrant des tentes cassées.
- Prévention : Branchez les vias (type VI ou VII) s'ils doivent être couverts, ou gardez-les inférieurs à 12 mil pour les tentes.
6. Délaminage
- Cause fondamentale : Durcissement incorrect ou surface de cuivre impure avant l'application du masque. Également causé par des barrages trop étroits pour que le matériau puisse adhérer.
- Détection précoce : Test sur bande (IPC-TM-650 2.4.28).
- Prévention : Respectez les règles de largeur minimale du barrage en fonction de la couleur. Vérifiez la préparation de la surface (par exemple, gommage à la pierre ponce ou nettoyage chimique).
7. Traces exposées (Méné)
- Cause fondamentale : Le dégagement du masque autour d'un tampon expose une trace adjacente trop proche.
- Détection précoce : DRC (Design Rule Check) pour l'autorisation masque-trace.
- Prévention : Maintenez un espacement entre le masque et le conducteur d'au moins 2 à 3 mil. Acheminez les traces loin des périmètres des pads.
8. Rejet cosmétique
- Cause fondamentale : Utilisation d'une finition mate ou de couleurs non vertes sans ajuster les paramètres du processus, entraînant des rayures ou une texture inégale.
- Détection précoce : Normes d'inspection visuelle.
- Prévention : Définir les critères d'acceptation des imperfections cosmétiques (IPC-A-600 Classe 2 vs 3).
Validation et acceptation (tests et critères de réussite)
Avant d'accepter une expédition de PCB, une validation est requise pour garantir que le masque de soudure répond aux règles spécifiées. Cela évite que les cartes défectueuses n'entrent dans la phase d'assemblage coûteuse.
Tableau des critères d'acceptation :
| Essais / Contrôles | Méthode | Critères d'acceptation | Échantillonnage |
|---|---|---|---|
| Inscription visuelle | Grossissement 10x | Désalignement < 2 mil (ou comme spécifié). Aucun empiétement sur les patins. | 100 % ou NQA 0,65 |
| Test d'adhérence | IPC-TM-650 2.4.28 (Test de bande) | Pas de retrait de masque sur bande. Cote 5B. | 2 panneaux par lot |
| Résistance aux solvants | IPC-TM-650 2.3.42 | Aucun ramollissement, cloquage ou caractère collant après exposition au solvant. | 1 panneau par lot |
| Dureté | IPC-TM-650 2.4.27.2 (Crayon) | Dureté minimale de 6H (généralement). | Périodique |
| Vérification de la largeur du barrage | Mesure optique | Largeur du barrage ≥ 4 mil (ou spécification). Aucun barrage manquant à moins que le gang ne soit relevé. | 5 emplacements par panneau |
| Vérification du ruban | Visuel / AOI | Pas de copeaux ou de matériaux lâches. | 100% |
Étapes de validation :
- Gerber Review : Avant la fabrication, superposez la couche de masque de soudure sur la couche de cuivre. Vérifiez que l'expansion est de 1:1 + tolérance (généralement 4 mil au total).
- Inspection du premier article (FAI) : Mesurez les largeurs réelles du barrage sur le premier panneau produit. Si le dessin nécessitait 4 mil mais que l'usine l'a gravé jusqu'à 3 mil pour corriger l'enregistrement, vérifiez que l'adhérence est toujours bonne.
- Coupe transversale : Pour les cartes critiques à haute tension ou à haute fiabilité, la coupe transversale vérifie l'épaisseur du masque sur le « genou » des pistes en cuivre, garantissant ainsi une isolation adéquate.
- Test de soudabilité : Assurez-vous qu'aucun résidu de masque invisible (écume) ne reste sur les pastilles, ce qui bloquerait la soudure.
Liste de contrôle de qualification des fournisseurs (RFQ, Audit, Traçabilité)
Lors de la sélection d'un fabricant de PCB, utilisez cette liste de contrôle pour vérifier sa capacité à gérer les règles de dégagement et de barrage de votre masque de soudure.* Capacité de l'équipement : * [ ] Le fournisseur utilise-t-il l'imagerie directe laser (LDI) ? (Indispensable pour les barrages < 3 mil et un enregistrement serré). * [ ] Quelle est leur capacité minimale de largeur de barrage pour le masque vert ou noir ?
- Contrôle des processus :
- Effectuent-ils une inspection optique automatisée (AOI) sur la couche du masque de soudure ?
- Existe-t-il une procédure documentée pour le « soulagement des gangs » (quand et comment ils suppriment les barrages) ?
- Traitement des données :
- Effectuent-ils une vérification DFM spécifiquement pour les éclats de masques et les signalent-ils ?
- Peuvent-ils accepter les données ODB++ ou IPC-2581 (réduit les erreurs de traduction par rapport aux Gerbers) ?
- Options matérielles :
- Est-ce qu'ils stockent des encres de masque hautes performances (par exemple, Taiyo PSR-4000) adaptées aux conceptions HDI PCB ?
- Peuvent-ils proposer des options de finition mate ou brillante et expliquer l'impact DFM de chacune ?
- Assurance qualité :
- Effectuent-ils régulièrement des tests d'adhérence du ruban adhésif sur chaque lot ?
- Existe-t-il une traçabilité reliant le numéro de lot du masque au lot de PCB ?
- Certifications :
- Sont-ils certifiés IPC-6012 Classe 2 ou 3 ?
- Sont-ils conformes aux indices d'inflammabilité UL 94V-0 pour le matériau du masque ?
- Capacité :
- Peuvent-ils maintenir ces tolérances strictes dans la Production de masse, pas seulement dans les quantités de prototypes ?
- Communication :
- Fournissent-ils une liste EQ (Engineering Query) détaillée si vos règles de masque violent leurs capacités ?
Comment choisir (compromis et règles de décision)
Faire les bons choix en matière de règles de masque de soudure implique de faire un compromis sur la densité, le coût et la fiabilité. Utilisez ces règles de décision pour guider votre configuration.
- Si le pas est ≥ 0,5 mm : Choisissez des tampons NSMD avec un barrage de 4 mil. Il s’agit de l’option standard la plus robuste en matière de fiabilité BGA.
- Si le pas est < 0,4 mm : Vous pourriez être obligé d'utiliser Gang Relief (pas de barrage). Assurez-vous que la conception de votre pochoir réduit la taille de l’ouverture pour éviter les ponts.
- Si vous utilisez un masque noir/blanc : Augmentez la largeur minimale du barrage à 5-6 mil. Si la densité ne le permet pas, passez au vert ou payez un supplément pour les encres LDI et spécialisées.
- Si le composant est un BGA à pas fin : Donnez la priorité à NSMD pour réduire la contrainte sur le joint de soudure, mais assurez-vous que l'usine peut maintenir l'enregistrement pour éviter d'exposer des traces.
- Si le composant est un passif 0201 ou inférieur : Envisagez les tampons SMD (Solder Mask Defined) si le levage des tampons est un problème, mais sachez que cela réduit la zone de soudure efficace.
- En cas de haute tension : Maximisez le dégagement et les barrages pour éviter les arcs électriques. Ne soulagez pas en groupe dans les zones à haute tension.
- Si vous utilisez la finition HASL : Augmentez le dégagement du masque à 3 mil par côté si possible. Le processus HASL est plus compliqué et le masque peut piéger les billes de soudure si l'espace libre est serré.
- Si vous utilisez la finition ENIG : Vous pouvez maintenir des dégagements plus serrés (2 mil par côté) car la surface est plane et le processus est chimique et non mécanique.
- Si un via-in-pad est requis : Vous ** devez ** brancher et boucher le via (IPC-4761 Type VII). La tente n'est pas suffisante pour le via-in-pad.
- Si le coût est le principal facteur : Respectez l'IPV vert standard, les barrages de 4 mil et le dégagement de 3 mil. Le renforcement de ces règles oblige l'usine à utiliser des équipements LDI plus lents et plus coûteux.
FAQ (coût, délai de livraison, fichiers DFM, matériaux, tests)
1. Puis-je spécifier un dégagement nul (ouverture du masque 1:1) pour économiser de l'espace ? En général, non. La plupart des usines élargiront automatiquement l'ouverture du masque de 2 à 4 mil pour tenir compte de la tolérance d'enregistrement. Si vous exigez un rapport 1:1, vous risquez que le masque empiète sur le plot (échec de la soudabilité) à moins que vous ne payiez pour un LDI de haute précision et n'acceptiez des rendements inférieurs.
2. Quelle est la différence entre NSMD et SMD ? NSMD (Non-Solder Mask Defined) a une ouverture de masque plus grande que le tampon de cuivre, laissant un espace de stratifié nu. Le SMD (Solder Mask Defined) a une ouverture de masque plus petite que la pastille de cuivre, de sorte que le masque recouvre le bord de la pastille. NSMD est préféré pour Assemblage BGA car il fournit un meilleur ancrage pour le joint de soudure.3. Pourquoi l'usine continue-t-elle à retirer mes barrages de masque de soudure ? Si votre conception ne respecte pas la largeur minimale du barrage (par exemple, vous avez conçµ un barrage de 2 mil mais l'usine nécessite 4 mil), l'ingénieur CAM le supprimera pour empêcher l'impression d'un « ruban » qui pourrait s'écailler. C’est ce qu’on appelle le soulagement des gangs. Pour éviter cela, vérifiez les Capacités de votre fournisseur avant de concevoir.
4. Comment la couleur du masque de soudure affecte-t-elle les règles du barrage ? Le masque vert est optimisé pour la performance et peut contenir les plus petits barrages (3-4 mil). Les pigments noirs, blancs et bleus absorbent ou réfléchissent différemment la lumière UV, ce qui rend plus difficile le durcissement du fond d'un barrage épais et étroit. Par conséquent, les couleurs non vertes nécessitent généralement des barrages plus larges (5 à 6 mil).
5. Quelle est la règle de « l'anneau annulaire » pour le masque de soudure ? Il s'agit de l'anneau de dégagement autour d'un tampon. Si votre tolérance de perçage est de ± 3 mil et que l'enregistrement de votre masque est de ± 3 mil, vous avez besoin d'un espace suffisant pour garantir que le masque ne recouvre pas le trou ou le tampon. En règle générale, un jeu annulaire de 2 mil (augmentation du diamètre de 4 mil) est le minimum de sécurité.
6. Puis-je recouvrir les vias avec un masque de soudure pour les protéger ? Oui, mais uniquement pour les petits vias (généralement < 12 mil ou 0,3 mm). Des vias plus grands peuvent provoquer l'affaissement et la rupture du masque liquide, laissant un trou qui emprisonne les produits chimiques. Pour une protection fiable sur des vias plus grands, utilisez le bouchage ou le remplissage.
7. L'épaisseur du masque de soudure est-elle importante ? Oui. Si le masque est trop épais (> 1,5 mil), il peut interférer avec l'impression au pochoir pour les composants à pas fin, empêchant le pochoir de coller contre le tampon. S'il est trop fin (< 0,5 mil), il peut ne pas fournir une isolation électrique adéquate (rigidité diélectrique).
8. Comment puis-je empêcher les ponts de soudure lors de la conception du pochoir si je n'ai pas de barrages ? Si vous devez effectuer un soulagement groupé (enlever les barrages) en raison d'un pas fin, vous devez réduire l'ouverture du pochoir. Une règle courante consiste à réduire la zone d'ouverture de 10 à 20 % ou à utiliser une conception en forme de fenêtre pour limiter le volume de pâte à souder, l'empêchant ainsi de traverser l'espace où se trouvait le barrage.
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Glossaire (termes clés)
| Terme | Définition |
|---|---|
| Masque de soudure | Un revêtement protecteur appliqué sur le PCB pour isoler les traces de cuivre et éviter les ponts de soudure. |
| Barrage (Web) | Bande de matériau de masque de soudure qui reste entre deux plages de cuivre adjacentes. |
| Dégagement | La distance entre le bord de la pastille de cuivre et le bord de l'ouverture du masque de soudure. |
| NSMD | Masque sans soudure défini. L'ouverture du masque est plus grande que le tampon en cuivre. |
| CMS | Masque de soudure défini. L'ouverture du masque est plus petite que celle du tampon en cuivre, recouvrant les bords du tampon. |
| ILD | Imagerie directe au laser. Une méthode de haute précision pour exposer le masque de soudure à l'aide d'un laser, permettant des tolérances plus strictes que celles du film photo. |
| Soulagement des gangs | Pratique consistant à retirer les barrages de masque de soudure entre un groupe de pastilles à pas fin, créant ainsi une seule grande ouverture. |
| Argent | Un morceau très étroit de masque de soudure ou de cuivre. Les éclats de masque < 3 mil sont sujets au pelage et à l'écaillage. |
| Inscription | La précision de l'alignement de la couche de masque de soudure par rapport à la couche de cuivre. |
| Tente | Recouvrir un via avec un masque de soudure (sans le remplir) pour l'isoler. |
| empiètement | Lorsqu'un masque de soudure mal enregistré se superpose sur une pastille de cuivre destinée à être soudée. |
| IPV | Liquide photoimageable. Le type standard d'encre de masque de soudure utilisé dans les |
Conclusion
solder mask clearance and dam rules est plus facile à mettre en œuvre lorsque vous définissez tôt les spécifications et le plan de vérification, puis les confirmez via DFM et testez la couverture.
Utilisez les règles, les points de contrôle et les modèles de dépannage ci-dessus pour réduire les boucles d'itération et protéger le rendement à mesure que les volumes augmentent.
Si vous n'êtes pas sûr d'une contrainte, validez-la avec une petite version pilote avant de verrouiller la version de production.