Impact du bouchage de via par masque de soudure mal effectué sur l'intégrité du cuivre PCB et stratégies d'atténuation

Il semble n'y avoir pas de corrélation directe entre les vias PCB bouchés par masque de soudure et le cuivre de via. Cependant, un bouchage mal effectué peut mener à des résultats destructeurs sur les PCB. En tant que technologie spéciale pour l'impression de pochoir, la technologie de bouchage de via par masque évolue avec l'application et le progrès constant du CMS (Surface Mount Technology). Le bouchage de via présente les caractéristiques suivantes :
• Parmi tous les vias sur les PCB, la majorité n'ont pas besoin d'être exposés sauf vias de branchement composants, vias de dissipation thermique et vias de test. Le bouchage empêche le flux ou la pâte à souder d'être exposés côté composant à travers les vias lors de l'assemblage ultérieur, ce qui pourrait causer des courts-circuits. De plus, la pâte à souder peut être économisée.
• Les vias bouchés sont compatibles avec les exigences CMS, empêchant l'adhésif collé sur la surface de composants (ex: CI) de s'écouler à travers les vias.
• La technologie empêche le flux, produits chimiques ou humidité d'entrer dans l'espace étroit entre composants BGA et circuits, réduisant le risque de fiabilité dû à la difficulté de nettoyage.
• Parfois, pour répondre aux exigences de ligne d'assemblage automatisée, le vide doit être utilisé pour absorber le PCB pour transport ou inspection. Les vias doivent être bouchés pour éviter les fuites de vide causant un maintien lâche.

Causes du mauvais bouchage par masque de soudure

Une cause est le bouchage incomplet ou insuffisant.

Le bouchage incomplet/insuffisant désigne une situation où il n'y a pas d'huile de masque au sommet du via alors qu'il n'y en a qu'un peu au fond.

Autre exemple : masque sur le côté gauche du via tandis qu'un « trou d'air » s'étend vers le bas le long de la paroi depuis l'ouverture du côté droit. Il s'étend vers le côté gauche près du milieu avec une section transversale générée. Le cuivre du via casse presque à l'intersection entre section transversale et cuivre de paroi.

Causes de la rupture ou minceur du cuivre de via

Une fois le bouchage incomplet/insuffisant survenu, la solution de micro-gravure ou acide pourrait s'écouler dans le via lors des étapes ultérieures de fabrication. Les vias sont généralement petits, diamètre < 0,35 mm. Avec bouchage, peu ou pas d'huile pour le tenting à l'ouverture alors qu'il y en a au milieu ou au fond, il n'y a pas de passage pour les solutions dans les vias. Elles restent cachées à l'intersection masque/paroi, incapables d'être éliminées, causant finalement rupture ou minceur du cuivre.

Dommages résultant de la rupture/minceur du cuivre via due au mauvais bouchage

a. Quand le cuivre devient très fin à l'intérieur du via, la résistance atteint le niveau milliohm. Impossible à détecter par méthode de mesure à deux fils, les produits défectueux échappent au test.

Si le test électrique ne révèle pas la minceur, le cuivre fin se brisera sous opération haute température et expansion axe Z en phase PCBA (assemblage PCB) contenant le brasage. Résultat : produits avec fonctions insuffisantes ou instables à long terme. Le cuivre fin sans rupture totale n'est pas détectable par méthodes ordinaires (AOI, AXI, inspection visuelle). Une fois découvert, tous les produits du même lot doivent être mis au rebut, causant grosse perte.

b. Pour rupture cuivre ou rupture circulaire, les fabricants peuvent la trouver par test électrique. Mais la gravure par micro-gravure est si lente qu'elle n'apparaîtra qu'au stade client. La rupture ne sera découverte que par le client sentant l'instabilité. Ex: écran noir ou blocage peut résulter de rupture cuivre.

Solutions

a. Perspective conception ingénierie

Après réception des fichiers de conception, le service ingénierie doit se concentrer sur l'ouverture du via de bouchage et son exigence. Généralement, l'ouverture doit être < 0,35 mm et pas trop grande car grande ouverture facilite bouchage incomplet. Bien que les clients exigent bouchage, ils ne définissent pas de règlement spécifique sur la plénitude. Selon IPC, la plénitude n'est pas non plus définie spécifiquement. Selon les exigences de la majorité des fabricants et mon expérience, je pense qu'une plénitude > 75 % est optimale.

b. Perspective amélioration technologie bouchage

L'industrie maîtrise actuellement ces technologies :
Technologie #1 : Bouchage via → Impression masque (feuille alu participe, plaque d'échappement utilisée)
Technologie #2 : Bouchage et impression huile masque simultanés
Technologie #3 : Bouchage résine → Impression masque
Technologie #4 : Finition surface → Bouchage via

Pour la plénitude, Technologies #1 et #3 sont suggérées car elles contribuent à haute plénitude. Mais processus complexes avec feuille alu et plaque échappement, plusieurs imprimantes pour impression synchrone, cuisson plus longue.

Technologie #2 a haute efficacité fabrication mais difficile à contrôler la plénitude. Non suggérée car faible plénitude cause cuivre fin/rupture selon discussion précédente.

Technologie #4 peu utilisée, non discutée plus loin.

c. Problème d'ouverture via exposé au test électrique

L'inspection d'ouverture via indique si bouchage incomplet/insuffisant survient avec cuivre fin/rupture généré.

Comme discuté, test électrique rarement capable de détecter cuivre fin mais capable d'explorer rupture circulaire. Si vias ouverts explorés pendant test, vérifier si cause : cuivre chimique, galvanoplastie ou mauvais bouchage masque. Cause identifiée, mesures correspondantes listées.

d. Perspective qualité masque ou résine

Test technologique doit être implémenté sur nouvelle huile masque et résine pour garantir qualité. Puis utilisés en petit lot pour vérifier performance. Comme décrit, faible qualité cause problèmes (trou d'air par ex). Solution micro-gravure entre dans trou d'air, cuivre lentement gravé, cuivre fin/rupture. Qualité ne peut être compromise par bas coût.

L'application du masque joue un rôle clé dans la fabrication PCB et la plénitude du bouchage est significativement importante car concernée par l'apparence et corrélée à la qualité du cuivre via par bouchage incomplet/insuffisant. Une attention extraordinaire doit être portée à l'administration pratique. Procédures réglementées, administration raffinée, standards d'inspection clarifiés pour garantir plénitude du bouchage.

Ressources utiles :
• Masque de soudure et ses astuces de conception
• Exigences conception PCB CMS : réglages connexion pastille-piste, trous traversants, point de test, masque, sérigraphie
• Influence uniformité épaisseur masque par conception clou-lit impression sérigraphie
• Mesures efficaces pour améliorer technologie fabrication via bouché masque