Il ne semble exister aucune corrélation directe entre les vias de PCB (carte de circuit imprimé) bouchés avec du vernis épargne et le cuivre des vias. Cependant, un bouchage de vernis épargne mal réalisé peut entraîner des résultats destructeurs sur les PCB. En tant que technologie spéciale pour l’impression au pochoir, la technologie de bouchage des vias par vernis épargne pour la fabrication de PCB se développe avec l’application et les progrès constants de la technologie SMT (technologie de montage en surface). Le bouchage des vias présente les caractéristiques suivantes :
• Parmi tous les vias sur les circuits imprimés, la majorité n’a pas besoin d’être exposée, à l’exception des vias de connexion des composants, des vias de dissipation thermique et des vias de test. Le bouchage des vias par le vernis épargne empêche le flux ou la pâte à braser d’être exposés du côté composants à travers les vias lors de l’étape ultérieure d’assemblage des composants, car cela pourrait entraîner des courts-circuits. De plus, l’application de la technologie de bouchage des vias par vernis épargne permet d’économiser de la pâte à braser.
• Le bouchage des vias par le vernis épargne est compatible avec les exigences de la technologie SMT, empêchant l’adhésif appliqué sur la surface de composants tels que les CI (circuits intégrés) de s’écouler à travers les vias.
• La technologie de bouchage par vernis épargne interdit au flux, aux produits chimiques ou à l’humidité de pénétrer dans l’espace étroit entre les composants BGA et les circuits imprimés, réduisant ainsi le risque de fiabilité dû à la difficulté de nettoyage.
• Parfois, pour répondre aux exigences des lignes d’assemblage automatisées, le vide doit être utilisé pour aspirer le PCB en vue de son transport ou de son inspection. Par conséquent, il est nécessaire de boucher les vias avec un vernis épargne afin d’empêcher les fuites de vide susceptibles de provoquer un maintien insuffisant.
Causes d’un mauvais bouchage du vernis épargne
L’une des causes d’un bouchage de vernis épargne mal réalisé réside dans un bouchage de vernis épargne incomplet ou insuffisant.
Le bouchage de vernis épargne incomplet ou insuffisant désigne une situation où il n’y a pas de vernis épargne sur la partie supérieure des vias, tandis qu’il ne reste qu’une petite quantité de vernis épargne sur la partie inférieure.
Un autre exemple de bouchage de vernis épargne incomplet ou insuffisant montre qu’il y a du vernis épargne sur le côté gauche du via, tandis qu’un soi-disant trou d’air s’étend vers le bas le long de la paroi du trou à partir de l’ouverture du via sur la droite du via. Il s’étend ensuite vers le côté gauche de la paroi du via lorsqu’il s’approche de la partie médiane du via, où une section transversale est générée. Le cuivre du via est presque rompu à l’intersection entre la section transversale et le cuivre de la paroi du via.
Causes de rupture ou de minceur du cuivre de via
Une fois qu’un bouchage de vernis épargne incomplet ou insuffisant se produit, la solution de micro-gravure ou la solution acide peut s’écouler dans le via lors des étapes ultérieures de fabrication du PCB. Les vias sont généralement de petite taille, avec un diamètre inférieur à 0,35 mm. Lorsque le bouchage au vernis épargne se produit, il ne reste pas ou très peu d’encre de vernis épargne pour former une tente à l’ouverture du via, tandis qu’il y a du vernis épargne au milieu du via ou au fond du via, de sorte qu’il n’existe aucun passage pour les solutions à l’intérieur des vias. Les solutions ne peuvent que rester piégées à l’intersection entre le vernis épargne et la paroi du via, sans pouvoir être éliminées, ce qui finit par provoquer une rupture ou un amincissement du cuivre du via.
Dommages résultant de la rupture ou de la finesse du cuivre des vias dus à un bouchage de vernis épargne mal réalisé
a.Lorsque le cuivre devient si mince du côté interne du via, la résistance atteint le niveau du milliohm. Il est alors impossible de la détecter avec la méthode de mesure à deux fils, de sorte que les produits défectueux ne sont pas mis en évidence.
Si le test électrique ne permet pas de mettre en évidence le problème de finesse du cuivre dans les vias, le cuivre trop fin se rompra en raison du fonctionnement à haute température et de l’expansion selon l’axe Z lors de la phase d’assemblage des circuits imprimés (PCBA, printed circuit board assembly) comprenant la soudure. En conséquence, les produits électroniques souffriront d’une mise en œuvre fonctionnelle insuffisante ou leurs fonctions pourront devenir instables lorsque les clients les utiliseront sur le long terme. En ce qui concerne les vias à cuivre mince sans rupture totale, ce défaut ne peut pas être détecté par l’application de méthodes d’inspection ordinaires, y comprisAOI,AXIet inspection visuelle. Une fois qu’il est détecté, tous les produits appartenant au même lot de production devront être mis au rebut, entraînant de lourdes pertes.
b.En ce qui concerne la rupture du cuivre de via ou la rupture circulaire, les fabricants de PCB sont en mesure de la détecter par des tests électriques. Néanmoins, un problème subsiste : la gravure du cuivre au moyen d’une solution de micro-gravure est un processus si long qu’elle ne se manifestera qu’une fois le produit arrivé chez le client. Cela signifie que la rupture du cuivre de via ne peut être détectée que par les clients, qui ne perçoivent qu’un fonctionnement instable des produits électroniques. Par exemple, lorsque les clients constatent que les produits électroniques présentent un écran noir ou se figent, cela peut éventuellement être dû à une rupture du cuivre de via.
Solutions
a. Du point de vue de la conception technique
Après que le service d’ingénierie d’une usine de fabrication de circuits imprimés (PCB) a reçu les fichiers de conception PCB des clients, il convient de se concentrer sur le diamètre des vias à obturer et sur les exigences correspondantes. De manière générale, le diamètre d’un via à obturer doit être inférieur à 0,35 mm et ne doit pas être trop grand, car un diamètre trop important rend l’obturation plus facilement incomplète ou insuffisante.
Bien que les clients formulent des exigences concernant l’obturation des vias, ils ne définissent généralement pas de règles spécifiques sur le taux de remplissage des vias obturés. Conformément aux normes de l’IPC, le taux de remplissage des vias obturés n’a pas non plus été précisément défini.
Sur la base des exigences fixées par la grande majorité des fabricants de PCB et de mes années d’expérience en ingénierie, je considère qu’il est préférable que les vias obturés présentent un taux de remplissage supérieur à 75 %.
b. Du point de vue de l’amélioration de la technologie de bouchage du vernis épargne
Jusqu’à présent, l’industrie des PCB maîtrise les types de bouchage de vernis épargne suivants grâce aux technologies suivantes :
Technologie n°1 Bouchage de vias → Impression du vernis épargne (la plaque d’aluminium participe au bouchage des vias et une plaque d’échappement est utilisée)
Technologie n°2 Le bouchage par via est réalisé en même temps que l’impression de l’encre du vernis épargne.
Technologie n°3 Bouchage à la résine → Impression du vernis épargne
Technologie n°4Finition de surface→ Via branchement
En ce qui concerne le remplissage des vias par bouchage, il est suggéré d’appliquer la première et la troisième technologie de bouchage de vias, car ces deux méthodes contribuent à un haut niveau de remplissage. Cependant, elles présentent des procédés de fabrication complexes nécessitant une feuille d’aluminium et une plaque d’échappement. De plus, deux imprimantes ou plus sont nécessaires pour l’impression synchrone et la cuisson de la carte prend plus de temps.
La technologie n°2 présente une efficacité de fabrication élevée, mais il est assez difficile de contrôler le remplissage des vias. Ce type de technologie n’est pas recommandé, car un faible remplissage des vias entraînera une couche de cuivre de via trop fine ou une rupture du cuivre des vias, conformément à la discussion dans la partie précédente de cet article.
La technologie n°4 n’est généralement pas appliquée, elle ne sera donc pas abordée dans la suite de cet article.
c. Via d’ouverture exposée lors des tests électriques
L’inspection des vias permet de déterminer si un bouchage de vias incomplet ou insuffisant se produit en présence d’une fine couche de cuivre dans les vias ou de ruptures du cuivre.
Comme il a été précédemment expliqué, les tests électriques sont rarement capables de détecter un cuivre aminci dans les vias, mais ils permettent d’identifier les problèmes de rupture circulaire du cuivre. Si des vias ouverts sont détectés lors du test électrique, celui-ci peut être utilisé pour vérifier si le défaut provient du cuivre de placage chimique sans courant, du placage électrolytique ou d’un bouchage de vias par le vernis épargne mal réalisé. Une fois la cause du problème identifiée, les mesures correspondantes peuvent ensuite être définies.
d. Du point de vue de la qualité du vernis épargne ou de la résine
Un test technologique doit être mis en œuvre sur le nouveau vernis épargne de bouchage de vias et sur la résine de bouchage de vias afin que leur qualité puisse être garantie. Ensuite, ils doivent être utilisés dans un test de petite série pour vérifier davantage leurs performances et leur qualité. Comme indiqué dans la partie précédente de cet article, une faible qualité du vernis épargne de bouchage de vias ou de la résine de bouchage de vias entraînera certains problèmes, par exemple des cavités d’air. Lorsque la solution de micro-gravure pénètre dans la cavité d’air, le cuivre du via sera lentement gravé, ce qui entraînera un cuivre de via aminci ou une rupture du cuivre du via. Leur qualité ne doit jamais être compromise par leur faible coût.
L’application du vernis épargne joue un rôle clé dans la fabrication des circuits imprimés, et le taux de remplissage des vias est particulièrement important, car il concerne l’apparence des produits et est lié aux problèmes de qualité du cuivre dans les vias dus à un remplissage incomplet ou insuffisant. Par conséquent, une attention particulière doit être portée à la gestion pratique. Plus précisément, il convient de se conformer à des procédures réglementées, d’optimiser la gestion de la production et de clarifier les normes d’inspection afin de garantir pleinement le taux de remplissage des vias.
