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28 avril 2024

Sérigraphie sur PCB : Qu'est-ce que c'est ?

Introduction

En électronique, les cartes de circuits imprimés (PCB) constituent l’épine dorsale de la plupart des appareils, fournissant un support mécanique et des connexions électriques à divers composants. Une partie intégrante de la fonctionnalité et du processus d'assemblage du PCB est marquée par la couche de sérigraphie, une caractéristique qui, malgré sa nomenclature traditionnelle, joue un rôle essentiel dans la fabrication électronique moderne.

Qu'est-ce qu'une sérigraphie sur un PCB ?

La sérigraphie sur un PCB fait référence à la couche de texte, de symboles ou de graphiques d'encre appliquée sur une ou les deux faces d'un circuit imprimé. Il sert à plusieurs fins, telles que l'identification de l'emplacement des composants, la fourniture d'instructions d'assemblage ou la création d'une marque. Ces informations facilitent l’assemblage, les tests et la réparation précis et efficaces des appareils électroniques.

Le marquage sérigraphique comprend :

  • Identificateurs de composants : Des étiquettes telles que « R1 » pour les résistances ou « C1 » pour les condensateurs indiquent les types et les séquences de composants.
  • Aperçus des composants : Contours ou symboles simples représentant la forme physique et l'orientation des composants.
  • Broche 1 ou marquages de polarité : Ce sont des indicateurs de l'orientation des composants polarisés, comme les diodes et les condensateurs, afin d'éviter un placement incorrect.
  • Points de test : Désignations des points sur la carte utilisés lors des tests pour mesurer les niveaux de tension, les signaux ou la continuité.
  • Logos et image de marque : Logos d'entreprise ou noms de marque à des fins d'identification et de marketing.
  • Symboles d'avertissement et instructions : Symboles ou texte indiquant les niveaux de tension ou les précautions nécessaires à la manipulation de certains composants.

Types de sérigraphie PCB

L'application de la sérigraphie sur les PCB implique diverses techniques, chacune présentant ses propres avantages, limites et applications. 

1. Imagerie photo liquide (LPI)

LPI consiste à appliquer une encre liquide photo-imageable sur le PCB. L'encre est ensuite exposée à la lumière à travers un photomasque et développée pour créer des marquages précis et haute résolution.

Avantages :

  • Haute résolution: LPI peut produire des détails fins et du texte de petite taille, ce qui le rend adapté aux PCB avec des mises en page denses.
  • Durabilité: L'encre utilisée dans LPI adhère fortement à la surface du PCB et résiste à la décoloration, aux taches ou au pelage, garantissant ainsi la longévité des marquages.
  • Polyvalence: Les encres LPI sont disponibles en différentes couleurs, offrant des options pour les exigences de conception.

Limites:

  • Coût: Le LPI est généralement plus cher que la sérigraphie traditionnelle, ce qui le rend moins rentable pour les grandes séries de production.
  • Complexité du processus : Le processus LPI implique plusieurs étapes, notamment le durcissement et le développement, qui peuvent prolonger les temps de production.

2. Impression directe des légendes (DLP)

Direct Legend Printing utilise la technologie à jet d'encre numérique pour appliquer l'encre directement sur la surface du PCB, guidée par les données CAO de la carte. Cette méthode élimine les masques ou écrans physiques, permettant des modifications de conception rapides et flexibles.

Avantages :

  • La flexibilité: Le DLP peut facilement s'adapter aux modifications de conception sans nécessiter de nouveaux masques physiques, ce qui le rend idéal pour les prototypes ou les petites séries de production.
  • Vitesse: La nature numérique du DLP permet des temps de production plus rapides par rapport aux méthodes traditionnelles qui nécessitent la préparation d'un masque.
  • Considérations environnementales: Le DLP est une option plus respectueuse de l’environnement. Il réduit les déchets en éliminant le besoin de masques et d’écrans.

Limites:

  • Adhérence de l'encre : En fonction du matériau PCB et de l'encre utilisée, le DLP peut présenter des problèmes d'adhérence de l'encre, nécessitant une préparation de surface ou des formulations d'encre spécifiques.
  • Coût de l'équipement: L’investissement initial dans l’équipement d’impression numérique à jet d’encre peut être plus élevé que dans les configurations de sérigraphie traditionnelles.

3. Sérigraphie manuelle

La sérigraphie manuelle est la méthode traditionnelle d'application de la sérigraphie sur les PCB. Il s'agit de créer un pochoir ou un écran avec le motif souhaité, puis de presser l'encre à travers le maillage de l'écran sur la surface du PCB à l'aide d'une raclette. L'écran présente des zones imperméables à l'encre, qui définissent le motif sérigraphié.

Avantages :

  • Rentabilité : La sérigraphie manuelle peut être plus économique pour les séries de production en grand volume en raison de la nature réutilisable des écrans.
  • Compatibilité des matériaux : La sérigraphie manuelle peut être utilisée avec différents types d'encre, s'adaptant à divers matériaux et applications de PCB.

Limites:

  • Résolution: Cette méthode peut ne pas atteindre la finesse de détail possible avec LPI ou DLP, ce qui la rend moins adaptée aux PCB comportant de très petits composants ou des configurations densément regroupées.
  • Cohérence: Les aspects du processus de sérigraphie manuelle peuvent entraîner une variabilité de l’épaisseur de l’encre et une clarté de conception sur plusieurs PCB.

Différentes méthodes pour créer des sérigraphies PCB

  • Impression d'écran: La méthode conventionnelle consiste à créer un pochoir avec les marquages souhaités et à utiliser une raclette pour pousser l'encre à travers le pochoir sur le PCB. Cette méthode est la mieux adaptée aux productions en grand volume.
  • Impression jet d'encre : Une approche plus moderne où l'encre est pulvérisée numériquement sur le PCB, permettant une grande précision et flexibilité dans les modifications de conception. Il est idéal pour les prototypes et les petits lots.
  • Impression laser : Bien que moins courante, l'impression laser implique l'utilisation d'un laser pour graver le motif sérigraphié directement sur la surface du PCB. Cette méthode offre une haute résolution mais peut être plus coûteuse.

Avantages de l'utilisation de la sérigraphie sur un PCB

L'intégration de la sérigraphie sur les cartes de circuits imprimés (PCB) apporte de nombreux avantages, améliorant à la fois le processus de fabrication et la fonctionnalité du dispositif électronique final. 

  • Précision d'assemblage améliorée : Les marquages sérigraphiés guident le placement et l’orientation précis des composants, réduisant ainsi les erreurs d’assemblage.
  • Tests et dépannage facilités : Le PCB a été marqué de points de test et de zones critiques pour simplifier l'identification lors des tests et du dépannage.
  • Entretien et facilité d'entretien améliorés : Un étiquetage clair des composants et des connecteurs facilite les tâches de maintenance et les réparations.
  • Sécurité accrue : Les symboles d'avertissement et les instructions informent les utilisateurs des dangers potentiels, améliorant ainsi la sécurité.
  • Visibilité et traçabilité de la marque : Les logos et numéros de pièces sur la sérigraphie améliorent la reconnaissance de la marque et facilitent la traçabilité des PCB.
  • Rapport coût-efficacité: La sérigraphie contribue aux économies de coûts en rationalisant les processus d'assemblage et de test.
  • Appel esthétique : La sérigraphie peut améliorer l'apparence visuelle du PCB, ce qui peut être souhaitable dans les applications destinées aux consommateurs.

Processus de sérigraphie PCB

L'application d'une sérigraphie sur un circuit imprimé (PCB) est une étape critique du processus de fabrication. Il ajoute des informations et des marquages précieux à la surface du tableau. Ce processus facilite l'assemblage et l'inspection du PCB ainsi que son identification et sa finition esthétique. 

1. Préparation de la conception

Le processus de conception par sérigraphie fait partie intégrante de la conception de circuits imprimés, généralement réalisée à l'aide d'un logiciel de conception de circuits imprimés spécialisé. Les concepteurs doivent placer méticuleusement le texte et les symboles pour indiquer les emplacements, les noms et les orientations des composants sans encombrer le tableau ni obscurcir les plots et les traces. Les considérations comprennent :

  • Sélection de police : Choisir une taille de police lisible mais suffisamment compacte pour tenir dans les espaces disponibles. La taille minimale du texte standard de l'industrie est généralement d'environ 1 mm de hauteur, mais cela peut varier en fonction des capacités du fabricant et de la complexité de la carte.
  • Normalisation des symboles : Utiliser des symboles universellement reconnus pour la polarité, la mise à la terre et d'autres caractéristiques électriques pour garantir la clarté et éviter toute confusion.

2. Sélection de la méthode de sérigraphie

Le choix entre la sérigraphie, l’impression jet d’encre ou la gravure laser dépend de plusieurs facteurs :

  • Volume et efficacité : La sérigraphie est rentable pour les grands tirages, tandis que l'impression à jet d'encre offre flexibilité et efficacité pour les prototypes et les petits lots.
  • Exigences de résolution : Pour les cartes nécessitant des détails élevés, telles que celles comportant de petits composants ou des configurations denses, la gravure au jet d'encre ou au laser offre une résolution supérieure.
  • Considérations matérielles : Le choix du matériau du substrat et la durabilité requise de la sérigraphie peuvent dicter la meilleure méthode d’application.

3. Préparation de la surface du PCB

Une préparation adéquate de la surface garantit une adhérence optimale de l’encre et une longévité des marquages sérigraphiés :

  • Nettoyage des surfaces : Les solvants chimiques ou les brosses mécaniques éliminent les résidus qui pourraient gêner l'adhérence de l'encre.
  • Promotion de l'adhésion : Dans certains cas, l'application d'un apprêt ou d'un promoteur d'adhérence peut améliorer la liaison entre l'encre et le matériau PCB, en particulier pour les surfaces difficiles à imprimer directement.

4. Application de l'encre

Les spécificités de l’application de l’encre varient considérablement selon les méthodes :

Pour la sérigraphie :

  • Préparation de l'écran : Créez un écran maillé où des parties du maillage sont bloquées pour former le motif. L'écran doit être aligné avec précision sur le PCB.
  • Cohérence de l'encre : La viscosité de l'encre doit être adaptée à la taille des mailles de l'écran et à la complexité de la conception.

Pour l'impression jet d'encre :

  • Configuration numérique : Traduire le motif sérigraphié dans un format compatible avec l'imprimante à jet d'encre, garantissant que tous les détails sont reproduits avec précision.
  • Calibrage jet d'encre : Ajustez les paramètres de l'imprimante pour le débit d'encre et la taille des gouttelettes en fonction de la surface du PCB et du type d'encre.

Pour l'impression laser :

  • Application de couche : Application d'une couche sensible au laser sur le PCB, que le laser supprimera sélectivement pour créer le design.
  • Paramètres laser : Ajustez la puissance, la vitesse et la mise au point du laser pour obtenir des lignes nettes et éviter d'endommager le PCB.

5. Durcissement de l'encre

Différentes encres et méthodes d'application nécessitent des processus de durcissement spécifiques pour garantir la durabilité :

  • Durcissement thermique : Utiliser des fours ou des lampes infrarouges pour durcir ou durcir l'encre. Des paramètres tels que la température et le temps doivent être contrôlés avec précision.
  • Durcissement UV : Pour les encres durcissables aux UV, l'encre est exposée à une lumière UV de longueurs d'onde spécifiques pour déclencher une réaction photochimique qui la durcit.

6. Contrôle

Des techniques d'inspection avancées garantissent la plus haute qualité de la couche sérigraphiée :

  • Inspection optique automatisée (AOI) : Machines équipées de caméras haute résolution et de logiciels de traitement d’images pour détecter les défauts ou les écarts par rapport à la conception.
  • Inspection manuelle : Dans certains cas, en particulier pour les cartes à faible volume ou les prototypes, une inspection manuelle détaillée par un personnel expérimenté peut compléter ou remplacer l'AOI.

Considérations de conception pour la sérigraphie PCB :

  • Lisibilité: La taille et le style de la police doivent être choisis pour garantir que tous les marquages soient facilement lisibles.
  • Contraste: La couleur de l'encre doit contraster avec le fond du PCB pour améliorer la visibilité.
  • Placement: Des précautions doivent être prises pour éviter de placer des marquages sérigraphiés sur des vias, des plots ou des zones qui affectent le placement ou la soudure des composants.
  • Durabilité: L'encre et le processus de durcissement doivent être sélectionnés en fonction de l'environnement dans lequel le PCB fonctionnera afin de garantir que la sérigraphie reste intacte pendant toute la durée de vie du produit.

Conclusion

Bien qu'elle soit souvent négligée dans les discussions sur la conception et la fabrication des PCB, la couche de sérigraphie joue un rôle essentiel pour garantir la fonctionnalité, la précision de l'assemblage et la longévité des appareils électroniques. 

Grâce aux progrès de la technologie d’impression, la création de sérigraphies efficaces et informatives est devenue plus accessible. Cela permet des processus de fabrication plus efficaces et des produits électroniques de meilleure qualité.

Article rédigé par Alice Lee

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