La science derrière les encres de sérigraphie PCB et les techniques d'impression

Vous êtes-vous déjà demandé quels types de procédés sont utilisés dans la fabrication des PCB pour obtenir un sérigraphie permanente ? Comment cette encre ne s'efface-t-elle pas même dans des conditions très difficiles ? D'ailleurs, la sérigraphie est la couche supérieure d'un PCB, les légendes blanches qui comprennent les étiquettes de composants, les logos et les marques de polarité. Aujourd'hui, nous allons voir la chimie derrière tout cela et savoir quel type de technologie d'impression est nécessaire pour les faire fonctionner. Derrière ces fines lignes blanches se cache une combinaison fascinante de science des matériaux, de chimie et de technologie d'impression de précision. Dans cet article, nous allons détailler :

⦁ Ce qu'est la sérigraphie PCB et pourquoi elle est importante.

⦁ Les types d'encres utilisées dans la fabrication des PCB.

⦁ Les techniques d'impression pour appliquer la sérigraphie.

⦁ Le processus de durcissement, comment l'encre devient permanente.

⦁ Les produits chimiques et agents courants utilisés dans le processus.

1. Les Encres : Chimie de la Sérigraphie PCB

Les encres de sérigraphie PCB ne sont pas les mêmes que l'encre de votre imprimante de bureau. Ce sont des revêtements spécialisés et hautes performances conçus pour résister à la chaleur de soudure et à des années d'exposition environnementale. Trois facteurs courants sont :

1.  Matériau de base

Dans la plupart des PCB, les encres de sérigraphie sont basées sur des systèmes de résine époxy. Elles peuvent résister à des températures de soudure élevées (~260°C pendant le refusion), et peuvent résister aux solvants de nettoyage des PCB et aux résidus de flux. Certaines applications hautes performances utilisent des encres acryliques durcissables aux UV, qui offrent un durcissement rapide et une résolution de détail pour les PCB à haute densité.

2. Pigments

Les pigments fournissent la couleur, l'opacité et le contraste. Le pigment le plus courant pour la sérigraphie blanche est le dioxyde de titane (TiO₂). Il est hautement opaque et offre une excellente résistance aux UV ; il maintient la luminosité au fil du temps. Pour le noir ou d'autres couleurs, le noir de carbone ou des pigments organiques sont utilisés.

3. Additifs

Pour améliorer les performances, les encres peuvent contenir :

⦁ Agents d'écoulement : Pour empêcher le colmatage et assurer un dépôt lisse.

⦁ Agents thixotropes : Pour contrôler la viscosité afin que l'encre reste là où elle est imprimée.

⦁ Promoteurs d'adhérence : Ils aident l'encre à se lier au masque de soudure durci.

⦁ Stabilisateurs de chaleur : Ils maintiennent l'intégrité de l'impression pendant le soudage.

2. Techniques d'Impression par Sérigraphie

Le terme « sérigraphie » vient de l'impression au pochoir (screen printing). Mais les fabricants de PCB utilisent maintenant plusieurs méthodes pour appliquer la couche de légende. Traditionnellement, l'encre est poussée à travers un pochoir à mailles fines sur la surface du PCB. C'est assez peu coûteux mais limité en résolution (~0,15 mm de largeur de ligne). Plus la largeur de ligne est petite, moins l'impression prendra de place, donc c'est très lent pour les petites caractéristiques.

1) Sérigraphie Liquide Photo-Imageable (LPI) :

In ce procédé, la carte est recouverte d'une encre époxy photosensible. Ensuite, elle est exposée à travers un film et l'excédent est développé. Elle est largement utilisée de nos jours en raison de sa haute précision, mais c'est un processus assez complexe qui nécessite un équipement d'exposition UV.

2) Impression Directe de Légende (DLP) :

Elle utilise l'impression jet d'encre pour déposer directement de l'encre durcissable aux UV sur le PCB. Ainsi, dans cette méthode, il n'y a pas besoin de pochoirs, et elle offre tout de même une très bonne résolution. L'industrie évolue actuellement vers la DLP en raison des coûts de fabrication plus faibles.

3. Durcissement de l'Encre de Sérigraphie

Une fois l'encre de sérigraphie appliquée, elle doit être durcie pour la solidifier et assurer sa durabilité.

1)  Durcissement Thermique :

Dans cette méthode, les cartes sont cuites dans un four à ~150°C pendant 30 à 60 minutes. Habituellement, ce traitement est utilisé pour les encres à base d'époxy. Cette méthode offre une forte résistance chimique et une adhérence stable.

2) Durcissement UV :

Dans cette méthode, la lumière UV intense déclenche la polymérisation de l'encre. Cette méthode est utilisée pour les encres acryliques durcissables aux UV et les méthodes LPI. C'est rapide (~secondes), avec un faible stress thermique sur le PCB, mais nécessite une dose UV précise ; les ombres peuvent empêcher le durcissement à certains endroits.

4. Sérigraphie : Processus Étape par Étape

Voici comment fonctionne généralement l'impression par sérigraphie dans une usine de PCB :

⦁ Préparation de la surface : La surface du masque de soudure du PCB est nettoyée et légèrement abrasée pour améliorer l'adhérence, et si elle contient des impuretés, elles sont éliminées à cette étape.

⦁ Application de l'encre : La méthode choisie (sérigraphie, LPI ou DLP) applique l'encre ; la même méthode détermine les étapes suivantes.

⦁ Durcissement : Cela dépend de l'encre que nous utilisons ; les deux méthodes, thermique ou UV, ont déjà été discutées ci-dessus.

⦁ Inspection : Après tout le processus, les cartes subissent une inspection optique automatisée qui vérifie l'alignement avec la conception réelle.

⦁ Touches finales : Les cartes sont nettoyées de toute particule d'encre errante avant l'emballage.

Conclusion :

La sérigraphie PCB n'est pas seulement une aide visuelle ; c'est un type d'ingénierie d'impression. De nombreux facteurs entrent en jeu, qui rendent la couche de marquage résistante aux produits chimiques et thermiquement robuste. Le choix de l'encre, de la technique d'impression et de la méthode de durcissement influence tous la durabilité. Pour la plupart des cartes modernes, les encres durcissables aux UV avec impression directe de légende offrent une résolution et une vitesse inégalées. La sérigraphie traditionnelle reste utile dans la fabrication à grande échelle et sensible aux coûts. Que vous prototypiez ou produisiez en petites séries, vous pouvez commander des PCB avec une sérigraphie professionnelle directement auprès de JLCPCB. Téléchargez vos fichiers Gerber, choisissez la couleur de votre sérigraphie, et bénéficiez d'une livraison mondiale rapide—ce qui facilite le test et la mise à l'échelle de vos conceptions.