Le marquage laser sur circuits imprimés utilise un laser focalisé pour modifier ou retirer la couche supérieure du vernis épargne, la fine couche colorée recouvrant la carte. Les numéros de série, les codes QR et les codes Data Matrix sont ainsi intégrés de façon permanente à la carte. Sans encre, sans étiquette.
Pour la plupart des cartes électroniques, une machine de marquage laser pour circuits imprimés (PCB) devrait être un marqueur laser UV de 3 à 10 W. Elle marque le vernis épargne proprement sans brûler la carte ni atteindre le cuivre. Le CO2 convient aux marquages de grande taille avec un budget limité. La fibre est adaptée aux pièces métalliques. Les unités UV de bureau sont disponibles à partir d'environ 3 000 $.
Choisissez la machine à partir de trois faits
- Quelle couche marquer : vernis épargne, circuit imprimé nu, cuivre ou blindage métallique
- La taille minimale de la marque doit être : inférieure à 3 mm, de 3 à 5 mm, ou supérieure.
- Combien de cartes par jour : quelques centaines chargées à la main, ou une ligne SMT complète (la ligne automatique qui place les composants sur les cartes) ?
Vous connaissez déjà vos trois réponses ? Envoyez-nous les détails de votre plateau et nous vous trouverons une machine adaptée.
10 mots à connaître en premier
Note concernant les biais : je travaille pour HeatSign. Nous fabriquons des machines de marquage laser UV, fibre et CO2 de bureau et mobiles, et non des cellules SMT intégrées complètes. Les chiffres des autres fabricants proviennent des sources publiques indiquées à la fin.
Que fait concrètement un laser à un circuit imprimé ?
Sur un circuit imprimé, le laser éclaircit la couche de vernis épargne ou la retire pour révéler le circuit imprimé ou le cuivre sous-jacent. L'éclaircissement du vernis est la méthode la plus courante. Les deux méthodes offrent un contraste suffisant pour qu'un scanner puisse lire un code QR ou Data Matrix.
Imaginez le vernis épargne comme de la peinture sur un mur. Un passage léger en modifie la couleur. Un passage plus appuyé l'enlève. Il ne faut jamais toucher le cuivre ni les fines pistes de cuivre situées en dessous.
Un article présenté à la conférence IPC (l'association de l'industrie électronique) confirme cette hypothèse. L'auteur fabrique des machines de marquage pour circuits imprimés. La modification de la surface du masque est la méthode la plus courante, et les deux méthodes permettent d'atteindre un taux de lecture de 100 %. Sur un substrat FR4 nu, sans masque, le laser blanchit la carte jusqu'à laisser une marque presque blanche.
Là où vous marquez | À quoi ressemble la marque | Attention à |
|---|---|---|
Masque de soudure (la plupart des cartes) | Masque plus léger, ou masque retiré | Ne passez pas au cuivre |
Carte FR4 nue | Blanchi, presque blanc | Une chaleur excessive carbonise la planche et produit de la fumée |
cuivre exposé | Cuivre brillant contrastant avec le masque | Le cuivre s'assombrit avec le temps, ce qui diminue le contraste |
Bloc de sérigraphie blanc | tache sombre sur une tache blanche | L'encre doit être uniforme d'une planche à l'autre |
Le marquage laser surpasse également les deux méthodes plus anciennes de marquage sur carte. Les codes QR et Data Matrix imprimés en sérigraphie nécessitent des cellules de 0,25 à 0,3 mm, voire plus, et le masque peut les recouvrir partiellement. Un marqueur « ne résiste pas au nettoyage », comme l'a souligné un ingénieur sur le forum EEVblog.
Quel laser utiliser pour le marquage des circuits imprimés : UV, fibre ou CO2 ?
Utilisez un laser UV (355 nm) pour le vernis épargne, les circuits flexibles (cartes pliables) et les codes QR ou Data Matrix de moins de 5 mm. Privilégiez le laser CO2 lorsque les marquages peuvent être plus grands et que le budget est limité. Réservez les lasers à fibre aux blindages et boîtiers métalliques, car ils endommagent facilement le FR4.
Les lasers UV, CO2 et à fibre optique sont trois types de faisceaux. Le type de faisceau importe plus que sa puissance (en watts). Le faisceau UV est « froid » : il perfore le masque sans beaucoup de chaleur et son faisceau est très fin. Le faisceau CO2 chauffe la surface et produit un faisceau large. Le faisceau à fibre optique est particulièrement efficace sur le métal.
Sur cette couche | marqueur laser UV | marqueur laser CO2 | machine de marquage laser à fibre |
|---|---|---|---|
Masque de soudure vert ou noir | Premier choix : des marques nettes et petites | Convient aux marques plus grandes | Possible à faible puissance, brûle facilement |
FR4 nu | Bon, un peu carbonisé | Bien, plus de chaleur | Charbons et fumées |
circuit flexible (polyimide) | Premier choix, faible dommage dû à la chaleur | Dommages thermiques supplémentaires | Déconseillé |
blindage ou boîtier métallique | Ça fonctionne, plus lentement | Non | Premier choix |
La taille du spot explique la majeure partie du tableau. Le spot correspond à la largeur du faisceau lumineux à l'endroit où il frappe la cible.
Un point d'impact CO2 est environ 10 fois plus large qu'un point d'impact fibre et 30 fois plus large qu'un point d'impact UV. Notre machine de marquage laser UV trace des lignes d'une finesse de 0,01 mm. Un marqueur CO2 pour circuits imprimés classique trace des lignes d'environ 0,1 mm de large.
La fibre optique est le choix que les acheteurs regrettent le plus souvent. Un utilisateur d'EEVblog a testé une fibre pulsée de 50 W sur une carte. Elle a permis d'éliminer le masque à faible puissance, mais au contact du cuivre, le FR4 s'est transformé en un amas carbonisé. Prévoyez un marqueur de fibre pour les blindages, les connecteurs et les boîtiers en aluminium.
La puissance (en watts) a moins d'importance qu'on ne le pense. Un marqueur UV de 3 à 10 W suffit pour la plupart des marquages sur circuits imprimés. Pour une analyse plus détaillée par matériau, consultez notre article « Marquage laser fibre, CO2 et UV par matériau »ou notre guide sur le choix d'un marqueur laser UV.
La couleur du vernis épargne a-t-elle une incidence sur le résultat ?
Oui. Un laser UV ou CO2 laisse une légère marque ; les masques foncés, comme le noir, le bleu et le vert, offrent donc le meilleur contraste. Le masque blanc offre le contraste le plus faible. Testez chaque couleur de masque avant d’acheter une machine.
Couleur du masque | Contraste attendu | Ce qu'il faut faire |
|---|---|---|
Noir, bleu foncé | Haut | Paramètres standard |
Vert (le plus courant) | Bien | Paramètres standard, tester chaque fournisseur |
Rouge, jaune | Moyen | Tester d'abord |
Blanc | Faible | Demandez un échantillon foncé ou un test avant d'acheter |
Ce tableau est indicatif et ne constitue pas un résultat de test. Les marques de masques mélangent leurs pigments différemment. Deux échantillons verts provenant de deux fournisseurs différents peuvent présenter des résultats différents ; il est donc conseillé d’envoyer des échantillons de chaque fournisseur que vous utilisez.
Lorsque la couleur du repère et celle du circuit imprimé sont trop proches, le document IPC propose une solution simple : imprimer un petit bloc blanc uni à l’encre sérigraphique, puis y graver le repère au laser. Votre fournisseur de circuits imprimés peut ensuite intégrer ce bloc au motif sérigraphié. Les circuits imprimés présentés sur la photo utilisent précisément cette technique.
Quelle est la taille minimale minimale d'un code QR ou Data Matrix gravé au laser sur un circuit imprimé ?
Avec un laser UV, un code Data Matrix ou QR peut mesurer 3 mm de côté ou moins, avec des cellules d'environ 0,1 mm. La sérigraphie nécessite des cellules de 0,25 à 0,3 mm. Les traits de CO2 font environ 0,1 mm de large ; prévoyez donc des marquages plus larges pour le CO2.
Déterminez d'abord la taille du code QR ou Data Matrix. Choisissez ensuite le laser. Sur la plupart des cartes, l'espace libre est la limite. Prévoyez également une marge autour du code QR ou Data Matrix, appelée zone de silence. Elle doit représenter environ 10 à 20 % de sa largeur.
Taille du QR / Data Matrix sur le tableau | Laser adapté | Utilisation typique |
|---|---|---|
Carré inférieur à 3 mm | UV seulement | Téléphones, objets connectés, petits modules |
3–5 mm carré | UV ou CO2 avec précaution | La plupart des cartes de contrôle |
Plus de 5 mm carrés | UV ou CO2 | Tableaux de puissance, grands panneaux |
Un code Data Matrix permet de stocker le même numéro de série dans un espace réduit par rapport à un code QR, ce qui explique sa popularité sur les cartes électroniques. Pour une comparaison complète, consultez l'article Data Matrix vs code QR.
La marque sera-t-elle toujours visible au scanner après refusion, nettoyage et application d'un revêtement conforme ?
Un marquage laser sur le vernis épargne résiste à la refusion, à une température maximale d'environ 260 °C, et au nettoyage de la carte. Le vernis de protection représente le véritable risque : il peut obstruer les cellules et réduire le contraste. Il est donc conseillé de marquer avant le vernissage, puis de vérifier la qualité après chaque étape du processus.
Les étiquettes constituent l'alternative habituelle et sont également résistantes. Un test réalisé sur une étiquette en polyimide (une étiquette en plastique résistant à la chaleur) a démontré qu'elle conservait une lisibilité de 100 % après 30 secondes à environ 277 °C (530 °F). Cependant, les étiquettes peuvent se rétracter lorsqu'un technicien répare la carte à l'aide d'un outil à air chaud, et chaque étiquette a un coût. Nous y reviendrons plus loin.
Vérifiez la marque à chaque étape :
- Après correction : évaluez-le avec un vérificateur, pas par téléphone.
- Après le recalcul du flux : évaluer à nouveau.
- Après le nettoyage : vérifiez que le nettoyant (décapant de flux) n'a pas estompé la marque.
- Après application du revêtement : procéder à une nouvelle évaluation. En cas d’échec, effectuer un marquage avant l’application du revêtement ou éviter d’appliquer le revêtement sur la zone marquée.
Quelle règle de notation appliquer ? Commencez par suivre le plan du client. Deux règles sont courantes. Les marques sur le vernis épargne sont généralement notées comme des étiquettes imprimées (ISO/IEC 15415). Certains clients considèrent la carte comme une pièce métallique avec une marque apposée directement dessus et utilisent la norme ISO/IEC 29158. Renseignez-vous sur le fonctionnement des notations par code-barres avant d'approuver un échantillon.
Certains clients du secteur de l'électronique exigent également une traçabilité conforme à la norme IPC-1782. La traçabilité permet de retracer chaque carte jusqu'à ses composants et de consulter les enregistrements de processus. La norme IPC-1782 définit quatre niveaux, du niveau de base au niveau complet. Le niveau choisi est convenu entre vous et votre client.
Vous voulez voir vos propres tableaux marqués ?
Indiquez-nous la couleur du masque, la taille du marquage et le nombre de planches à traiter par jour. Nous vous proposerons une machine et ses réglages, et nous réaliserons des marquages sur des planches d'essai si vous nous les envoyez.
Sur ordinateur, en avion ou en ligne : quelle configuration convient à votre volume sonore ?
Pour les prototypes et les petites séries, un marqueur UV de bureau à chargement manuel suffit. Lorsque les cartes défilent sur un convoyeur, un marqueur UV mobile assure le suivi. Une cellule en ligne complète, avec sa propre caméra, son retourneur de cartes et son interface SMEMA, convient aux lignes CMS à haut volume.
Installation | Comment les tableaux sont marqués | Bon pour | Prix |
|---|---|---|---|
marqueur laser UV de bureau | Un opérateur place chaque tableau ou panneau | Prototypes, petits et moyens lots | $3,000–5,900 |
Marqueur laser UV volant | Marquez les panneaux au fur et à mesure qu'ils passent sur votre convoyeur | Lignes à débit constant | $6,000–9,000 |
Cellule de marquage PCB entièrement intégrée | Convoyeur intégré ; une caméra repère chaque planche et lit chaque marque ; un retourneur de planches peut être ajouté | Lignes CMS à haut volume | 100 000 $ et plus |
Applications de bureau et applications volantes : nos prix au moment de la rédaction. À titre indicatif : le document de l’IPC mentionnait un prix de 110 000 à 150 000 $ pour une cellule entièrement automatisée il y a quelques années. La plupart des fabricants ne communiquent aujourd’hui leurs prix que sur demande.
Quelle est la vitesse de correction ? Selon le même document de l’IPC, le temps de correction est de 0,5 seconde par panneau pour une configuration de 4 panneaux et de 1,5 seconde par panneau pour une configuration de 10 panneaux. Ce temps inclut le temps nécessaire à la caméra pour localiser chaque panneau. Sur un ordinateur de bureau, il faut ajouter le temps de chargement.
Calcul rapide : nombre de tableaux par jour × secondes par tableau ÷ 3 600 = heures de marquage. À raison de 1 000 tableaux et 2 secondes par tableau, cela représente environ 33 minutes par jour. Un marqueur UV de bureau suffit amplement.
Si les panneaux ne cessent jamais de bouger, envisagez des machines de marquage laser volantes plutôt qu'une cellule en ligne.
Quel est le coût du marquage laser par carte de circuit imprimé, et dans quels cas est-il plus avantageux que l'étiquetage ?
Le marquage laser ne coûte quasiment rien par panneau une fois la machine amortie. Une étiquette en polyimide haute température coûte environ 0,08 à 0,09 $ avant le ruban d'impression et la main-d'œuvre. À raison de 500 panneaux par jour, un marqueur UV à 5 000 $ est rentabilisé en 111 jours ouvrables environ, rien que pour les étiquettes.
Voici le calcul, vous pouvez donc utiliser vos propres chiffres. Seul le prix des étiquettes est pris en compte. Le ruban, les imprimantes d'étiquettes et le temps d'application de chaque étiquette représentent des économies supplémentaires.
Planches par jour | Coût journalier d'une étiquette | Jours pour rembourser 5 000 $ |
|---|---|---|
100 | 100 × $0.09 = $9 | Environ 556 |
500 | 500 × $0.09 = $45 | Environ 111 |
1,000 | 1,000 × $0.09 = $90 | Environ 56 |
Le coût d'utilisation du laser est minime. Selon le document IPC, il est inférieur à 0,00035 $ par carte, composants et alimentation compris. Si vous ne marquez que quelques dizaines de cartes par jour, les étiquettes restent souvent la solution la plus économique. Investissez dans le laser si vous marquez un grand nombre de cartes quotidiennement ou si la carte ne dispose pas de suffisamment d'espace pour une étiquette.
Comment attribue-t-on un numéro de série unique à chaque carte ?
Configurez le logiciel de marquage pour qu'il génère chaque numéro de série à partir d'un préfixe, d'un numéro de départ et d'une étape, ou importez la liste depuis un fichier TXT ou Excel. EZCAD, le logiciel intégré à nos machines de marquage, permet les deux options. Les cellules intégrées peuvent également extraire les numéros de votre logiciel MES (logiciel de production).
Ne modifiez pas manuellement le fichier de conception pour chaque carte. Un utilisateur d'EEVblog l'a résumé ainsi : « Gérer les numéros de série individuels était un vrai casse-tête avec notre logiciel de découpe laser. » Un marqueur laser est conçu pour cela.
Méthode | Comment ça marche | Idéal pour |
|---|---|---|
Auto-incrémentation | Préfixe + numéro de départ + étape, par exemple HS2610-0001, -0002 | Courses simples |
Importation de fichiers | Lit la ligne suivante d'une liste TXT ou Excel | Numéros définis par votre ERP (logiciel de gestion) ou par le client |
Lien direct | Récupère le numéro de votre MES pour chaque carte | Lignes de production en ligne avec traçabilité complète |
Un numéro de série répété constitue un défaut de traçabilité. Verrouillez le compteur afin d'éviter toute réinitialisation accidentelle, tenez un registre de chaque numéro marqué et évaluez la première carte de chaque lot. Pour plus d'informations sur les règles de numérotation, consultez la section relative au marquage des numéros de série.
Que devez-vous vérifier avant d'acheter une machine de marquage laser pour circuits imprimés ?
Envoyez des cartes avec chaque couleur de masque utilisée et demandez des échantillons marqués qui passeront par vos processus de refusion, de nettoyage et de revêtement. Exigez une vérification par un expert, pas un scan téléphonique. Assurez-vous que la zone de marquage couvre bien votre panneau et prévoyez les mesures de sécurité relatives aux fumées et au laser.
7 vérifications à effectuer avant de commander :
- Chaque couleur de masque. Envoi de véritables planches par chaque fournisseur.
- Après votre procédé, demandez des échantillons prélevés lors du refusion, du nettoyage et du revêtement.
- Il s'agit d'une note, pas d'un scan. Demandez quelle norme a été utilisée (ISO/IEC 15415 ou 29158).
- Zone de marquage. Notre zone de marquage standard est de 110 × 110 mm. D'autres objectifs offrent des zones de 150 à 300 mm pour les panneaux plus grands.
- Fumées. Le FR4 « brûle et dégage des fumées nocives ». Ajouter un extracteur de fumées laser.
- Sécurité laser. Les marqueurs UV ouverts sont de classe 4, la classe de danger la plus élevée : le faisceau peut endommager les yeux. Pour une utilisation quotidienne, il est recommandé d'ajouter un boîtier ou un interrupteur de porte (verrouillage) pour arrêter le laser.
- Électricité statique. Mettez la table de travail à la terre. Pour les cartes assemblées, respectez les règles de protection contre les dommages causés par l'électricité statique (ESD).
Pour la plupart des magasins d'électronique, l'un de ces trois constitue un bon point de départ :
Prototypes et petites séries : Marqueur laser UV 5 W,unité de bureau refroidie par air. Numéros de série et codes Data Matrix sur vernis épargne. À partir de 3 000 $.Voir le marqueur laser UV → 
Longues productions : Marqueur UV 10 W refroidi par eau. Puissance plus stable sur les longues séries. Jusqu’à 5 900 $.Voir les options UV → 
Cartes sur convoyeur : Marqueur UV mobileHS-UV10. S’adapte à la vitesse de votre convoyeur. 6 000 $ à 9 000 $.Voir les marqueurs mobiles →Vous souhaitez marquer autre chose que des cartes électroniques ? Notre page sur le marquage laser pour l’électronique couvre les puces, les connecteurs, les boîtiers et les câbles.
FAQ sur le marquage laser des circuits imprimés
Un laser à fibre peut-il marquer un circuit imprimé ?
Oui, mais avec précaution. À faible puissance, un laser à fibre peut retirer le vernis épargne. Il chauffe la carte beaucoup plus que les UV et risque donc de carboniser le FR4. Utilisez une machine de marquage laser à fibre pour les blindages et boîtiers métalliques, et les UV pour la carte elle-même.
Le marquage laser peut-il endommager les pistes en cuivre ?
Pas avec les bons réglages. Un laser UV ne modifie que la surface du vernis épargne. Il est donc important de réaliser les marques sur une zone vide ou un plan de masse (une grande surface de cuivre sous le vernis), et non directement sur les pistes de cuivre. Ainsi, une erreur de réglage ne risque pas d'interrompre le circuit.
Faut-il marquer la carte nue ou la carte assemblée (PCBA) ?
Les deux méthodes fonctionnent. Marquer la carte nue avant le refusion permet d'assurer la traçabilité de l'ensemble de la fabrication. Marquer après l'assemblage est également possible, mais les composants hauts peuvent obstruer le faisceau. Il est impératif de toujours marquer avant l'application du vernis de protection.
Est-il possible de fabriquer un circuit imprimé avec une machine de marquage laser ?
Certains amateurs utilisent des graveurs laser pour fabriquer des prototypes de circuits imprimés. C'est un métier différent. Une machine de marquage laser pour circuits imprimés est conçue pour apposer des numéros de série, des codes-barres et du texte sur les circuits imprimés finis, en production.
Quelle puissance laser me faut-il pour le marquage des circuits imprimés ?
Un marqueur laser UV de 3 à 10 W permet de réaliser la plupart des marquages sur circuits imprimés. Une puissance supérieure augmente principalement la vitesse. Pour les longues journées de travail, un modèle de 10 W refroidi par eau offre une puissance de sortie plus stable qu'un petit modèle refroidi par air.
Un scan de téléphone est-il suffisamment performant pour vérifier les codes QR ou Data Matrix sur un circuit imprimé ?
Non. Un téléphone vous indique seulement si la marque est lisible aujourd'hui. Un vérificateur lui attribue une note de A à F, indiquant ainsi si elle restera lisible après refusion, nettoyage et manipulation, et si elle répond aux spécifications de votre client.
Quelles sont les normes applicables au marquage laser des circuits imprimés ?
La norme IPC-1782 définit les niveaux de traçabilité pour les composants électroniques. Les normes ISO/IEC 15415 et ISO/IEC 29158 normalisent les codes-barres, les codes QR et les codes Data Matrix. La norme SMEMA décrit le raccordement des machines en ligne à une ligne CMS. En matière de sécurité laser, une machine fermée est de classe 1 et une machine ouverte, de classe 4.
Quels matériaux un marqueur laser pour circuits imprimés peut-il marquer ?
Un marqueur laser UV permet de traiter le vernis épargne, le FR4 nu, les circuits flexibles (polyimide), les cartes céramiques et les boîtiers en plastique. Les blindages et boîtiers métalliques sont mieux marqués avec une machine de marquage laser à fibre.
L'erreur la plus fréquente consiste à acheter en fonction de la puissance (en watts) et à effectuer des tests sur un seul échantillon propre. Choisissez votre marqueur en fonction du nombre de couches, de la taille et du volume, puis testez-le sur vos propres cartes, avec chaque couleur de masque, après votre propre refusion et votre revêtement. Un marqueur UV à 3 000 $ qui réussit ce test est bien plus efficace qu'une machine plus puissante qui n'a jamais été testée sur vos cartes.
Sources
- Rick Stevenson, Mise en œuvre du marquage laser des cartes de circuits imprimés, communication présentée à la conférence IPC APEX
- IPC, IPC-1782, norme relative à la traçabilité de la fabrication et de la chaîne d'approvisionnement des produits électroniques
- ISO/IEC 15415, qualité d'impression des symboles 2D ; ISO/IEC 29158, lignes directrices relatives à la qualité du marquage direct des pièces
- Fiche technique du matériau d'étiquette en polyimide 7812 de 3M
- Forum EEVblog, « Marquage laser des circuits imprimés – de quoi a-t-on besoin ? »
- Guides de conception pour fabricants de circuits imprimés : taille des codes QR et zone de silence ; listes de prix des distributeurs d’étiquettes. Documentation pour fabricants de marquage laser non disponible.
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Il est bon de savoir que le marquage laser des circuits imprimés est généralement moins cher que l'utilisation de produits chimiques. C'est incroyable tout ce que l'on peut faire avec les lasers industriels ! On peut les utiliser pour la gravure, la découpe, et bien plus encore.