Soudure de CMS
From Eric
Allez tout d'abord jeter un coup d’oeil sur Youtube.
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La soudure manuelle
Soudure "broche à broche"
Certains CMS peu denses (type SOP28) peuvent facilement être soudés manuellement pour peu que l'on dispose de quatre choses :
- un bon fer à souder avec une petite panne (j'utilise pour ma part un Antex de 15W),
- de la soudure fine (5/10),
- de la graisse à souder (le "flux"),
- de la patience.
Voici, par exemple, deux composants SOP28 soudés manuellement :
- un contrôleur Ethernet de chez Microchip (le EN28J60)
- une mémoire double port pour caméra vidéo d'Averlogic (AL422B)
Le premier circuit CMS est parfaitement soudé car j'ai pris soin d'enduire les pistes et les broches de graisse à souder. C'est indispensable pour une bonne réussite de l'opération.
En outre, je recommande de placer la soudure toujours à l'opposé de la dernière broche soudée pour éviter les pontages intempestifs.
Soudure "par élimination"
Il s'agit simplement de souder l'ensemble des pattes sans se préoccuper des ponts puis d'éliminer la soudure en trop à l'aide de tresse à dessouder.
Il s'agit probablement de la technique la plus simple pour souder un composant pas trop dense.
C'est un peu rude, mais ça marche parfaitement, y compris (parait-il...) pour des circuits au pas de 0.5 voire 0.4mm. Youtube est plein de vidéos qui montrent que cela est possible, à condition de disposer d'une panne à souder en "cuillère" et d'un certain savoir-faire. Voir par exemple celle-ci (mais le circuit n'est pas très dense).
Quelques règles :
- Comme d'habitude : utiliser du flux
- Penser à étamer les pistes du circuit imprimé avant de souder le composant
- Utiliser le soudure la plus fine possible (soudure pour CMS). Dans le meilleur des cas, il n'y a pas de pont de soudure à éliminer.
- S'assurer de la planéité des broches du composant.
- Ne pas utiliser de la tresse trop fine : ça ne fonctionne pas car le transfert de chaleur est trop faible.
La soudure par refusion
Le principe
La soudure par refusion consiste à mettre de la brasure en pâte (mélange de brasure et de flux) sur les broches puis à placer circuit imprimé et composants dans un four pour réaliser la soudure. La pâte à braser est vendue en seringue ; c'est assez onéreux et ça ne se conserve pas indéfiniment du fait de l'action du flux. Afin d'éviter le problème de péremption, on peut utiliser de la pâte dont les deux composants ne sont mélangés qu'au dernier moment (voir chez Chipquik) ou conserver la pâte au réfrigérateur.
La méthode de soudure "industrielle" (c'est-à-dire celle qui permet de ne pas détruire un composant sur 3 ou 4...) recommande d'appliquer un profil de température particulier afin que (i) les gaz puissent tout d'abord s'extraire du composant (lentement, de préférence), (ii) que le flux fasse son effet, (iii) que la brasure fonde, (iv) que le composant ne refroidisse pas trop brutalement.
Le dépôt de la pâte à braser
L'objectif est de parvenir à ne déposer sur le circuit que le strict minimum de pâte sinon gare aux ponts de soudure.
A la main
Pour un circuit au pas de 0.8mm, je suis parvenu à limiter les ponts en plaçant d'abord le circuit CMS puis en déposant la pâte sur les broches à l'aide de la seringue (en faisant un "fil" de pâte continu et fin). Cette technique ne fonctionne que pour des circuits dont les broches sont suffisamment espacées. Sur du 0.5mm, inutile d'espérer... Il faut utiliser un pochoir.
Au pochoir
Le pochoir peut être fabriqué à partir du logiciel de conception de circuit imprimé. Il est alors possible de le faire réaliser (voir ici, par exemple). Les pochoirs les moins couteux sont en matière plastique.
Une autre solution consiste à acheter le pochoir correspondant au circuit CMS à souder. La société Proto-Advantage en propose une très large gamme ; ils sont fabriqués (apparemment) en acier inoxydable et devraient durer éternellement. Voici par exemple celui j'utilise pour souder un ADAU1701 (un LQFP48 au pas de 0.5mm) :
Utilisation d'un poste à souder à air chaud
La mise en oeuvre
Pour ma part, j'ai acheté le modèle AOYUE Int 852 :
Après quelques expériences fâcheuses, je suis parvenu aux constats suivants :
- Il ne faut pas utiliser la buse la plus petite. Celle de 5mm de diamètre fonctionne plutôt bien.
- Il faut régler l'appareil sur une température suffisante, bien plus élevée que la température de fonte de la pâte (160°C dans mon cas) : j'ai réglé le poste à 310°! Dans le cas où la température est trop faible, la soudure ne parvient pas à fondre quelle que soit la durée de chauffe.
Le résultat
Voici un Atmega 128 (pas de 0.8mm) soudé à l'air chaud avec la pâte appliquée à la main :
Pas trop mal. Je n'ai eu qu'un ou deux petits ponts à éliminer.
Voici un ADAU1701 (pas de 0.5mm) soudé à l'air chaud avec la pâte appliquée au pochoir :
Là, j'ai eu beaucoup de ponts à éliminer. Il est assez difficile d'aligner le pochoir sur les pistes (enfin, j'ai eu personnellement du mal). Si le dépôt n'est pas parfait, il vaut mieux nettoyer la plaque et recommencer.
Utilisation d'un four (à toasts)
A nouveau, allez voir sur Internet (bon, il est vrai que vous y êtes déjà...) car bien des bricoleurs se sont lancés dans cette opération. Voir par exemple ici.
La mise en oeuvre
J'ai équipé mon four à refusion / à toaster d'une sonde PT100, mais je n'ai pas encore réalisé l'électronique de mesure et de commande. Aussi, mon premier essai a été réalisé (i) en préchauffant le four quelques minutes, (ii) en plaçant le composant tout de go dans le four, (iii) en observant la refusion, (iv) en extrayant le composant une fois la brasure fondue.
Le résultat n'est pas trop mal, mais le préchauffage du four est important. En effet, le four n'étant ni assez puissant ni suffisamment isolé, la température monte lentement, ce qui signifie que le composant va rester longtemps dans le four, ce qui n'est jamais très bon...
En résumé, mes recommandations :
- Préchauffer le four
- Appliquer de la graisse à souder sur toutes les broches
- Mettre aussi peu de brasure que possible,en fine couche uniforme
- Lors du soudage de la plaquette CMS => DIL, ne pas oublier de mettre de la graisse à souder car la "cuisson" de la plaquette entraîne l'oxydation du cuivre. Cette oxydation rend la soudure très délicate ; ce qui se traduit par un CMS d'écartement 0.8mm parfaitement bien soudé, et des broches en 2.54 hideuses.
Le résultat
Mon premier(*) CMS soudé au four : le FT232RL de FTDI.
(*) En vérité, il s'agit du troisième essai, les deux premiers ayant été réalisés avec un NE555 dont le format, même en CMS, permet sans doute le soudage au fer, ce qui n'est pas le cas du FTDI.)
Le résultat est, ma foi, assez satisfaisant, mais le circuit est resté un temps non négligeable dans le four (qu'il faut absolument faire préchauffer!). Miracle, il fonctionne encore ; le voici sur la plaquette d'expérimentation.
Le matériel nécessaire
Mon "four à refusion" (;-)) :
Il s'agit d'un banal four à toast de bas de gamme, acheté 10€ chez Electronic Diffusion. J'ai dans l'idée de réaliser un contrôle électronique du profil de température.
Les quelques produits que j'utilise actuellement :
- la brasure (en recevant le pot, je fus déçu par la faible quantité de produit... mais vu ce que j'utilise à chaque fois, je devrais en avoir suffisamment pour les dix années à venir...)
- le flux, c'est-à-dire le liquide désoxydant (on notera qu'il s'agit ici d'une copie "pirate" d'une marque américaine bien connue...).
