Le brasage CMS (composants montés en surface) consiste à souder des composants électroniques à montage en surface sur des circuits imprimés. Avec la miniaturisation croissante des appareils électroniques et des circuits imprimés, l'utilisation des composants CMS a explosé dans la conception des circuits. Leur taille réduite permet une densité de composants bien plus élevée sur les circuits imprimés et favorise la miniaturisation de l'électronique moderne. Cependant, leur faible encombrement engendre également des défis spécifiques pour l'assemblage et le brasage. Ce guide présente les outils et matériaux essentiels, la procédure étape par étape pour un brasage CMS réussi et les techniques de retouche après brasage.
Les Essentiels Outils de soudage CMS & Matériaux
La soudure de composants montés en surface nécessite des outils spécialisés pour manipuler de minuscules composants et réaliser des soudures de précision. Voici quelques éléments essentiels :
Fer à souder – Un fer à souder à pointe fine d'une puissance de 15 à 30 W est idéal pour les travaux CMS. Des pointes de 0.5 mm seulement peuvent être utilisées. Le contrôle de la température permet d'éviter la surchauffe.
Pistolet à souder à air chaud – Utilisez de l’air chaud pour faire fondre la soudure ou la pâte à souder, équipé de différentes pointes de pistolet.
Flux – Généralement une solution de colophane ou une pâte de flux. Les applicateurs de type stylo ou aiguille permettent un meilleur contrôle de la quantité utilisée.
Agent de nettoyage – Un nettoyant pour PCB ou de l’alcool isopropylique, généralement associé à une brosse ou à des cotons-tiges, est utilisé pour éliminer le flux résiduel.
Pâte à braser – La pâte à braser est composée d'un mélange d'alliage de soudure en poudre et de crème de flux. Elle permet une application précise de la soudure sur les pastilles CMS avant la mise en place des composants.
Microscope – Un microscope stéréoscopique ou une loupe sont indispensables pour inspecter les petites soudures et le positionnement des composants. Un microscope avec un grossissement de 20x à 40x est généralement utilisé.
Brucelles – Les brucelles à pointe fine permettent une manipulation et un placement précis des composants CMS de taille 0201 ou 01005 (0.25 mm x 0.125 mm). Il est préférable d'utiliser des brucelles antistatiques.
Outils de soudage mains libres – Les outils mains libres avec lentilles grossissantes permettent de positionner les circuits imprimés en mains libres sous un microscope pendant le soudage.
Pochoir – Les pochoirs pour circuits imprimés sont de fines feuilles de métal découpées au laser, présentant un motif d'ouvertures correspondant à l'emplacement des pastilles de soudure du circuit imprimé. Pour appliquer la pâte à braser, le pochoir est aligné sur le circuit imprimé et la pâte est déposée par sérigraphie sur les pastilles à travers les ouvertures du pochoir. L'utilisation d'un pochoir permet une application précise et efficace de la pâte à braser avant le placement des composants CMS.
Gabarits – Les gabarits aident à positionner les cartes à un angle qui améliore la visibilité et l’accès aux joints de soudure sous les composants pendant la soudure manuelle.
Outils d’aspiration de soudure/de dessoudage – Des outils d’aspiration spécialisés sont utilisés pour retirer ou retravailler les joints de soudure et dessouder les composants pour les travaux de réparation.
Mèche à dessouder (tresse à dessouder) – Un fil de cuivre tressé, additionné de flux, utilisé pour enlever la soudure indésirable.
Choix des outils de soudage CMS : un tableau de décision rapide
Avant de commencer le soudage CMS, il est préférable de savoir quel outil convient le mieux au type de composant que vous allez utiliser. Cela garantit un processus sans accroc. Vous trouverez ci-dessous un tableau de recommandations simple et rapide :
| Type de composant | Outil recommandé | Pourquoi | Difficulté |
| Composants de puce | Fer à souder | Coussinets exposés et facilement accessibles | Très facile |
| SOIC | Fer à souder | Contact facile avec les sondes à ailettes grâce à leur pointe en fer | Facile |
| QFP | fer à souder ou pistolet à air chaud | Lignes de guidage à pas fin | Moyenne |
| QFN | Pistolet à air chaud (de préférence) | Les coussinets se trouvent sous l'emballage | Dur |
| BGA | Pistolet à air chaud (obligatoire) | Joints de soudure totalement invisibles | Très dur |
Comment souder des CMS : un guide professionnel étape par étape
Préparez le circuit imprimé en le nettoyant soigneusement pour éliminer les éventuels débris et oxydations. Vous pouvez ensuite commencer la soudure CMS avec un fer à souder ou un pistolet à air chaud.
Soudure CMS avec fer à souderExemple QFP14×14-G80
Étape 1 : Préparation et placement des composants
- Appliquez une petite quantité de soudure sur la pastille de référence du circuit imprimé.
- Positionnez le connecteur QFP14×14-G80 sur les pastilles. Un coin sera ancré à la pastille pré-étamée.
- Alignez soigneusement les broches du QFP avec les pastilles sur le circuit imprimé.
- Touchez brièvement la pastille pré-étamée et la broche correspondante avec le fer à souder pour fixer la puce en place.
Conseils : La puce est maintenant fixée. Son orientation peut encore être légèrement ajustée (±2°) si nécessaire.
Étape 2 : Fixer les fils du coin opposé
- Soudez les fils en diagonale opposée au coin initial, fixant ainsi la position de la puce sur le circuit imprimé.
Conseils : Inspectez visuellement tous les fils et les pastilles. S’ils ne sont pas correctement alignés, un ajustement et une nouvelle soudure sont nécessaires.
Étape 3 : Soudure d’assemblage
- Appliquez de la soudure sur une face de la puce.
- Laisser fondre le liquide et enrober tous les fils de ce côté.
Conseils : À ce stade, les câbles sont probablement trop courts l’un par rapport à l’autre. L’étape suivante permettra de corriger ce problème.
Étape 4 : Élimination de la soudure en excès
- Inclinez légèrement le circuit imprimé. Utilisez le fer à souder pour chauffer la soudure sur les broches du côté courant.
- Étalez la soudure dans le sens des fils. Cela permettra d'éliminer l'excédent de soudure et d'obtenir des espaces réguliers entre les fils.
- Utilisez la tresse à dessouder pour enlever toute trace de soudure restante entre les derniers fils.
Conseils : L’excédent de soudure se détachera naturellement des pastilles sous l’effet de la gravité. Si nécessaire, appliquez une petite quantité de flux de colophane sur les conducteurs pour faciliter la fusion de la soudure. Cela facilitera également le retrait de la soudure. Ne laissez pas le fer à souder en contact trop longtemps.
Étape 5 : Répéter l’opération pour tous les côtés
- Répétez ce processus pour chaque face de la puce.
- Une fois tous les côtés soudés, vérifiez chaque fil pour vous assurer que la soudure est correcte.
Soudure CMS au Populaire Air Svieillir Gun
Étape 1 : Inspection avant soudure
Vérifiez que les plots de soudure du circuit imprimé sont bien en place. Si la quantité de soudure est insuffisante, appliquez-en une petite quantité sur les plots à l'aide d'un fer à souder. S'il n'y a pas de plot de soudure, appliquez de la pâte à souder sur les plots à l'aide du pochoir.
Étape 2 : Application du flux
Appliquez du flux sur les broches des composants et sur les tampons pour améliorer le mouillage adéquat pendant le processus de refusion.
Étape 3 : Placement des composants
Utilisez une pince pour positionner précisément le composant CMS sur les pastilles du circuit imprimé. Assurez-vous que les broches sont bien alignées avec les pastilles.
Étape 4 : Préchauffage
Avant de souder, utilisez un pistolet à air chaud pour préchauffer doucement la zone autour du composant. Cela évite les chocs thermiques et assure une chauffe uniforme.
Étape 5 : Processus de soudage par refusion
Appliquez de l'air chaud uniformément sur le composant jusqu'à ce que la soudure fonde et refusionne. Pour les petits composants CMS, la tension superficielle favorise l'auto-alignement du composant. Lors de la manipulation de composants QFP, veillez à l'alignement des broches pendant la chauffe. Il est recommandé de souder d'abord une rangée de broches, de vérifier l'alignement, puis de souder les autres rangées.
Étape 6 : Inspection finale et nettoyage
Une fois la soudure terminée, vérifiez l'absence de défauts potentiels. Nettoyez le circuit imprimé avec de l'alcool isopropylique et une brosse ou des cotons-tiges pour éliminer tout résidu de flux.
Conseils à suivre pendant le processus de soudure
- Utilisez la température de fer à souder efficace la plus basse pour éviter d'endommager les composants sensibles.
- Gardez la pointe de soudure propre entre les joints pour assurer un transfert de chaleur optimal vers le joint.
- Appliquez juste assez de soudure pour former un cordon correct sur chaque joint. Une soudure insuffisante ou excessive peut entraîner des connexions peu fiables.
- Surveillez le flux de soudure et le mouillage et réappliquez du flux ou des tampons pré-étamés si nécessaire.
- Évitez de toucher ou de cogner le PCB jusqu'à ce que tous les joints de soudure aient refroidi et durci.
- Inspectez visuellement les composants situés sous les composants tels que les BGA et les QFN si possible.
- Prenez ESD mesures de prévention comme les bracelets et les tapis de mise à la terre.
- Travaillez systématiquement du centre vers l'extérieur ou des petits composants vers les plus grands.
- Gardez les pads au frais en évitant de les chauffer de manière prolongée au même endroit pour éviter de les soulever ou d'endommager le PCB.
Défauts de soudure courants : causes et prévention
Malgré l'utilisation de procédés appropriés, des défauts de soudure CMS peuvent survenir. Il est important d'en comprendre les causes et de savoir comment les prévenir efficacement.
| Défaut | Causes | Prévention |
| Joint de soudure à froid | – Température du fer trop basse ou temps de soudure insuffisant – Soudure retirée avant d'être complètement fondue | – Assurez-vous d'une température de fer adéquate (plus élevée pour la soudure sans plomb) – Faire fondre complètement la soudure pour bien mouiller les fils et les pastilles avant de retirer le fer à souder. |
| Pont de soudure | – Trop de soudure – Pointe en fer de grande taille ou fonctionnement instable | – Utilisez une tresse à dessouder ou une pompe à dessouder pour retirer l'excédent de soudure. – Utilisez une pointe plus fine et contrôlez la quantité de soudure. |
| Désalignement des composants | – Composant non fixé lors de la soudure – Le mouvement du fer a provoqué un déplacement | – Utilisez une pince à épiler pour maintenir le composant lors de la soudure. |
| Coussin de levage | – Température du fer excessive ou chauffage prolongé – Trop de pression | – Contrôler la température du fer – Appliquez une pression minimale lors de la soudure |
| Dégâts ESD | – Aucune précaution contre les décharges électrostatiques | – Utilisez un bracelet antistatique et un tapis antistatique, ainsi qu'une pince antistatique pour les appareils sensibles. |
Comment effectuer une retouche de soudure CMS ?
La reprise des soudures de composants CMS est une opération délicate, mais une compétence essentielle pour la réparation et la modification des circuits imprimés. Bien qu'une grande prudence soit de mise, il est possible de dessouder et de remplacer des composants CMS sans endommager la carte. Nous allons ensuite vous montrer comment effectuer cette reprise de soudure à l'aide d'un pistolet à air chaud et d'un fer à souder.
Dessouder avec un svieillir Iron
Appliquez le flux sur les broches des composants et sélectionnez une panne de fer à souder adaptée à une température de 200 à 400 °C. Chauffez les broches pour faire fondre la soudure et retirez les composants à l'aide d'une pince. L'opération varie légèrement selon le type de composant. Voici les détails.
Composants CMS à deux bornes : commencez par appliquer de la soudure sur une extrémité et chauffez-la avec le fer à souder. Pendant que la soudure fond, chauffez rapidement l’autre extrémité. Une fois les deux extrémités fondues, retirez le composant à l’aide d’une pince à épiler. Vous pouvez utiliser deux fers à souder pour chauffer les deux extrémités simultanément.
Circuits intégrés DIP (Dual In-line Package) : Appliquez du flux sur les broches, puis déposez de la soudure sur une rangée. Passez le fer à souder le long de cette rangée pour faire fondre la soudure. Insérez une pince à épiler entre le circuit intégré et les pastilles du côté fondu et soulevez délicatement pour séparer les broches. Retirez l’excédent de soudure à l’aide d’un fer à souder ou d’une tresse à dessouder. Répétez l’opération de l’autre côté pour retirer complètement le composant.
Circuits intégrés QFP (Quad Flat Package) : Appliquez du flux sur les broches et la tresse à dessouder. Placez la tresse à dessouder sur la rangée de broches et chauffez-la avec un fer à souder. Insérez une fine cale en acier non mouillable entre les broches et les pastilles pour les soulever. Répétez l’opération sur tous les côtés jusqu’à ce que la puce soit détachée.
Dessouder avec a Hot Air Gun
Composants de puces – Commencez par appliquer du flux sur les pastilles de soudure du composant. Positionnez le pistolet à air chaud à environ 0.5 cm du composant. Déplacez-le d'avant en arrière pour chauffer uniformément le composant, tout en vérifiant que la soudure a fondu. Une fois la soudure fondue, utilisez une pince à épiler pour soulever rapidement le composant verticalement.
Composants CI – Commencez par appliquer du ruban adhésif haute température autour du composant CI à retirer afin d'éviter que le pistolet à air chaud n'endommage les composants adjacents. Le positionnement du pistolet à air chaud est sensiblement le même que pour le retrait de composants CMS. Une fois les soudures fondues, utilisez un stylo à dessouder sous vide pour soulever le composant verticalement.
Réflexions finales
Souder des CMS peut sembler intimidant au début, car il faut travailler avec des composants et des joints extrêmement petits. Mais avec un peu de pratique, les bons outils et une technique rigoureuse, vous pouvez souder avec succès des composants de presque toutes tailles. Avec des composants montés en surface de plus en plus petits et des cartes de plus en plus denses, l'apprentissage de la soudure CMS devient indispensable pour tout débutant en PCB et tout amateur d'électronique.
FAQ
- Qu'est-ce que le SMD en soudure ?
Il s'agit de l'abréviation de Surface Mount Device (SMD), qui désigne un composant monté en surface, placé sur de minuscules pastilles et soudé sur celles-ci.
- SMD vs. SMT: Quelle est la différence ?
Un composant CMS (composant monté en surface) est conçu pour être monté directement sur la surface d'un circuit imprimé. La technologie CMS (composant monté en surface) désigne le procédé d'assemblage de ces composants sur le circuit imprimé.
En bref:
SMD = les composants
SMT = le procédé utilisé pour leur assemblage
- La soudure CMS est-elle difficile ?
La plupart des composants CMS sont relativement faciles à souder. Cependant, l'accès aux broches de certains composants est difficile. Il est donc préférable d'utiliser un pistolet à air chaud ou une station de soudage à air chaud pour souder les composants CMS.
- Ai-je besoin de flux pour le soudage CMS ?
Oui, c'est toujours indispensable. Le flux joue un rôle important dans le brasage CMS. Il permet d'éliminer l'oxydation des pastilles et des broches des composants et améliore le mouillage de la soudure.
