Ma méthode de
soudage des CMS

07/06/202308/06/2023.

Les composants CMS

Qu’est-ce qu’un CMS ?

Les composants pour montage en surface (CMS en français, SMD, surface mounted devices en anglais) ont presque partout remplacé les composants traditionnels, à broches ou fils, dits traversants. Comme les noms l’indiquent, les premiers sont soudés directement à la surface du circuit, les seconds ont leurs broches qui traversent le circuit percé et se soudent sur la face opposée.

Les avantages des CMS sont nombreux : faible encombrement, plus forte densité, moins d’usinage des circuits, légèreté, etc. L’inconvénient principal résulte de la petitesse : ils ne sont pas conçus pour être soudés à la main.

Remarque : le terme de soudage est impropre ici, il faudrait employer celui de brasage. Cependant, je me conformerai à l’usage fortement établi.

Montage industriel des CMS

Le soudage des CMS nécessite une installation de chauffage spécifique, dite de refusion, soit par infrarouges, soit par immersion dans un bain dit à phase vapeur, ce dernier procédé étant le meilleur. Voir un article expliquant assez bien ces méthodes de brasage.

Voir aussi Wikipédia pour de plus amples informations.

Certains fabricants de cartes de circuit imprimés proposent en plus le montage de composants, avec un surcoût, car, outre le prix des composants, il faut aussi fabriquer un écran ou pochoir pour le dépôt de crème à souder sur le circuit. Cela peut être intéressant pour nous amateurs, mais, pour autant que je sache, le fabricant ne monte que des composants qu’il possède en stock. Ce n’est pas gênant pour les composants génériques comme les résistances, les condensateurs ou les diodes. Ça l’est plus pour des LED spéciales.

Ma méthode de soudage à la main

Pour monter les LED d’une réglette, j’en suis réduit à les souder à la main. Je vous propose ici la méthode que j’emploie depuis assez longtemps.

Quel matériel faut-il ?

Il n’y a pas besoin d’un équipement particulier, si ce n’est un fer à souder à panne fine. Je recommande, pour la saisie des CMS, une paire de brucelles amagnétiques. En effet, de nombreux composants incluent des éléments ferreux, et il n’y a rien de plus agaçant que de les voir refuser de rester en place, attirés qu’ils sont par des outils en acier.

Cet outil peut paraître assez cher, mais il est d’excellente qualité. Depuis son achat, je ne peux plus m’en passer, pour des usages très variés en modélisme.

Première étape : préparation des « paillons » de soudure

Le soudage nécessite de tout petits segments d’étain que certains nomment paillons.

Dérouler une dizaine de centimètres d’étain, du plus petit diamètre possible : pour moi, du fil ø 0,6 mm. Aplatir le fil modérément avec un cylindre quelconque. J’utilise pour cela un manche de couteau X-Acto.

Débiter ce fil en tronçons de 1 à 2 mm de long. La précision n’est pas importante : on choisira les morceaux pour s’adapter à la largeur des composants à souder. C’est à cette étape que vous comprenez l’intérêt d’écraser le fil, car sinon, les tronçons se mettraient à rouler un peu partout, et ne tiendraient pas en place.

Cliquez sur la photo pour voir les paillons de plus près.

Les paillons sont stockés dans une petite boîte, à ne pas renverser…

Deuxième étape : préparation des composants

Il suffit pour cela de consulter la liste. Attention : ne les sortir qu’au dernier moment de leur emballage sous forme de bande perforée, sinon, vous comprendrez assez rapidement pourquoi on les appelle parfois des puces !

Assortiment, de g. à d. et de h. en b. : diodes, redresseurs, résistances, LED et un condensateur filaire.

Concernant les diodes et les LED, leur sens de montage n’est pas toujours très clair.

Sur cette photo, le sens de la diode (en bas) est donné par la barre blanche qui repère la cathode (le −). Celui de la LED est repéré par un coin coupé de la zone jaune, visible ici grâce au grandissement, mais difficile à discerner à l’œil nu. On aura intérêt dans ce cas à utiliser un testeur de diode, la plupart du temps inclus dans les multimètres numériques. À droite, une résistance dont on voit clairement le marquage : ici, la valeur est 100 Ω ; 101 signifie 10 suivi de 1 zéro. Pour plus de précisions, voir cette page sur le marquage des résistances.

Troisième étape : soudage des LED

Dans la plupart de mes circuits, les LED sont d’un côté, les autres composants de l’autre. Je commence donc par les LED. Pour chacune :

• je la saisis avec mes brucelles, je la dépose à son emplacement, je la maintiens avec une petite lame de bois. L’idéal est d’avoir fraisé une encoche dans cette lame, ce qui permet de tenir plus efficacement le composant.

Dans cette photo, on peut voir trois encoches de largeur différente. La centrale est pour les LED, les autres pour des boîtiers 1206 (résistances, diodes, etc.).

• Avec les mêmes brucelles, je saisis un paillon d’étain que je dépose contre le composant.
• Il ne reste plus qu’à approcher le fer à souder, dans l’angle entre la pastille et le composant. Combien de temps faut-il laisser le fer ? Cela dépend bien sûr de la température, mais au moins deux secondes, pour que l’étain s’écoule bien par capillarité sous le composant.

Cliquez sur la photo pour une vue rapprochée.

• Je recommence pour la LED suivante. Mais, me ferez-vous remarquer, tu as oublié l’autre extrémité de la LED ? Eh non, c’est voulu : je soude d’abord une seule extrémité de chaque LED.

Deux avantages : d’abord, je ne suis pas obligé de retourner incessamment la réglette. Ensuite et surtout, cela me permet de vérifier que je n’ai pas fait d’erreur de sens : il est très facile de dessouder le composant s’il n’a qu’une seule extrémité soudée. Beaucoup moins si les deux le sont !

Quatrième étape : soudage des composants de l’autre face

Pour l’autre face du circuit, il y a une petite difficulté : les LED du dessous empêchent le circuit de tenir à plat. J’ai donc collé sur un support quelconque (un circuit époxy raté est idéal), deux petites bandes de la même matière, en ménageant entre les deux un espace où se logent les LED. Je maintiens la réglette avec des pinces dites « à cheveux ».

Détail — c’est très artisanal !

Pour la suite, cela se passe exactement comme précédemment.

Différents aspects d’une soudure

Sans vouloir atteindre à la perfection du soudage industriel, voyons l’aspect que l’on peut obtenir d’une soudure faite à la main.

À droite, la soudure est pratiquement l’idéal de ce que l’on peut espérer. À gauche, la qualité est médiocre : l’étain forme des petites billes. La cause en est probablement l’insuffisance du chauffage. Contrairement à ce qu’on pourrait craindre, les CMS sont assez robustes et supportent des surchauffes relativement importantes.

Petit exercice en passant : quelle est la valeur de la résistance R12 ?
Réponse.

Cinquième étape (facultative) : nettoyage du circuit

Le plus efficace est d’utiliser de l’acétone, mais vos poumons ne vous diront pas merci… En fait, vu la très faible quantité d’étain utilisée, il y a peu de flux restant sur la carte. Mais, si on est maniaque, pourquoi pas…

Sixième étape : vérification et test du circuit

Faire d’abord une inspection visuelle.

Pour l’essai, je soude deux fils sur les pastilles à connecter aux rails, et j’alimente la réglette avec une alimentation de laboratoire, en réglant le courant le plus faible possible (mes réglettes fonctionnent avec des courants de moins de 5 mA en général), et en augmentant progressivement la tension à partir de 5 V, jusqu’à la valeur nominale de 15 V. S’il y a un problème, on le verra avant de risquer un claquage de composant.

Si vous n’avez pas d’alimentation de labo, vous pouvez utiliser un vieux transformateur de train, en mettant en série une résistance de quelques centaines d’ohms pour éviter les mauvaises surprises.

Attention : mes circuits récents à base de doubleur ou de quadrupleur de tension nécessitent pour fonctionner une alimentation DCC. Vous ne pourrez pas les tester avec du courant continu. Il faudra donc les brancher sur une source DCC, en interposant ici aussi une résistance de protection.

Causes possibles de dysfonctionnement

1. Inversion. Responsables possibles : Les LED ? Peu probable, car on les a testées auparavant, n’est-ce pas ? Cela peut venir des autres diodes ou des ponts redresseurs.
2. Soudure « sèche », qui paraît correcte, mais dont l’étain n’a pas réuni le composant et la pastille. Elle affecte souvent la forme d’une boule. Personnel­lement, je les localise assez facilement en tortillant (gentiment !) la réglette en commençant par une extrémité. Ainsi, on peut voir si le fonctionnement apparaît de façon aléatoire.
3. Au contraire, un excédent de soudure qui fait court-circuit sous un composant ou entre deux pistes. Avec les circuits de qualité professionnelle, dotés d’un vernis épargne, cet incident est très rare : essayez donc de ponter deux pastilles avec de l’étain !
4. Confusion de composants, généralement des résistances : si vous permutez une forte valeur et une faible, ça marchera beaucoup moins bien !
5. Piste coupée : extrêmement rare. Normalement, le fabricant fait un test de continuité de tous les circuits, c’est inclus dans le processus de fabrication.

En conclusion

Voilà, j’espère que l’apparente complexité de cette méthode ne vous aura pas rebuté. Avec un peu de pratique, cela va assez vite et les réglettes fonctionnent presque toujours du premier coup.