Apprendre à souder sur de bonnes bases

Review et partage :

Introduction Prérequis Objectif

Description

Le bricolage ou plus globalement ce qu’on appelle le DIY (Do It Yourself) est clairement une tendance qui ne date pas d’hier mais aujourd’hui, avec la démocratisation des différents composants électroniques, nos compétences sont parfois mises à rude épreuve quand il s’agit de faire appel à nos talents de soudeur.

Aux travers de ce petit guide, nous allons vous expliquer tout ce qu’il y a à savoir pour mener à bien vos projets électroniques ainsi que le matériel dont vous aurez besoin pour travailler en toute sécurité.

Nous finirons par illustrer le tout aux travers d’un petit projet consistant à assembler une led, un interrupteur et une source d’alimentation.

Happy Making!!!

Prérequis

LEXIQUE

Afin de vous aider tout au long de ce guide, voici un petit lexique reprenant les termes en anglais ainsi que les acronymes:

PCB: Printed Circuit Board

SMD: Surface-Mounted Device

CMS: composant Monté en Surface (idem que le SMD mais en français)

PAD: pastille présente sur le PCB ou une perma-board

PIN: patte d’un composant traversant ou monté en surface

bread-board ou proto-board: platine d’expérimentation sans soudure

perma-board: platine d’expérimentation avec soudure

Objectifs

Découvrez aux travers de ce guide les fondamentaux de la soudure pour mener à bien vos projets en électronique.

Le matériel

FER À SOUDER

Le fer à souder est un élément chauffant permettant d’atteindre des températures allant jusqu’à 450°C. On peut le trouver sous différentes formes :

  • Pistolet : ancien modèle surtout utilisé pour les grosses soudures du type câble.
  • Fer à souder seul : ne permet pas de régler la température de chauffe.
  • Fer à souder avec station de réglage : permet un réglage précis de la température, la meilleure solution à avoir sur son bureau !

La température sera définie par le type de soudure à effectuer et surtout par le type de composants à souder. Comme vous l’aurez deviné, la température de votre fer à souder est un paramètre important dont il faut tenir compte. Nous privilégions donc l’utilisation de fer à souder avec station de réglage mais si vous ne voulez pas investir dans ce genre de matériel et qu’au final vous n’en n’avez besoin que très ponctuellement, un fer à souder seul sera amplement suffisant.

ETAIN

Les deux types d’étain les plus utilisés sont l’étain sans plomb et l’étain avec plomb. Depuis le 1er Juillet 2006, la directive Européenne ROHS a proscrit l’utilisation du plomb dans l’alliage pour des raisons évidente de sécurité. Assurez-vous donc de bien acheter de l’étain sans plomb qui fonctionne tout aussi bien que celui avec.  Pour l’histoire, sachez que le plomb permettait de réduire la température de fusion et qu’il a été remplacé par de l’alliage composé d’étain, d’argent et de cuivre. La température de fusion est donc plus élevée mais sans risque pour votre santé.

LES SUPPORTS

Le circuit imprimé (PCB pour Printed Circuit Board) est la base de toute carte électronique. Il permet de faire un lien électrique et mécanique entre tous les composants.

On peut alors souder les composants à montage en surface (CMS ou SMD pour Surface-Mounted Device) grâce aux pastilles (PAD en anglais) représentant l’emplacement exact de chacune des pattes (PIN en anglais) d’un composant  mais aussi des composants traversant grâce aux trous métallisés (voir chapitre: « Les différents composants à souder« ).

On observe également en blanc des contours et des écritures que l’on appelle sérigraphie. Elle permet d’identifier les composants ainsi que leurs emplacements (par exemple C1 correspond à un condensateur et R1 à une résistance). On y retrouve également par exemple le nom de la compagnie ou le numéro de révision et de série du circuit imprimé.

Il peut commencer à partir d’une couche, c’est-à-dire une surface où le cuivre est présent jusqu’à par exemple 20 couches ! (on aura donc une couche au dessus, une couche en dessous et 18 couches à l’intérieur séparées par un élément isolant, un peu comme un sandwich).

La création d’un circuit imprimé nécessite certaines connaissances dans le domaine de l’électronique, des logiciels gratuits comme Fritzing permettent cependant de créer facilement son circuit imprimé .

La bread-board est un élément indispensable lors de la création d’un projet. Grâce à elle vous pourrez tester votre premier montage sans avoir à souder les éléments entre eux et donc pouvoir changer quand vous voulez.

Elle fonctionne de la manière suivante:

– les lignes A, B, C, D et E sont connectées entre elle par rapport aux colonnes chiffrées, c’est à dire que les trous A1, B1, C1, D1 et E1 sont connectés entre eux.

– il y a une ligne complète pour l’alimentation « + » et une pour l’alimentation « – » de chaque côté de la bread-board.

En tant que Maker, vous serez plus souvent amené à utiliser une perma-board: la version définitive d’un montage électronique contrairement à la bread-board qui est temporaire.

Elle peut être simplement composée uniquement de trous métallisés, ou également de pistes de cuivre permettant le lien électrique.

Elle est surtout destinée aux composants traversants mais vous pouvez également trouver des circuits imprimés d’adaptation afin de passer d’un composant CMS, à un composant traversant.

Celle présente sur la photo permet de reproduire à l’identique le montage effectuer sur une bread-board car le positionnement des trous et la numérotation est pareil.

De plus sur la deuxième photo vous pouvez observer des pistes de cuivres qui relient en lignes les alimentations + et -, et en colonnes les autres pastilles, il vous suffira donc d’effectuer une incision afin de séparer électriquement les trous d’une même colonne.

LES OUTILS POUR DESSOUDER

La tresse à déssouder est une tresse de cuivre permettant d’aspirer l’étain lorsque celui-ci est dans son état liquide afin de le retirer rapidement et proprement (par exemple sur une PAD, une pastille de cuivre se trouvant sur PCB ou un trou traversant). L’idée est donc d’appliquer l’extrémité de la tresse sur la soudure, de poser votre fer à souder sur la tresse pour liquéfier et emprisonner l’étain dans les mailles de celle-ci. Retirer ensuite la tresse à dessouder et le tour est joué. N’oubliez pas que la chaleur de votre fer à souder va se propager sur l’entièreté de la tresse, ne restez donc pas trop longtemps avec votre fer dessus histoire d’éviter les brûlures…

La pompe à dessouder quant à elle permet de retirer l’étain rapidement (surtout dans un trou) en créant un effet de succion. Noter que son utilisation n’est pas aussi simple que la tresse à dessouder car elle est moins maniable et il faut la réarmer à chaque utilisation. Il existe également des pompes à dessouder électrique qui permettent d’avoir une aspiration continue tout en chauffant la zone.

Enfin le dernier outil est une pince à dessouder. Elle est constituée de deux mâchoires chauffantes avec des embouts interchangeables qui permettent de chauffer des surfaces de tailles différentes. Elle est surtout utilisée pour enlever les connecteurs d’un PCB ou un composant CMS du type double rangées d’un seul coup (attention le composant pourrait être détérioré voire détruit après cette manipulation).

FLUX

Sous forme liquide dans un flacon ou en feutre, le flux est un composant réactif (présent en petite quantité dans le fil d’étain). Ainsi, après avoir déposé une petite quantité à l’endroit où souder, la température va oxyder le flux au lieu d’oxyder l’élément à souder et ainsi faciliter la soudure. Il peut être également utilisé lors du nettoyage d’une PAD en complément par exemple de la tresse à déssouder.

TROISIÈME MAIN

La troisième main est là pour vous assister lors de votre soudure ou toutes autres étapes nécessitant de l’aide pour maintenir des choses ensemble. Elle est souvent composée de deux pinces crocodiles articulées ainsi que d’une loupe grossissante.

On peut également utiliser un petit étau qui est un système de mâchoires réglables afin de tenir par exemple un circuit imprimé.

LAMPE-LOUPE

La lampe-loupe est utilisée pour effectuer des travaux minutieux, que ce soit dans le domaine de l’électronique, de la couture ou de la joaillerie. Ici elle permettra par exemple de placer des petits composants sur un circuit imprimé grâce à la loupe et de vérifier que la soudure est bonne grâce à l’éclairage .

PINCES

La traditionnelle pince à dénuder permet de dénuder les fils avec précision grâce à la petite vis permettant de régler l’écartement des mâchoires.

Celle-ci permet de couper un fil, couper la patte d’un composant traversant ou de dénuder un fil.

La première pince permet de couper de petits éléments tandis que la deuxième permet de tenir quelque chose grâce à ses mâchoires à dents.

Ces pinces sont utilisées pour les composants à monter en surface. Elles sont plus précises qu’une pince à épiler et permettent de tenir des composants extrêmement petits.

EXTRACTEUR DE FUMÉE

L’extraction de la fumée est très importante, car il faut savoir que les fumées dégagées lors de la soudure sont toxiques et cancérigènes (ce qui est encore plus vrai si vous utiliser de l’étain avec plomb).

Pour cela il existe des systèmes tout faits fonctionnant de la même manière qu’un aspirateur avec un filtre à particules (du type par exemple charbon actif) et un bras articulé afin de placer l’aspiration au plus proche du lieu de soudure.

Conditions d’utilisation

RÈGLES DE SÉCURITÉ : PROTECTIONS

Afin de garantir une sécurité optimale il faut respecter certaines règles :

  • Toujours ranger son plan de travail afin de ne pas brûler quelque chose par inadvertance (surtout si vous avez des éléments inflammables près de vous)
  • Garantir un support stable si votre fer ne dispose pas d’une station d’accueil afin de pouvoir le poser lorsque vous ne l’utilisez pas.
  • Porter des lunettes de sécurité afin d’éviter tout risque de projection d’étain (arrive lorsque par exemple vous déssoudez un fil rigide, la force d’un fil lorsqu’il se désolidarise peut projeter des gouttes d’étain liquide)
  • Utiliser un système d’aspiration, de ventilation ou un masque pour repousser les fumées loin de votre visage et ainsi éviter tout risque de la respirer.

FER À SOUDER

La température du fer à souder sera déterminée par la densité de l’élément à souder, par exemple si vous devez souder la patte d’un composant sur un plan de masse il faudra une température plus élevée car la température va se dissiper directement au contact du plan, contrairement à une PAD reliée à une piste où la température aura plus de mal à se dissiper (si vous gardez une température trop élevée à ce moment-là , elle pourrait se dissiper dans le composant et au final le détruire).

La taille de la panne (élément qui permet de souder au bout du fer) va jouer aussi sur la dissipation. Plus elle sera large et plus la surface de contact sera grande et plus la température va s’accumuler dans la panne et inversement, plus la panne est petite et plus la surface de contact sera étroite et moins la panne pourra contenir la chaleur.

Enfin il faut toujours nettoyer la panne soit sur une éponge humide, soit dans une éponge spécialement conçue pour nettoyer les pannes (constituée de paille de fer) avant et après chaque utilisation pendant la soudure (elle doit être propre et sans étain restant dessus afin d’éviter son oxydation précoce).

ÉTAIN

Utiliser un étain de qualité et adapté est important car c’est ce qui va déterminer en grande partie si votre soudure sera bonne ou non.

Ainsi comme dit précédemment, évitez tout type d’étain contenant du plomb (interdit) et préférez un étain contenant du flux.

Le diamètre du fil d’étain va aussi définir son utilisation, si vous avez besoin de charger énormément en étain (comme par exemple un connecteur avec de grosses PINS) alors il est conseillé d’utiliser un étain avec un diamètre plus important que si vous devez souder un composant à montage en surface.

ÉCLAIRAGE

L’éclairage est primordial afin de faciliter l’assemblage (surtout si vous devez souder énormément de composants). Pensez alors à être dans une pièce avec un bon éclairage ambiant mais aussi avec une lampe d’appoint (par exemple une lampe de bureau, ou mieux une lampe de travail équipée d’une loupe centrale).

VENTILATION

Il est primordial de penser à un système de ventilation afin de ne pas respirer la fumée dégagée lorsque vous soudez (surtout sur une longue période). Il n’est pas nécessaire d’acheter une version du commerce, en tant que Maker vous pouvez également fabriquer votre propre aspiration grâce à un ventilateur d’ordinateur et un filtre comme celui présent dans les aspirateurs ou les hottes.

Les différents composants à souder

COMPOSANTS TRAVERSANTS

Vous allez être amené à rencontrer beaucoup de composants traversants à manipuler lors des montages, le premier étant la résistance. Un autre composant très présent est le condensateur dont il faut se méfier car contrairement à la résistance, le condensateur a une polarité (nous parlons ici des condensateurs électrolytiques en particulier) et si vous ne la respectez pas, vous risquez de détruire le condensateur (ce qui peut devenir dangereux).

Vous retrouverez également souvent des connecteurs comme la barrette noire en bas de la photo qui sont des composants traversant mais aussi des circuits intégrés ayant un boitier de type DIP (comme présent en haut à gauche sur la photo).

COMPOSANTS À MONTER EN SURFACE

Ces composants (aussi appelés CMS) sont présents sur toutes les cartes actuelles, ils remplacent en grande partie les composants traversants et permettent un assemblage plus rapide grâce aux machines pick-&-place (une sorte de machine 3D qui permet de placer des composants en X et Y sur un PCB).

Ils permettent également un passage au four afin de souder les composants sur le circuit imprimé en une seule fois.

FILS

Il y a différentes techniques pour souder un fil. Vous pouvez le souder directement dans un trou sur le PCB (comme un composant traversant), le souder en surface sur une PAD sur le PCB (comme un composant SMD) ou le souder sur la PAD d’un composant (par exemple une patte d’une LED ou d’une résistance).

Comment les souder ?

MATÉRIEL

Pour votre première soudure vous aurez besoin :

  • D’un fer à souder avec une panne en bon état
  • D’étain sans plomb de diamètre inférieur à 1mm si possible
  • D’une troisième main
  • D’une pince pour le placement des composants SMD
  • D’une pince pour couper les fils ou les pattes des composants traversants
  • D’une pince pour tenir les composants ou les fils
  • De la tresse à dessouder
  • Du flux liquide ou en feutre
  • D’un système pour aspirer les fumées (si possible)
  • Des lunettes de protection

PRÉPARATION

La première chose à faire est de vérifier son équipement de protection ainsi que son plan de travail.

Il suffit de dégager son plan de travail, s’assurer qu’aucun élément inflammable ne se trouve à proximité et que la surface de travail soit adaptée à des températures élevées.

Ensuite réglez la température du fer à souder par rapport à l’élément à souder.

Placer la troisième main de manière à pouvoir la manipuler facilement et placer les autres outils autour afin d’y accéder rapidement.

SOUDER UN COMPOSANT TRAVERSANT

Pour le premier petit cours pratique sur la soudure, nous aurons besoin d’une perma-board ainsi que d’une résistance (peu importe la valeur)

Afin de faciliter le travail, nous allons utiliser également une troisième main.

Placez la perma-board entre les pinces de la troisième main en mettant les pastilles pour souder vers le bas.

Pliez les pattes de la résistance à angle droit par rapport au corps de la résistance.

Ensuite il vous suffit de placer la résistance n’importe où sur la perma-board afin que les pattes se retrouvent dans les trous.

Retournez l’ensemble et pliez légèrement les pattes vers l’extérieur afin de retenir la résistance et ainsi éviter qu’elle ne tombe.

La température du fer est d’environ 350°C pour cette étape. Veuillez à bien nettoyer la panne de votre fer avant et après chaque manipulation en la frottant sur une éponge humide ou avec une éponge spéciale en copeaux de métal.

Soudez la première patte de la résistance en plaçant la panne du fer à souder d’un côté de la pastille en touchant à la fois la pastille et la patte. Placer ensuite l’étain à l’opposé afin d’éviter le contact direct avec la panne. Si l’étain ne fond pas, cela veut dire que votre panne n’est pas assez chaude, soit car la température est trop basse, soit parce que votre panne n’est pas assez propre.

Une fois la première patte soudée vous pouvez effectuer la même étape pour la deuxième.

Il ne reste plus qu’à couper les deux pattes au raz de la soudure grâce à la pince coupante.

Vous devez obtenir alors deux soudures en forme de cône. Vérifiez bien que la soudure ne touche pas d’autres pastilles au pourtour de celle soudée.

Voici votre premier composant traversant soudé !

SOUDER UN COMPOSANT CMS

Concernant le composant CMS (composant à montage en surface), nous allons utiliser une LED du type 5050.

Elle fait partie de la famille des NeoPixel mais contrairement aux autres elle contient 3 leds blanches au lieu d’une rouge , d’une bleue et d’une verte.

Elle est composée d’un boitier et de 4 PADs à souder.

Nous allons la souder sur des PCB permettant d’adapter des LEDs CMS afin de les utiliser comme des composants traversants.

Tout d’abord , placez une goutte d’étain sur l’une des pastilles utilisées par la LED, c’est-à-dire un des quatre coins.

La température du fer et d’environ 320°C pour cette étape. Veuillez à bien nettoyer la panne de votre fer avant et après chaque manipulation.

Pour cela, placez la panne de votre fer sur la pastille et ensuite venez placer le fil d’étain sur cette même pastille afin d’y déposer un peu d’étain.

Ensuite prenez votre pince de précision afin de manipuler la LED et de pouvoir la placer sur le PCB.

Faites très attention au sens dans lequel vous placer votre led, en ce qui nous concerne il y a un coin biseauté correspondant au sens à respecter (toujours lire la documentation du composant !).

Pendant que vous placez votre LED, vous devez également placer la panne sur la pastille où l’étain est présent afin de souder la PAD de la LED sur cette pastille.

Faites en sorte de bien centrer la LED pour ce premier placement.

Une fois la LED en place, vous pouvez continuer à souder les autres PADs. Placez la panne dans l’angle créé par la pastille et la PAD, puis venez-y déposer de l’étain en venant par le côté.

Faites une dernière vérification pour vous assurer d’avoir tout soudé.

Il ne reste plus qu’à rendre les soudures plus propres et uniformes en déposant du flux sur chacune d’elles. Et n’oubliez pas qu’une bonne soudure est une soudure brillante, uniforme et dont le contact est parfait entre la pastille et la PAD.

SOUDER UN FIL

Pour cette étape nous allons réutiliser notre perma-board lors de la soudure de la résistance ainsi qu’un morceau de fil.

Ici c’est du monobrin mais vous pouvez utiliser le fil que vous voulez à partir du moment ou l’âme (c’est-à-dire le cuivre) rentre dans l’un des trous de la perma-board.

Placez la perma-board entre les pinces de la troisième main.

Dénudez le fil en utilisant une pince plate pour tenir le fil et une pince à dénuder. Dénudez environ sur 5mm.

Répétez la manip pour l’autre extrémité.

Placez le fil dans l’un des trous de la perma board.

Ensuite retournez l’ensemble afin de souder le fil sur la pastille.

Vérifiez qu’il n’y a pas de court-circuit avec d’autres pastilles au pourtour de la vôtre.

Coupez au raz de la soudure le morceau de fil qui dépasse. Maintenant nous allons souder l’une des pattes d’une LED traversante au fil.

Pour cela placez l’extrémité du fil dans une des pinces de la troisième main et les pattes de la LED dans l’autre.

Déposez un peu d’étain sur la patte de la LED ainsi que sur le fil.

Placez le fil au-dessus de la patte de la LED de manière à pouvoir les souder ensemble.

Venez avec la panne de votre fer à la fois sur le fil et sur la patte.

Déplacez le fer de gauche à droite afin de rendre la soudure uniforme. Si la soudure n’a pas pris, attendez que la température redescende et retentez l’opération.

Voilà, vous avez découvert (ou redécouvert) les deux techniques pour souder un fil.

CORRIGER UNE ERREUR

Parfois le flux ne permet pas de récupérer une mauvaise soudure ou vous vous êtes peut-être trompé dans le placement d’un composant, pas de panique nous avons la solution.

Sur cette photo vous pouvez voir une énorme goutte d’étain sur l’une des PADs de la LED. Nous allons corriger cette erreur afin de créer une belle soudure.

Pour cela nous allons utiliser de la tresse à déssouder. Venez vous mettre au-dessus de la soudure à nettoyer, puis avec votre fer (la température peut être légèrement augmentée), placez-vous au-dessus de la tresse et exercez une légère pression.

Vous pouvez alors observer l’étain qui montre progressivement le long de la tresse.

Répétez l’étape autant de fois que nécessaire en laissant un délai entre chaque opération pour éviter d’endommager le composant par la chaleur.

Maintenant si vous avez retiré trop d’étain vous pouvez redéposer de l’étain sur la pastille et la PAD.

Ceci est donc l’une des solutions pour corriger une mauvaise soudure ou une erreur.

Un premier montage : une LED et un interrupteur

PRÉPARATION DES COMPOSANTS

Après avoir appris les bases de la soudure, nous allons maintenant passer aux choses « sérieuses ».

Nous allons ici assembler ensemble une LED traversante, une résistance (entre 150R et 330R), un interrupteur et un pack batterie (deux piles de 1.5V).

ASSEMBLAGE DE LA LED ET DE LA RÉSISTANCE

Tout d’abord, placez la LED dans l’une des pinces de la troisième main et la résistance dans l’autre. Vous pouvez déjà déposer de l’étain sur les pattes de la résistance.

Coupez la patte de la résistance (environ la moitié) et ajoutez de la gaine thermo-rétractable sur les pattes de la résistance afin de pouvoir les glisser le long de la soudure par la suite.

Soudez la résistance sur la patte de la LED la plus longue correspondant à l’anode(+) (même technique qu’avec le fil et la LED).

AJOUT DE L’INTERRUPTEUR

Maintenant nous allons souder l’autre extrémité de la résistance (préalablement coupée) sur l’une des pattes se trouvant à l’extrémité de l’interrupteur (gauche ou droite).

 

Placez un morceau de gaine thermo-rétractable afin de pouvoir protéger la connexion de tout risque de court-circuit.

Puis soudez l’ensemble.

CONNEXION À LA BATTERIE

Pour la batterie il suffit de dénuder les deux câbles sur environ 3mm et de placer de l’étain dessus.

Soudez ensuite en vous aidant de la troisième main le fil noir sur la patte libre de la LED.

Enfin soudez le fil rouge sur la patte du milieu de l’interrupteur (sans oublier de rajouter la gaine).

Grâce à un briquet, un chalumeau (type cuisine) ou un décapeur thermique, placez les gaines sur les soudures et faites chauffer à une certaine distance la gaine pour la faire rétrécir (attention à ne pas la faire fondre).

Il ne reste plus qu’à tester votre montage en jouant avec l’interrupteur.

Et voici une LED qui s’allume !

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *