Apprenez le processus d'assemblage de montage en surface DIY de Bil Herd

Vous pouvez créer votre propre assemblage de PCB basé sur la technologie de montage en surface avec juste une poignée d'outils et un peu de patience. Au cœur de mon processus SMT s'arrête pour inspecter les différentes étapes tout en essayant de maintenir un peu de propreté dans le processus.

Le montage en surface ou la technologie de montage en surface (SMT) est la manière moderne d'assembler des cartes de circuits imprimés (PCB) et c'est ce que l'on voit couramment lors de l'ouverture d'une technologie moderne. Il est beaucoup plus petit que l'ancienne technologie Through-Hole (TH) où les fils des composants étaient insérés dans les trous du PCB, et agissons que nous appelions "bourrage" puisque nous devions enfoncer les composants dans les trous.

Quelques outils spécialisés rendent cela beaucoup plus facile, mais les pirates ingénieux pourront assembler un gabarit de pâte à souder, des pincettes à vide et un four grille-pain modifié avec un contrôleur qui peut suivre le profil de refusion de la pâte à souder. Là où vous ne devriez pas lésiner, c'est sur la qualité, l'âge et le stockage de la pâte à souder elle-même.

Rejoignez-moi après la pause pour mon aperçu vidéo du processus que j'utilise dans mon atelier, ainsi que des détails sur chaque étape de mon processus d'assemblage SMT.

Les noms des packages de montage en surface peuvent être un peu déroutants. Dans la vidéo, je parle de pats qui ont un pas de broche de 0,5 millimètre, mais en ce qui concerne les résistances, nous utilisons des numéros comme 0603 et 0402 qui mesurent 0,06 × 0,03 pouces. C'est toujours une bonne idée d'avoir des exemples auxquels vous pouvez vous référer pour vous assurer que vous utilisez le package de la bonne taille.

En regardant ma fidèle règle Adafruit avec les tailles de composants indiquées, je dirai que je fais régulièrement les composants de taille 0603, bien que j'aie fait 0402 pour les composants RF où moins de taille signifie moins de choses comme l'inductance qui vous combat lorsque vous montez en fréquence. Je ne travaille pas avec les plus petits composants 0201 car j'ai peur de les inhaler, ils sont si petits.

Pratiquement toutes les pièces SOIC que vous voyez peuvent être réalisées en utilisant les méthodes que je montre dans la vidéo et je descends généralement à un espacement de plomb de 0,5 mm, bien que dans la vidéo, je soude des puces qui ont un espacement de plomb de 0,4 mm, le plus petit que je fais dans mon laboratoire à la maison.

De nos jours, nous "plaçons" un composant sur les PCB sans avoir besoin de trous pour les fils des composants, et au lieu d'appliquer la soudure après coup sous sa forme fondue, nous utilisons une pâte à souder composée de flux et de soudure. La pâte peut être conditionnée de différentes manières, mais j'achète ma pâte dans des seringues et je les conserve dans un petit réfrigérateur et seulement pendant une durée limitée car la pâte à souder a une durée de conservation en fonction du type et de l'endroit où vous l'achetez.

La pâte à souder est indiquée par le flux sur lequel elle est basée, j'utilise "pas de nettoyage" ce qui signifie à peu près ce qu'il dit, le résultat final est utilisable sans nettoyer le PCB. Si je livre la planche à quelqu'un d'autre, je la nettoie généralement de toute façon, ce que je passe en revue dans la vidéo.

La soudure est un amalgame de petites perles de soudure maintenues en suspension avec du flux et peut être la chose la plus délicate à propos de la soudure de bricolage car la soudure a une durée de conservation définie de semaines, voire de jours, selon le fabricant. Autrement dit, si vous ne vous souvenez pas quand vous avez acheté votre soudure, jetez-la. J'achète une soudure formulée pour une meilleure durée de conservation appelée pâte Zeph qui se conserve plus longtemps qu'un mélange de production, et je la stocke dans un petit réfrigérateur dédié (pensez à une glacière de six packs) et stockée debout dans des seringues avec l'aiguille pointée vers le bas.

La soudure se décline également en plusieurs types, en commençant par avec ou sans plomb, puis avec des variations en fonction du type de flux qu'elle contient. J'utilise la version "sans nettoyage" qui n'a pas besoin d'être nettoyée, ou peut être nettoyée avec de l'alcool au lieu des nettoyants de flux plus puissants.

Il existe plusieurs façons d'obtenir la pâte à souder sur le PCB ; il peut être appliqué manuellement à l'aide d'une seringue et d'une bonne pression à l'ancienne pour déposer la soudure sur les plages de connexion du PCB. J'ai aussi un distributeur à air comprimé que je n'utilise pas vraiment.

Ma méthode préférée consiste à utiliser un pochoir de masque de pâte et à racler la pâte sur le PCB comme on le voit dans la vidéo. Il existe une astuce pour racler la pâte afin de ne pas appuyer trop fort tout en forçant la pâte à travers l'écran du masque de pâte. Les pochoirs de masque en pâte sont disponibles pour quelques dollars auprès des mêmes sources que celles où j'achète mes PCB, pour des séries plus importantes, je regarderais des entreprises comme OSH Stencil.

J'inspecte toujours le PCB avant de placer les composants sur la carte et j'utilise un microscope stéréo X10 pour cette étape. Ce que je recherche, c'est tout ce qui créerait un court-circuit de soudure plus tard, c'est-à-dire que s'il est court-circuité maintenant, il sera très probablement court-circuité plus tard.

L'astuce consiste à placer les composants sur la carte, en quelque sorte blottis dans la pâte à souder, sans tacher la pâte ni plier les fils des composants. Les pincettes fonctionnent pour les composants plus petits comme les résistances et les condensateurs, mais souvent pour les circuits intégrés (CI), il faut veiller à poser le boîtier à plat. J'ai une variété de façons de le faire en utilisant l'aspiration, y compris la petite ventouse avec une ampoule à presser pour une méthode entièrement manuelle ou lorsque je fais beaucoup, je pourrais être inspiré pour allumer mon petit ramasseur de pièces à aspiration fabriqué à partir d'une vieille pompe d'aquarium.

J'ai essayé une variété de fours à refusion, y compris le T-962 (avec des mods selon les articles de Hackaday sur le sujet), mais je l'ai toujours trouvé insuffisant, en particulier avec des composants hauts et sombres, car le motif de rayonnement à l'intérieur du four est quelque peu inégal.

Afin de fabriquer un meilleur four à petite échelle, j'ai commencé avec un four à convection Black & Decker et j'ai acheté le contrôleur de four Controleo3 qui est livré avec un élément chauffant auxiliaire pour améliorer les performances. Après avoir appliqué beaucoup de ruban réfléchissant et de RTV haute température, le four est scellé contre autant de pertes de chaleur que possible. Le contrôleur du four prend une heure pour apprendre les caractéristiques du four, mais une fois appris, j'ai obtenu des résultats vraiment bons et reproductibles.

Une considération importante est le profil de soudure qui est un graphique de la chaleur en fonction du temps. C'est à peu près le contraire de simplement coller les cartes dans un four chaud jusqu'à ce que la soudure fonde, ce qui est à peu près garanti pour simplement cuire le flux en laissant de petits amas de soudure par opposition à la refusion en douceur que nous voulons obtenir. Le profil de soudure prend en charge diverses phases telles que le préchauffage et le refroidissement rapide en plus de l'étape de refusion proprement dite.

J'ai installé un élément chauffant supplémentaire sur mon four. Le Controleo3 se calibre en fonction du four et même de la taille de ce que le four est chargé. Je recycle le four si je fais de gros PCB en utilisant une carte vierge.

Fidèle à ma nature, je claque une dernière fois l'élément soudé final sous le microscope et regarde attentivement chaque fil en notant les ponts de soudure ou les vides dans le processus. Je cherche également à ce que la soudure ait complètement fondu et n'ait pas l'air "grapey" ou que la soudure ait pu fusionner en de minuscules amas au lieu d'un joint de soudure correctement aiguisé.

J'aime faire voyager les cartes à travers mon nettoyeur à ultrasons que je garde juste pour les PCB. Bien que cela ne soit généralement pas nécessaire, cela donne aux planches un aspect professionnel agréable et facilite l'inspection.

Espérons que l'on puisse voir que faire de l'assemblage SMT DIY est certainement possible et peut même être fait pour une production à petite échelle. Dans mon cas, je peux souder des composants jusqu'à un pas de plomb de 0,4 mm, ce qui est assez petit tant que je fais une inspection approfondie. Gardez-le propre, gardez votre pâte à souder fraîche et inspectez à chaque étape et vous obtiendrez d'excellents résultats dans votre propre atelier.