Accueil arrow Projets arrow Four CMS  
18-11-2017
Menu
Four CMS - Principe du four à refusion Version imprimable Suggérer par mail
(31 votes)
Écrit par Administrator   
06-11-2007
Index de l'article
Principe du four à refusion
Modifications du four traditionnel
Conception du boîtier de commande

Apperçu Four-CMSLe but du montage est de transformer un four traditionnel en four à refusion pour composants CMS. Le four traditionnel est modifié de sorte à pouvoir piloter les résistances chauffantes et ajouter une sonde PT100. Un circuit annexe vient lire la température et commander le four pour asservir la température selon les courbes caractéristiques d’un four à refusion.

Chapitre 1 : Principe du four à refusion

La technique de soudure à refusion est classique en industrie et permet la soudure des composants dits à « montés en surface » (CMS ou SMD, Surface Mount Device). Cette technique présente l’avantage de souder un grand nombre de composants en une seule opération et s’avère nécessaire pour des composants dont les broches sont trop petites ou inaccessibles pour être soudées au fer à souder. Pour un usage amateur comme dans notre cas, le four à refusion sera surtout utile dans le deuxième cas de figure.

 La refusion pour CMS se décompose en 4 phases :

Ø      Préchauffage : amener le circuit entre 100°C et 150°C (pente de 1°C/s à 4°C/s)

Ø      Séchage : monter progressive à 170°C et respect d'une attente d'au moins 1min30s

Ø      Refusion et saisie : atteindre rapidement la température critique (~230°C) et la maintenir 10s à 30s

Ø      Refroidissement : descendre rapidement la température de refusion à la température ambiante

 Image

Figure 1 : profil de four à refusion pour CMS (source www.jelectronique.com)

 1.1       Préchauffage

La phase de préchauffage permet de préparer les composants au soudage tout en évitant les chocs thermiques ou des projections de pâte à braser. Cette montée en température doit s’effectuer avec une pente comprise entre 1 et 4°C/s pour amener l’ensemble des éléments à souder à une température entre 100°C et 150°C.

1.2       Séchage

Cette étape permet d’activer le flux, afin de faciliter la répartition de la pâte à braser sur les surfaces métalliques et les pattes des composants, puis de le laisser s’évaporer pour ne pas qu’il entre en ébullition dans la phase de refusion et qu’il ne projette pas la pâte à braser autour des composants.

Cette phase doit maintenir la température, voire la faire monter doucement à ~170°C pendant une durée de plus d’une minute (1min30s par exemple).

1.3       Refusion

La refusion permet d’atteindre le point de fusion de la pâte à braser et de souder les composants. La température de refusion sera d’environ 200°C-230°C selon la pâte à braser.

1.4       Refroidissement

La phase de refroidissement doit être rapide pour solidifier la brasure sans en modifier la structure cristalline, mais pas trop violente pour ne pas produire de choc thermique des composants ou du circuit. Un refroidissement à l’air libre en température ambiante semble correct.

Prendre garde de ne pas trop faire bouger les composants si la pâte à braser n’est pas solidifiée.

1.5       Temps de mouillage

Le temps de mouillage ne doit pas excéder les 60 secondes pour ne pas modifier la structure cristalline de la brasure, et sera généralement de l’ordre de 10 à 30 secondes.

1.6       Problèmes fréquents et mises en garde

En premier lieux, si vous envisagez de modifier un four, prenez toutes les dispositions nécessaires pour travailler en sécurité lorsque vous manipulez des éléments branchés sur le secteur (220V).

De plus, la pâte à braser contient des éléments nocifs comme le plomb ou le flux de soudure (colophane,etc…) avec lesquels il faut éviter d’entrer en contact et dont les vapeurs peuvent être dangereuses.

Portez des gants.

Travaillez en milieu aéré et prenez garde aux vapeurs de flux qui sont inflammables à ~100°c au moment de l’ouverture du four.

 

6.1.1            Quantité et disposition de la pâte à braser

L’application de pâte à braser est une phase délicate car trop de pâte entraîne des jonctions entre les broches des composants ou des courts-circuits avec des pistes à proximité, et pas assez de pâte risque de provoquer des faux contacts ou des soudures trop fragiles.

L’application de pâte s’effectue souvent à l’aide d’une seringue de pâte à braser et d’une aiguille (dans le cas de soudure CMS amateur au four à refusion). Néanmoins, il est possible de réaliser des pochoirs à l’aide de plaque de laiton photosensibles, que l’on grave chimiquement comme des circuits imprimés. 

Image 

Figure 2 : pochoir en laiton pour l'application de pâte à braser (source http://wiki.jelectronique.com/souder_des_cms#au_four_a_refusion)

 6.1.2            Variation du profil de température selon les gradients de masse

L’élévation de température d’objets, tels que des composants de différentes tailles, dépend de plusieurs variables telles que la température ambiante, la masse de l’objet, sa chaleur spécifique (énergie nécessaire pour l’élévation d’un degré pour 1 kilogramme), etc…

 

Les différents paramètres du profil de température du four à refusion peuvent évoluer selon les composants soudés (nombre et taille).

 

Image

Figure 3 : Equation d'élévation de température d'un objet

6.1.3            Oxydation des circuits

Un des principaux problèmes lors d’une soudure au four à refusion est l’accélération de l’oxydation du cuivre avec la chaleur. Malheureusement il est difficile d’éviter ce phénomène (refusion sous atmosphère d’azote, utilisation de flux agressif ou de solvants à base de CFC après refusion en industrie : ce dernier exemple est désormais interdit à cause de la pollution).

Dans notre cas nous ne pourrons rien faire pour empêcher l’excès d’oxydation lors de la refusion. Il est inutile d’étamer à froid la carte avant le passage au four, vous obtiendriez une surface gris-noir insoudable.

La solution consiste donc à bien nettoyer la carte après l’opération de soudure. Soit chimiquement, avec l’utilisation d’acide chlorhydrique ou de mélange sel+vinaigre qui en produit, mais il vous faudra prendre garde à ne pas en appliquer sur les composants. Soit par action mécanique avec une gomme abrasive (ou un très fin papier de verre ou une éponge grattante verte) ayant pour but d’éliminer la couche d’oxyde de cuivre.

Image

Figure 4 : Exemple de carte en cours de nettoyage après un passage au four (source http://www.jelectronique.com/modules/news/article-35.html)

6.1.4            Problèmes courants de soudures à refusion

Image

Figure 5 : Problèmes liés à un mauvais profil (source "Manuel de technologie de refusion", Research International)

 


Dernière mise à jour : ( 11-04-2008 )
 
Visiteurs: 182499
hovercraft_coussin.jpg
Webdesign by Webmedie.dk Ny hjemmeside