Les composants cms

Ces composants sont donc montés sur un circuit imprimé sans "trous" pour ces dit composants. On retrouve quasiment la totalité des composants traditionnels sous forme de CMS, bien sur résistances, condensateurs (chimiques ou non), selfs, transistors, circuit intégrés, leds, interrupteurs, connecteurs, fusibles, etc...

L'avantage d'un CMS est qu'il occupe moins de place, donc permet l'implantation d'un plus grand nombre de composants sur une surface donnée. D'autre part on peut implanter des composants de chaque coté du circuit imprimé en vis à vis.

L'inconvénient principal c'est que sorti du contexte industriel il est plutôt difficile d'emploi pour un bricoleur (repérage de sa valeur, préhension, réparation), mais avec de la patience il est possible d'obtenir de bons résultats.

Voici une description succincte d'une chaîne de fabrication industrielle de cartes électronique.
Cette description restera volontairement floue afin de ne pas entrer dans des détails techniques qui seraient spécifiques aux machines. De plus il ne s'agit que de faire une simple visite dans cet univers qui est loin du coin d'établi sur lequel tout Om à des chances de bricoler !
Évidement il ne sera question que de machines existantes ou ayant existées, le futur nous réservera certainement de nouveaux procédés plus rapide et plus fiables...

Nous allons suivre le chemin parcouru par un circuit imprimé pour passer de nu au circuit complet avec tous ses composants CMS, traversant axiaux/radiaux/connecteurs/..., puis le test.
Ce chemin peut s'appeler une chaîne, parfois rompue, car un circuit peut repasser plusieurs fois dans la même machine, celle-ci effectuant une tache légèrement différente des passages précédents. Prenons quelques exemples :

A l'arrivée du circuit imprime nu, celui-ci est déballé et inséré dans un rack antistatique, automatisation oblige.
1/ - Le rack, rempli, est déposé sur un désempileur qui va sortir automatiquement les circuits un à un et les envoyer dans la première machine, la sérigraphieuse, le circuit passe ensuite dans la machine à poser les CMS puis dans le four de refusion.
A ce stade une première face du circuit est complète au niveau CMS. Il s'agit souvent de la face dite éléments. C'est à ce moment que la chaîne se rompt les circuits sont envoyés dans un empileur qui à l'inverse du désempileur remet automatiquement les circuits imprimes dans un rack.
Pour certaines cartes entièrement CMS (c ou d ci-dessus), c'est à dire ne comportant aucun composant traversant, il existe la possibilité d'effectuer une double refusion, c'est à dire qu'après une première face faite en refusion (1) on retourne le circuit imprimé et l'on recommence cette même opération pour la deuxième face de la on passe directement à la finition et au test (5).
2/ - Les racks remplis de cartes équipées de la première face sont réintroduit au début de la chaîne que l'on reprogramme pour monter la deuxième face.
A ce moment le circuit entre dans la machine à encoller, puis retourne de nouveau dans la machine à poser les CMS et passe à nouveau dans four qui est cette fois ci programmé en polymérisation.
3/ - Il est temps alors d'insérer les composants discrets, ceux qui ont encore des queues ou fils (résistances, condensateurs, diodes, selfs, connecteurs) à l'aide de la machine à insertion.
4/ - Nous avons donc un circuit équipé sur les deux faces de CMS et de quelques composants "discrets". Il est temps d'insérer les derniers composants, soit les circuits intégrés (DIL avec la machine à insertion les autres plus exotiques à la main), transistors, connecteurs, renforts, blindages etc... Il ne reste plus qu'à passer le circuit à la vague.
5/ - Les circuits une fois refroidis et nettoyés passent à la finition et enfin au test. Il ne reste plus qu'a emballer et expédier au client...

Cette première machine sert à déposer de la pâte à braser sur le circuit imprimé à l'aide d'un pochoir, mais pourquoi déposer une pâte ?
Cette pâte est tout simplement de la "soudure" (mélange de plomb/étain) molle à la température ambiante. Cette apparence molle s'explique très bien vue au microscope, car la pâte est composée de micro-billes (le mélange étain/plomb) amalgamés avec une "graisse" (Flux). Comme les brasures, il existe différentes qualités/mélanges de pâte.
Et le pochoir ? C'est l'équivalent d'une passoire qui permet de déposer la pâte uniquement aux endroits voulus, c'est à dire sur les plages devant accueillir les pattes des composants à souder. Il est a noter que l'épaisseur du pochoir est faible (100 à 300 microns environs), vous pouvez imaginer le peu de soudure nécessaire à la réalisation de la liaison.
Il suffira de chauffer convenablement la pâte pour qu'elle "fonde" réellement, c'est a dire que le flux décape les contacts puis s'évapore et que les billes fondent effectuant la brasure conventionnelle entre patte du composant et plage de circuit imprimé. Ce sera le rôle du tunnel de refusion.
Un peu de technique quand même, avez vous déjà observé certains circuits (du style carte mère PC) comportant de magnifiques pavés à plusieurs centaines de pattes avec un pas faible (de l'ordre du demi millimètre) ???
Comment réussir à tout les coups à centrer rapidement le pochoir pour que le trou correspondant soit pile en face et non pas à cheval engendrant des court-circuits lors de la fusion ? (la largeur d'une plage de pas "fin" fait de 200 à 320 micron de large!)
Une réponse simple : un centrage "optique" à l'aide d'une caméra, on compare l'emplacement de mires disposés sur le circuit-imprimé à celles disposées sur le pochoir, il suffit alors de corriger le décalage soit manuellement soit à l'aide d'asservissement électronique. Cette même caméra peut "juger" de la quantité de pâte déposée sur les plages et ainsi prévenir lorsque qu'un défaut se produit (court-circuit par la pâte, manque de pâte, décentrage, etc...).
Bref le circuit entre dans la machine à sérigraphier, la caméra scrute les mires et le recale. C'est alors que l'on plaque le pochoir contre le circuit et à l'aide d'une raclette on "tire" la pâte sur le pochoir. Il ne restera que ce qui est passé dans les trous...

Circuit imprimé nu.	Pochoir.	La pâte est déposée.	Puis le composant.	Et après la refusion.

Cette machine sert à déposer des points de colle sur le circuit imprimé afin de coller les composants CMS à leur place en général du côté "soudures", pour un passage à la vague ou un brasage manuel.
On peu aussi encoller certains composants localisés près de traversant pour effectuer une vague partielle du circuit.
Le circuit entre donc dans l'encolleuse, une caméra vient visiter la carte pour la centrer et c'est le ballet de seringues qui vont déposer des points de colle, de différentes tailles, aux futurs emplacements des composants.
Pourquoi coller les composants alors qu'ils vont être soudés me direz vous ?
Essayez de poser des cms sur une plaque de la retourner pour la passer dans une machine à vaguer sans que les composants ne tombent !
De même avez vous déjà essayé de braser manuellement un CMS sans le tenir, vous aurez immédiatement l'effet "mannathan", c'est à dire que lorsque vous chauffez à un bout pour souder, le composant se relève à l'autre bout...
Bref l'encollage sert tout simplement à coller le composant pour qu'il ne bouge pas le temps d'effectuer la brasure par elle même.
N'oubliez pas cette étape, car lorsque vous essayez parfois de réparer un circuit et qu'un composant ne veux pas se débraser facilement, ce n'est pas forcement parce que le fer ne chauffe pas assez...
Petite note, comme pour la sérigraphie le système de caméra scrute la carte pour repérer la position des mires et recale ainsi les points de colle par rapport à la carte. Certaines machines même, peuvent vérifier sur quelques points de colle, la présence et la bonne quantité de cette colle.
Une nouvelle technique va sans doute reléguer les encolleuses à la ferraille, si une machine à sérigraphier peut déposer de la pâte sur des plages d'accueils, elle peut certainement aussi déposer par le même système de la colle sous les composants. Cette technique assez pointue lorsqu'on démarre de zéro est fiable, elle permet notamment une bonne répétitivité et un gain de temps...

Circuit imprimé nu.	Dépôt de la colle	Pose cms polymérisation.

Nous voici au gros morceau de la chaîne, c'est peut être la machine la plus "intelligente" de l'ensemble, car elle doit prendre un grand nombre de décisions dans un temps très court.
Plusieurs types existent, cela va de la machine universelle, qui va déposer toutes sortes de composants, à celles plus spécifiques qui ne poseront par exemple que les chips (résistances/ capacités/ transistors/ voir petits circuits SO8) mais qui seront plus rapides.
Certaines ne sauront effectuer que des centrages de composant optiquement alors que d'autres auront le choix optique/mécanique. De même le cheminement d'un composant ne sera pas le même d'une machine à l'autre, il pourra même être testé avant la pose.
Essayons de suivre le cheminement. Le circuit imprimé arrive, il est immobilisé sur la table de la machine, une caméra vérifie la position des mires, toujours dans le but de centrer la carte. A partir de ce moment cela va être la recherche des composants pour leurs poses sur le circuit. La table de la machine se déplaçant suivant les X ou Y voir X et Y pour que la tête tenant le composant arrive à la bonne place.
La au moins deux écoles, soit c'est un magasin qui contient les composants qui se déplace devant la tête les posant, pour lui donner le bon, soit c'est la tête qui va chercher dans le bon magasin le bon composant à placer.
A titre d'information ces machines peuvent poser de 4000 à 100000 composants à l'heure... Essayez de suivre avec votre fer à souder !

Le four est un tunnel assez long composé de plusieurs zones de chauffe que l'on peut régler indépendamment, en général la carte commence à être préchauffée (env 100°) ce qui permet aussi l'évaporation des solvants, puis passe dans une zone plus chaude, permettant l'action des "flux" nettoyant les plages (100° à 170°), puis arrive le pic de température pour permettre la refusion de l'étain (230° env.), enfin la température redescend rapidement pour revenir à la température ambiante.
Son travail est d'effectuer la refusion (faire fusionner la pâte déposée sur le circuit imprimé) ou de polymériser ("sécher" la colle sous les composants).
Dans le cas de la polymérisation la température est quasiment constante d'un bout à l'autre du tunnel (environ à 100°C), pas besoin de pic !
Il est évident que pour une refusion les températures ne seront pas les mêmes que pour une polymérisation. D'ailleurs les températures sont modifiées suivant le type de carte.
Il existe différent processus de refusion et donc différent types de tunnels (A air, Azote, atmosphère neutre, phase vapeur...) de même ils peuvent être convectif, radiants, ...

PS : les températures sont données à titre d'info et ne sont pas exactement celles utilisées...

Trois grands types de composants traversant :
- les axiaux, ceux qui ont leurs connexions sur le même axe (résistances, condensateurs chimiques, ...)
- les radiaux, ceux qui ont leurs connexions l'une à coté de l'autre (capa mkh, céramique, VDR, quartz, transistors, ...)
- les DIL, ceux qui ont deux rangés de pattes (circuit intégrés, réseaux,...)
Le principe de pose est toujours le même, le circuit imprimé est centré mécaniquement par des pions de locating, le composant arrive via une bande ou un stick, est mis en forme pour le cas de l'axial, puis est inséré sur la carte à son emplacement, des pinces situées sous la carte coupe les queues à la bonne longueur puis plient ces mêmes queues pour que le composant ne puisse se retirer.
Il existe diverses machines pour chaque type, certaines peuvent même insérer deux types différent de composant.

Le but est de braser les composants "traversant" et CMS sous la carte.
Les cartes se déplacent à plat sur un convoyeur et passent tout d'abord sur un rideau de flux qui va nettoyer les plages et les connexions (rôle normalement de la résine contenue dans le fil d'étain) puis la carte est préchauffée, cela active le flux et met la carte à température, et enfin la carte passe au dessus de la vague d'étain, seul l'étain nécessaire reste "accroché" aux plages de brasures. les brasures sont faites. Parfois quelques court-circuits se déposent, mais ceux-ci sont éliminés lors de la finition.

Sont rôle est de finir la carte, c'est à dire monter manuellement les composants ou accessoires non montés par machine automatique ou ceux qui ne peuvent ni passer à la vague ou dans le tunnel de polymérisation/refusion (style afficheur LCD). C'est aussi à cette étape que l'on peux vérifier s'il n'y a pas de problèmes de brasage ou de composants sur la carte...

Plusieurs test sont possibles, "In-situ" on vérifie la valeur des composants de façon plus ou moins passive (vérification de la valeur des résistances, capacités, fonctions logiques ou analogique des circuit-intégrés, ...), "fonctionnel" la carte est sous tension et on vérifie qu'elle assure correctement la fonction pour laquelle elle est prévue...

Stockage des composants : conservez vos composants dans les bandes, sticks ou plateaux correctement repérés, car dès qu'ils sont déballés leurs repérages devient problématique ! essayez de savoir de quelle valeur est une capa !? de plus le fait de toucher les connexions les oxydes et le brasage devient de plus en plus difficile.
Brasage (manuel je répète): il faut préchauffer les composants efforts mécaniques dessus, sinon il peuvent casser... Vue leurs tailles il est souvent nécessaire de les coller avant, attention à la colle pour qu'elle ne pollue pas les parties à braser, plages ou pattes.
Débrasage d'un composant : s'il s'agit d'un chip genre résistance ou capa, avec un peu d'habileté et d'habitude il est possible de le débraser avec un seul fer en allant successivement d'une plage à l'autre, sinon utiliser deux fer, un à chaque bout !
Si par hasard il est collé, le mieux est d'éliminer toute brasure avec de la tresse à dessouder fine, puis de "casser" le point de colle...
Pour un gros composant, plus de deux plages, si vous ne souhaitez pas "fine", d'éliminer le boîtier et de dessouder ensuite une à une chaque patte... L'autre solution est d'avoir un thermo-soufflant, genre de sèche cheveux mais qui monte à 500°C, et de débraser d'un coup toutes les pattes, attention quand même aux composants proches... n'hésitez pas à préchauffer le circuit avant, un choc thermique peut faire décoller les couches internes.
Les plages d'accueils : attention c'est tout de même fragile, il ne faut pas les surchauffer lors des opérations de brasage. et éviter d'appliquer des le récupérer, le mieux est de couper toutes les pattes avec une pince coupante

Contrairement à ce que l'on pourrait croire les composants CMS ne sont pas obligatoirement petit, on retrouve la même gamme à peut de chose prêt qu'en composants dits discrets.
Résistances, potentiomètres, condensateurs, diodes, transistors, circuits intégrés, inductances, transformateurs, connecteurs, éléments de puissance, afficheurs...
En gros on doit pouvoir dire que cela tient dans les gabarits de taille de 0,5x0,2 mm (chip 0201) à 80x80mm (QFP408) !
Tous les jours, ou presque, de nouveaux moutons à cinq pattes apparaissent, permettant une plus grande intégration.
Voici une liste non exhaustive de ce que l'on peut trouver avec les dimensions :

Si vous avez des questions ou remarques, retirez le spam- devant l'adresse & remplacez "arobasse" par @ :
(ATTENTION je ne propose aucun service ou vente de matériel, voir les liens ci-dessus)

Axial	Un composant axial, est un composant dont les connexions sortent par les axes.
Circuit Imprimé	Plaque en bakélite, Époxy, Téflon sur laquelle on pose ou implante les composants.
CMS	Composant Monté en Surface, il n'a aucune connexion qui traverse le circuit imprimé, il est donc monté en surface.
Om	Terme radio amateur "Old Man" : une personne
Rack	Casier de rangement des circuits imprimés nus ou équipés
Radial	Un composant radial, est un composant dont les connexions sortent d'un même coté.
Sérigraphie	Système qui permet de déposer à travers un masque de la colle, de la pâte à braser ou de l'encre.

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COMPONENT SOURCE	Moteur de recherche.