Four de refusion - CIF FT-03

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• Pâte de soudure / pâte à braser (solderpaste) : pâte composée de micro-billes à base d'étain et de flux. Le flux nettoie le contact, prévient l'oxydation et facilite l'adhésion de l'étain lors de la fusion. Cette pâte se présente en pot ou en seringue. Doit être stockée au frais (1-5°)
• CMS : Composants Montés en Surface (SMD : Surface Mount Components). Ce sont des boîtiers (formats) de composants plus petits que les composants dits traversants. Les CMS permettent de gagner de la place, et ne nécessitent pas de perçage.

Les composants CMS permettent un gain de place considérable sur un circuit, mais leurs pastilles sont petites et parfois difficiles à souder à la main avec un fer à souder, ça demande une panne très fine et des gestes précis. Dans le cas de certaines empreintes (par exemple les boîtiers BGA), c'est impossible car les pastille sont sous le composant.

Pour aller plus vite, on utilise la soudure par refusion : on applique une pâte de soudure sur les pastilles, un dépose les composants au bon endroit et on fait cuire la carte dans un four prévu à cet effet. La pâte va alors fondre et souder entre eux pastilles et composants.

On ne soude en général qu'une seule face de cette façon, sinon il faudra mettre de la colle sous les composants de la première face car celle-ci se retrouvera à l'envers lors de la cuisson, les composants pourraient alors tomber. C'est quelque chose qu'il faut garder en tête au moment de la conception du circuit, et donc essayer de mettre tous nos composants CMS sur la même face. On soude les autres composants (traversants) après avoir soudé les CMS.

La montée et descente en température doit se faire selon les caractéristiques de notre pâte, afin d'obtenir des soudures de bonnes qualités et de ne pas chauffer trop vite ou trop longtemps les composants qui sont fragiles.

• Phase de préchauffage : le four commence à chauffer vers la température de trempage en attendant la consigne, afin d'éviter les chocs thermiques et de permettre un dégazage des solvants contenus dans la pâte (et ainsi éviter les projections de pâte) ¹⁾
• Phase de trempage thermique (C1) : homogénéise la température des éléments avant la refusion et active le flux. Dure en génér
• Phase de refusion (C2) : on va monter un peu au-dessus de la température de fusion de la pâte, juste assez longtemps pour que toutes les micro-billes fondent et se soudent, mais pas trop sous peine d'endommager les composants. En général entre 20 et 40° au-dessus du point de fusion de la pâte, pendant 30-60s
• Phase de refroidissement (C3) : refroidissement en douceur, il faut éviter les chocs thermiques. On conseille en général de ne pas dépasser -4°/s.

Chaque alliage comprend une base d'étain, et un ou deux autres métaux pour abaisser la température de fusion et améliorer les propriétés mécaniques ou chimiques :

• 138° : pâte sans plomb au Bismuth → Sn42 Bi58. Plus facile à souder à l'air chaud en raison du point de fusion bas.
• 183° : pâte au plomb → Sn63 Pb37. Standard, bonnes propriétés mais toxique.
• 218° : pâte sans plomb argent cuivre → Sn96.5 Ag3 Cu0.5 (SAC305). Pâte sans plomb assez répandue

Les pâtes se conservent au frais une fois ouvertes !!

Le four dispose de 10 barèmes programmables, on peut agir sur les temps et sur les températures des phases de préchauffage et de refusion, ainsi que sur des paramètres communs : température d'attente et temps de refroidissement.

Barème générique conseillé par le fabricant, enregistré en P1 (trop chaud pour notre pâte 138°), avec en italique le nom des paramètres à régler dans le four :

• Température d'attente/préchauffage (Waiting temperature) : 110°C
• Trempage, nommé Préchauffage dans le four (Preheating temperature) 155°C - (Preheating time) 1,20 mn
• Température de refusion (Reflow temperature) 234°C - Temps de refusion (Reflow time) 1,10 mn
• Temps de refroidissement (Cooling time) 3,00 mn

Barème pour de la pâte au plomb (183°) ²⁾ :

• Préchauffage : 150°
• Trempage : de 150 à 165° - 1,20 min
• Refusion : 225-235° - 20s

Barème pour de la pâte sans plomb haute température (218°) ³⁾ :

• Préchauffage : 150°
• Trempage : de 150 à 180° en 1,20min
• Refusion : 245-255° - 15s

Barème pour de la pâte sans plomb basse température (138°) ⁴⁾ :

• Préchauffage : 110°
• Trempage : de 80 à 130° en 1 à 2m (note : ça ne sert pas à grand chose de mettre une température de trempage inférieure à celle du préchauffage…)
• Refusion : 180° - 40-80s

Pâte à disposition à apprentiLAB : Marque Chipquik, 138°.

Fiche technique : https://www.mouser.fr/datasheet/2/73/SMDLTLFP60T4-773492.pdf

Barème adapté à cette pâte enregistré en P2 : trempage 130° 1min30 ; refusion 180° 60s.

Semble bien marcher mais quelques courts-circuits, voir si ça vient de ce barème ou d'un mauvais étalage de la pâte.

On ne soude en général qu'une seule face de cette manière, celle avec les composants CMS.

Sortir la pâte du frigo en avance pour qu'elle soit à température ambiante.

Nettoyer le circuit avec une lingette à l'alcool.

Fixer le circuit sur un support et l'entourer de plaques au même niveau afin de positionner le pochoir (stencil) par dessus en le gardant le plus plat possible, et en alignant bien les trous avec les empreintes. Fixer le pochoir avec du scotch.

Pas de pochoir ? Essayez de déposer de disposer des morceaux de scotch bleu (adhésif de masquage) sur les zones à couvrir. On peut laisser des trous rectangulaires pour chaque rangée de pastilles d'un circuit intégré, en fondant, l'étain va se séparer entre les pastilles et ne devrait pas laisser de courts-circuits. Dépasser un peu avec le scotch sur les pastilles pour que celles-ci ne soient pas recouvertes complètement de pâte (sinon on aura du mal à placer les composants). Une fois le scotch bien disposé, étaler la pâte finement avec une raclette, comme expliqué ci-dessous…

Mettre des gants. Appliquer la pâte à souder (en seringue ou en sachet) sur le pochoir à l'aide d'une raclette. Il faut bien maintenir le pochoir pour qu'il ne se décolle pas, la pâte risquerait de baver dessous. Il faut une couche régulière sur toutes les pastilles à souder, et il ne faut pas que la pâte déborde trop, ça risque de laisser des petites billes d'étain hors des pastilles. La couche doit être fine, sinon on risque d'avoir trop d'étain et d'avoir des courts-circuits. Remettre la pâte au frais quand on ne s'en sert plus.

Enlever le pochoir et placer délicatement les composants CMS à souder avec une petite pince brucelles (se référer au circuit, notamment les couches Silkscreen ou Fab dans lesquelles on trouve les valeurs et références des composants). Attention au sens, notamment pour les condensateurs polarisés ou les diodes, et surtout pour les circuit intégrés (ils ont une petite pastille pour ne pas se tromper). Pour les autres composants non polarisés, essayer de dans le même sens afin que leurs valeurs soient lisibles sans avoir à retourner la carte.

Vérifier le circuit au microscope (est-ce que les broches sont bien alignées avec les pastilles ? etc.).

Placer la carte sur le plateau du four.

Allumer celui-ci avec le gros interrupteur.

Il va chauffer jusqu'à atteindre sa température de préchauffage (normalement 110°), il va alors biper et indiquer un état “Prêt” (ou Ready) ainsi que le numéro de programme.

Changer de programme : naviguer avec les flèches (boutons A et B) jusqu'à la page des programme, utiliser C pour changer de programme.

Retourner dans la page “Prêt” (avec les touches A et B), et faire C pour lancer la cuisson.

Surveiller la cuisson, ne pas aller faire un tour, il y a risque (minime) de départ de feu !

Quand c'est fini, bien attendre que ça refroidisse, laisser le four se ventiler puis l'éteindre et attendre quelques minutes avant d'ouvrir.

Utiliser des gants pour ne pas se brûler en retirant la carte.

Vérifier la qualité des soudures (à la loupe ou au microscope…).

En cas de court-circuit entre deux pastilles, chauffer au fer à souder, l'étain devrait se séparer et être attiré par les broches/pastilles…

Vérifier aussi les connexions au multimètre en cas de doute, même si c'est fastidieux !

Appuyer simultanément sur A et B.

On entre dans le menu de programmation. Le menu “Cycle” permet de modifier les barèmes.

Pour changer le barème : modifier P0 en appuyant sur C (ça va naviguer entre les programmes dans l'ordre : P0 → P1 → P2 > etc.).

Pour changer un temps ou une température : naviguer dessus avec les flèches A et B, appuyer sur C pour modifier, A et B pour changer la valeur, C pour sauver.

Sortir du menu : avec A et B on revient au menu “Cycle”. Pour sortir complètement du menu programmation, il faut naviguer (A et B) jusqu'au menu “Sortie” (Exit) et faire C…

C'est pas évident, en cas de doute consulter le manuel.

• Vidéo de démo du four : https://www.youtube.com/watch?v=gulzmL_8PCI
• (en) Reflow soldering, avec notamment une section troubleshooting très intéressante qui aide à identifier les problèmes et leurs solutions : https://electronicstalk.com/reflow-oven
• (en) The temperature setting method of reflow soldering, explication d'un barème de façon synthétique : https://www.tronstol.com/the-temperature-setting-method-of-reflow-soldering.html
• (en) From China with love - bad solderpaste, exemples visuels de mauvaise et de bonne pâte de soudure, au microscope : https://lowpowerlab.com/2013/06/19/from-china-with-love-bad-solder-paste/