[Tutoriel] SMD/SO ---> DIP: la méthode du tricheur...

[Tropique]

Hello,

Je vais vous proposer une méthode permettant de monter (relativement) facilement des ICs miniatures, en boitier xSO, sur des circuits conventionnels.

Plusieurs tendances m'ont poussé à développer cette méthode:
- De plus en plus d'ICs n'existent même plus en DIP: seules les versions SMD sont offertes par les fabricants.
- Les boîtiers SMD eux-mêmes évoluent, toujours vers plus de miniaturisation.
- Parallèlement, ma vue baisse, ce qui est très fâcheux.

Il existe bien des circuits adaptateurs, mais cette solution ne me convient que modérément: il faut un modéle spécifique pour chaque boitier, ils sont assez chers, et ils ajoutent des capas et des inductances parasites dans le circuit.

La méthode décrite ici ne nécéssite pas de matériel spécifique, ni de chimie, ni de fer à souder miniature, ni des yeux de vingt ans, ni une dextérité manuelle exceptionnelle. Son coût est dérisoire, et elle s'adapte à tous les modèles de boitiers.
Pour se familiariser avec, il faut faire quelques "tours d'entraînement", pour se roder, et ensuite ça va tout seul.
C'est une méthode assez structurée et déterministe, qui ne dépend pas trop de la qualité du matériel ou de l'opérateur, pourvu qu'elle soit acceptable.

Entrons dans le vif du sujet.

Le matériel:
Voir photos matos et produits. Il faut un peu d'outillage standard, et quelques fournitures:
- Une source de fil de cuivre nu, d'un diamètre compatible avec la taille des pins de l'IC qu'on veut "convertir". Ici, pour un SO de base qui sera pris en exemple, on utilisera du 0.3mm; ce n'est pas critique, et ce serait gérable entre 0.2 et 0.4 ou 0.5. Deux possibilités sont montrées: du fin fil monobrin de cablage et du multibrin.
- Une résistance de puissance de 4 à 10W, en boitier céramique de section carrée, d'une valeur peu critique, mais qui permettra de dissiper environ le double de sa puissance nominale avec l'alim dont on dispose. P.ex., si on a une alim de 30V, une valeur de 100 ohms 5W conviendrait.
- Une pince à linge en bois.
- Un peu de papier bristol (carte de visite p.ex.).
Il faudra aussi du mastic epoxy, ou alternativement, de la colle à deux composantes avec une poudre de charge quelconque: ciment, platre, perlite, etc.

La procédure:
Il faut d'abord dénuder le fil et récupérer un brin: voir prepa1. Il faut également couper une bande de bristol, légèrement plus étroite que le corps de la résistance.
On fait alors un tour de fil autour de cette bande: prepa2.
On maintient la bande contre une des faces de la résistance, et on bobine le fil autour de celle-ci: bobine1 et 2.
Il faut que le pas du bobinage corresponde à celui de l'IC que l'on va convertir.
Il y a plusieurs méthodes pour y arriver:
- Le pifomètre: ici, avec un circuit n'ayant que 8 pins elle est utilisable, même si on a pas le compas dans l'oeil.
- Le pifomètre assisté: on repère la distance totale sur la résistance, et on met le nombre de spires correct dans ces limites.
- L'IC lui même: si on frotte quelques fois les pins de l'IC contre la résistance, celle-ci agit comme une pierre de touche, et des traits, légers mais correctement espacés apparaissent, et sont suffisants pour servir de guide visuel.
- La méthode "organisée": on génère avec un programme de dessin des règles calibrées, que l'on découpe ensuite en bandelettes de 1mm que l'on insère sous le bobinage.

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[Tropique]

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On peut être généreux avec le bobinage: on peut rajouter un ou deux tours d'amorce, au début et à la fin.
Il ne faut pas se focaliser de façon excessive sur la précision et la régularité du bobinage: on pourra rectifier ultérieurement.
On arrête le bobinage en enroulant la fin du fil autour de la queue de résistance.
Le bobinage doit être fait avec une tension "normale". S'il est trop mou et lâche, il ne sera pas stable, et s'il est trop serré, l'ajustage sera impossible.
Pour l'ajustage, on se sert de l'IC lui-même comme gabarit et "peigne": on pose les broches contre la résistance, entre les spires, et on pousse gentiment, alternativement d'un côté puis de l'autre, pour positionner le fil correctement. On peut aussi s'aider d'un petit outil en se servant de l'IC comme gabarit.

Etape suivante: l'étamage.
Il faut soigneusement et abondamment étamer les broches de l'IC et les spires sur le côté opposé au bristol.
Cette opération doit être aussi longue que nécéssaire, mais doit se faire à basse température: 300°C maximum. C'est nécéssaire pour plusieurs raisons. Il ne faut pas dégrader la résine du flux de soudure dont on aura besoin dans la suite des opérations, il ne faut pas produire d'oxydes inutiles sur la soudure, et il faut éviter la formation d'intermétalliques qui comprometraient l'adhérence et la solidité ultérieure.
On peut s'aider d'un supplément de colophane si on en dispose (le bloc ambré sur la photo produits).
L'étamage doit être aussi chargé que possible sans faire de "boules".

On passe alors à la fixation de l'IC.
On positionne de façon précise l'IC sur le bobinage, on le presse bien avec un doigt, et avec un fer à souder on fond l'étain de deux pins en diagonale, dans les coins: voir fixation. On peut ensuite appliquer la pince à linge sur le tout: voir pression.

On va maintenant refondre l'étain précédemment appliqué.
On met la résistance en chauffe, à deux fois sa puissance nominale, et on surveille: au bout d'une ou deux minutes, l'étain commence à fondre. On peut immédiatement couper l'alimentation, l'inertie thermique suffira à garantir la fusion de toutes les soudures.
On laisse alors refroidir, éventuellement en assistant par ventilation, et on se retrouve avec l'IC soudé au bobinage: voir refondu1 et 2.

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[Tropique]

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On inspecte soigneusement le résultat, pour s'assurer que toutes les soudures ont pris correctement. S'il en manque une, on peut prudemment tenter de la reprendre au fer à souder, ou on peut refaire un cycle de refusion, en mettant le défaut côté ouvert de la pince à linge: au moment ou la fusion commence, on applique du fil de soudure sur la pin manquante pour être sur qu'elle soit assez chargée.
On va maintenant pouvoir séparer le circuit de la résistance: on sectionne la totalité des spires sur le bristol: coupé. On écarte délicatement les fils pour vaincre l'adhérence de la résine, et on se retrouve avec le circuit muni de fils: libéré1 et 2.
L'étape suivante est la protection des soudures par enrobage.


Enrobage
On va utiliser soit du mastic époxy tout prêt, soit le faire soi-même. On ne peut pas utiliser la résine pure, elle est trop fluide pour rester à l'endroit d'application. On va l'épaissir avec un matériau pulvérulent quelconque. Cela peut-être quelque chose de prévu spécifiquement pour cette application, comme de la poudre de quartz, des microbilles de verre ou de céramique, mais ça peut également être n'importe quelle poudre minérale (et isolante) que l'on a sous la main: le but n'est pas de renforcer les propriétés mécaniques, mais juste de contrôler la consistance. Ici, ce sera du ciment blanc, pour cause de disponibilité: voir époxy1 et 2. On mélange soigneusement l'ensemble, en ajoutant progressivement la poudre, jusqu'à obtenir une pâte épaisse, mais pas rèche. Il faut un petit peu d'expérience pour arriver à juger quand la consistance est correcte.

A suivre...

[Tropique]

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Lorsque le mélange a la consistance voulue, on peut l'appliquer sur les soudures en se servant d'une petite spatule ou outil similaire: tournevis, etc. Il faut en mettre suffisamment pour complètement englober les soudures; veiller particulièrement à soigner les extrémités. Voir enrobé.
Cette étape est nécéssaire, d'une part pour arriver à un résultat solide et manipulable, et d'autre part pour que l'opération de coupure des ponts centraux se passe bien. Avant de procéder à la coupure, il faut attendre que l'époxy soit parfaitement et complètement durci, sous peine de déboires sérieux.
C'est d'ailleurs la raison pour laquelle les photos final1 et 2 concernent un autre circuit, préparé précédemment (comme dans les émissions culinaires!).
Ici, la coupure des ponts centraux a été faite au moyen d'un disque à tronçonner, monté sur une mini-perceuse. On pourrait également utiliser un scalpel, pour couper les fils un à un, mais il faut être prudent et délicat pour ne pas endommager l'IC. Si on disque, il faut y aller doucement pour ne pas risquer d'arracher les connections, de surchauffer les fils, ou de pénétrer dans le boitier de l'IC.
Tout cela demande un peu de soin et de délicatesse, mais il n'y a rien d'insurmontable pour un électronicien normal.
Comme on le voit, le résultat final est quelque chose de robuste et facilement manipulable, dont on peut directement enfiler les fils dans les trous d'une empreinte DIP, si l'on se passe de support de circuit intégré.
Nous verrons dans la suite comment faire un substitut de boitier DIP, insérable dans un support normal.

A suivre

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tropique]

Suite...

L'image "direct" montre le résultat lorsque l'IC est monté sans intermédiaire, directement dans les trous du PCB; cette méthode n'ajoute que des éléments parasites négligeables.
Si l'on veut rendre le circuit facilement interchangeable, on va fabriquer une petite pièce d'adaptation: voir carrier. Il s'agit d'un petit morceau de plaque d'éxpérimentation sur lequel on soude des queues de composants. Celles-ci doivent être en kovar, pour des raisons de rigidité, et parce que cet alliage a une faible conductivité thermique. Toutes les diodes, comme celle qui est montrée en photo ont des terminaisons en kovar. C'est aussi le cas d'un bon nombre de condos céramiques (le kovar est facile à reconnaître, il est magnétique).
Il reste à enrouler les fils de l'IC autour des broches de l'adaptateur (prepa), et à les souder.
On dispose alors d'un excellent substitut de DIP: voir soudé1 et 2.

Voilà, fin de parcours. la méthode décrite est "clé en main", et couvre tous les aspects, du début à la fin. Elle est un peu fastidieuse, mais elle est fiable, robuste et économique. Une fois que l'on s'est familiarisé avec, rien n'empêche de "broder" autour, en fonction de ses nécéssités et aptitudes: certains estimeront peut-être que la refusion par résistance est inutile, et préféreront souder manuellement les broches avec un fer à souder miniature.
Ou si on dispose de crème à souder comme celle qui est sérigraphiée sur les PCB SMD, on peut la substituer à l'étape de l'étamage. Etc, etc, ...

Maintenant, place aux commentaires, questions et suggestions éventuelles: comme toute méthode, celle-ci est améliorable, et si vous avez de meilleures idées, n'hésitez pas à en faire profiter tout le monde.
A+

[Antoane]

Bonjour,

Pas de question particulière, juste pour remercier et féliciter Tropique pour son travail !

[invite680fe1c7]

Je vais paraître con, mais c'est quoi un ICs,DIP,une versions SMD et un boitier xSO? merci

[Tropique]

Me revoici pour une petite mise à jour.
Je vais en profiter pour répondre (tardivement) à la question précédente:

DIP = Dual In line Package: boitier d' IC (Integrated Circuit) traditionnel, à connections traversantes.
SMD = Surface Mounted Device = Composant Monté en Surface
SO = Small Outline: boitier miniature. Parfois précédé d'une ou plusieurs lettres qui définissent le type exact de boitier.

Pour arriver à effectuer le bobinage du fil sur la résistance avec le pas exact du circuit intégré, on peut aussi faire un double bobinage avec un fil supplémentaire qui ne servira qu'à espacer correctement le fil principal. Il suffit que la moyenne des diamètres des deux fils soit égal au pas. En général, on prendra des diamètres égaux ou proches.

Il y a deux optiques:
-Soit on utilise ce fil uniquement pour la phase du bobinage, et on l'enlève une fois que celui-ci est terminé, avant de passer à la soudure.
-Soit on laisse le fil en place pendant toute l'opération, mais dans ce cas, il doit pouvoir résister à la chaleur et n'être pas soudable: fil émaillé, fil résistif, inox non soudable, etc.
Cette dernière méthode a l'avantage de faire une "barrière" aux ponts de soudure, et permet de garder le fil parfaitement en place durant toute l'opération.
L'effet de barrière permet même de faire la soudure au fer, plutot que par refusion: la panne du fer peut être beaucoup plus large que l'écartement de pins sans inconvénient (à condition d'être généreux avec la résine).

[schneiderj]

Jolie tour de force... mais cela représente un sacré boulot !

Il te faut combien de temps pour un 16 pattes ?

Jean-Marie

[Tropique]

Jolie tour de force... mais cela représente un sacré boulot !

Justement pas; c'est une méthode quasi industrielle, et ce qui prend le plus de temps est de réunir tout le matos. Une fois qu'on est lancé, ça va vite, et ça ne dépend pas beaucoup du nombre de broches.
Evidemment, pour un seul exemplaire, si on prend en compte le temps de durcissement de l'époxy, etc, ça fait facilement quelques heures... pendant lesquelles on peut faire aussi des tas d'autres choses.

[invite8545f7c5]

très joli... En passant c'est quoi la carte sur laquelle est posée le circuit dans la photo "prepa.jpg"?

[Tropique]

très joli... En passant c'est quoi la carte sur laquelle est posée le circuit dans la photo "prepa.jpg"?

C'est une carte pour prototypage en wire wrap