Concours : atelier de robotique

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Guide de montage et soudage des LEDs traversantes

La diode LED en boîtier de type traversant est un composant sensible aux chocs mécaniques et manipulations de ces fils de connexion. Lors de l'implantation sur le circuit imprimé, il faudra veiller à mettre en forme les fils pour un montage sans contrainte mécanique.
Les temps de brasage et de refroidissement sont aussi des règles à respecter sous peine de détruire les liaisons internes du composant ou tout simplement la puce LED. Il faut également tenir compte des risques de décharges électrostatique sur le composant et prendre les mesures de protection adéquates.

Implantation sur le circuit imprimé

Pour un placement correcte du composant, l'écartement des fils de la LED doivent correspondre au pas des trous de perçage disponibles sur le circuit imprimé.
Un cambrage des fils peut être necessaire pour faire correspondre le pas du composant avec celui du PCB. Reportez-vous à la figure ci-dessous pour les procédures appropriées de cambrage ou pliage des pattes de la LED.
Illustration des différentes façon de monter une led sur un circuit imprimé

Une coche verte sous l'exemple du montage indique une implantation correcte du composant, une croix rouge un mauvaise procédure.

Note 1 : Ne faites pas passer de pistes de circuit imprimé dans l'espace d'implantation de la LED pour éviter les court-circuit.
Il est donc utile de connaître la configuration mécanique finale du système avant ou pendant le routage du circuit.

Montage direct de la led sur face avant de coffret

Cette solution est utilisée quand la LEd est soudée sur le circuit imprimé. Dans ce cas, il faut une correspondance parfaite entre le composant (forme, diamètre…) et l'ouverture ou perçage du boitier ou de la face avant du coffret accueillant la carte électronique.
Illustration du montage mécanique directe d'une led avec un panneau

Montage de la led avec un clips

Les clips permettent de bloquer mécaniquement la LED sur la face avant du boitier contenant le circuit imprimé.
Illustration du montage d'une led avec un clips
Cette solution peut être aussi utilisée quand la LEd est déportée du circuit électronique. Il est alors nécéssaire de souder des fils sur les pattes du composant.

Câblage de fils et isolation des connexions

L'isolation des pattes de connexion du composant se fait aisement avec de la gaine thermo-rétractable. Il faut enfiler des petits manchons de gaine avant les opérations de soudage. Un souffleur d'air chaud permettra ensuite de rétreintre les portions de la gaine protectrice garante d'une bonne isolation électrique (fig. 2).
Isolation des fils d'une led avec gaine thermo-rétractable

Lorsque vous soudez des fils à la LED, l'utilisation de gaine thermorétractable, pour isoler individuellement les fils, est recommandée pour empêcher tout contact et court-circuit accidentel (fig. 2.1).
Soudage de fils de câblage sur une LED

Positionnement de la LED

pour positionner la LED en toute sécurité au dessus du PCB, utilisez les ergots d'arrêt des pattes du composant (fig. 3) ou des entretoises (fig. 4) .
Maintient de la position d'une led sur le circuit imprimé

Règles et procédures de cambrage

Définition : le cambrage est l'action de mettre en forme un fil de composant pour une parfaite intégration mécanique au montage électronique. C'est un pliage propre et respectueux de la fragilité du composant.

Maintenir un jeu de 2 mm minimum entre la base de la LED et le coude du premier conducteur (Fig. 5 et 6).
Illustation des règles de cambrage des pattes d'un composant

Préconisations

Le cambrage ou pliage des fils est effectué avant la soudure, jamais pendant ou après soudage. Ne pas forcer sur la tête de la LED pour cambrer les fils afin d'éviter les fractures dans la résine époxy au risque d'endommager les structures internes du composant. Au cours du pliage, utilisez des outils ou des gabarits pour maintenir le composant solidement pour que la force de flexion ne soit pas transmise à la LED ou ses structures internes.

  • Ne pas effectuer de pliage une fois que le composant a été monté sur le circuit imprimé (Fig. 7).
  • Ne tordez pas les fils plus de deux fois (Fig. 8).
  • Après une opération de soudage, laisser la diode refroidir à 50 °C avant de lui appliquer une contrainte mécanique (fig. 9).

D'un manière général, évitez d'exercer une force excessive sur le LED pour éviter de l'endommager.
Illustation des containtes et forces mécaniques à éviter sur une led

Cambrage des fils

Ne pas saisir le composant par sa tête pour le pliage des fils. Quand vous pliez les fils, la LED doit être maintenue fermement par la partie supérieure des fils.
Illustation du cambrage des pattes d'une LED

Jeux d'assemblage avec les supports

Pendant la soudure, les capots et supports de composant doivent posséder un jeux d'assemblage suffisant pour éviter toute contrainte mécanique pouvant se révéler destructrice pour la LED lors du brasage.
Illustation des jeux d'assemblage d'une LED

Soudure manuelle de la LED

Le fer à souder ne doit pas dépasser 30 W de puissance. La température maximale de brasage est de 300 °C avec de la soudure Pb-Sn et 350 °C pour la soudure sans plomb pour des leds ordinaires et les afficheurs. Pour les LEDs bleu (425nm), bleu-vert (525nm), et toutes les LED blanches, la température du fer à souder maximale est de 280 °C.

  • Ne placez pas le fer à souder sur le composant plus de 3 secondes,
  • la pointe du fer à souder ne doit jamais toucher le boitier de la LED ou du composant,
  • ne pas appliquer une contrainte mécanique au composant qui n'est pas refroidi en dessous de 85 °C (risque de destruction des conducteurs internes ou de la puce).

Mauvais positionnement de la LED

En cas de désalignement et si un repositionnement est nécessaire, ne pas forcer sur la LED tout en appliquant un fer à souder. Illustation mauvais repositionnemet d'une LED

Correction et réparation du positionnement

  • Il faut déssouder le composant en retirant la soudure avec un une tresse à déssouder, un pompe ou poste de déssoudage,
  • Il faut ensuite ressouder la LED à l'aide d'un guide de soudage (comme illustré ci-dessous).

Etapes de bon repositionnemet d'une LED
Entre l'opération de déssoudage et ressoudage, laisser refroidir le composant sous peine d'endomager sa puce (diminution de la durée de vie et du rendement lumineux).

Protection aux ESD

Des décharges d'électricité statique peuvent se produire lorsque des composants sensibles rentre en contact avec l'opérateur ou un autre conducteurs. Les procédures suivantes peuvent diminuer la possibilité de dommages dûe aux décharges électrostatiques.

  • Minimiser la friction entre le produit, le circuit ou le composant et ses environs afin d'éviter l'accumulation statique.
  • Mise à la terre de toutes les machines de production et instruments de test.
  • Les opérateurs doivent porter des bracelets anti-statiques.
  • Porter des vêtements anti-statique dans les zones de productions ou au poste de travail.
  • Mettre en place des zones de protection ESD à l'aide de tapis ou plateformes métalliques mis à la terre pour la manutention des composants.
  • Tous les postes de travail qui traitent des composants et circuits intégrés sensibles aux ESD doivent maintenir un potentiel électrostatique de 150V ou moins.
  • Maintenir un taux d'humidité de 50% ou plus dans les zones de production.
  • Utilisez des emballages anti-statique pour le transport et le stockage.

Nettoyage des composants

Ne vous servez pas de solvants organiques pour le nettoyage, car ils peuvent dissoudre ou endommager la lentille de la LED. L'alcool isopropylique ou l'eau déminéralisée sont recommandés pour le nettoyage. Une attention particulière doit être prise si d'autres produits chimiques sont utilisés pour le nettoyage, car d'autres solvants peuvent endommager l'époxy de la lentille ou son support.

Tout nettoyage doit avoir lieu à température ambiante et les circuits sont lavés pendant une minute ou moins. Lorsque l'eau est utilisée pour le nettoyage, utiliser immédiatement un séchage forcée à l'air pour éliminer toutes traces d'humidité excessives et éviter la formation de moisissures.