Comment utiliser un dissipateur thermique lors du soudage ?

La soudure est l’une des compétences les plus utiles pour effectuer des réparations électroniques à la maison. Elle m’a permis d’économiser des centaines de dollars en factures d’électricien, et un outil de soudure particulier, le dissipateur thermique, m’aide également à économiser sur les composants.

Lors de la soudure, veillez à ce que le dissipateur thermique soit placé entre le joint et le reste du composant ou du fil. Le dissipateur thermique détournera l’attention du composant afin qu’il ne soit pas endommagé par une surchauffe.

Les dissipateurs thermiques sont une arme secrète que vous pouvez utiliser pour améliorer votre jeu de soudure. Ils sont particulièrement efficaces lorsque vous travaillez sur des fils ou des composants sensibles à la chaleur avec des fils. Dans cet article, je vais vous expliquer comment et pourquoi utiliser un dissipateur thermique.

Qu’est-ce qu’un dissipateur thermique de soudure et pourquoi est-il important ?

La soudure est une méthode utile pour assembler des composants et des fils électriques. Elle consiste à ajouter un matériau de remplissage – la soudure – à un joint pour réaliser une connexion électrique propre et efficace.

La soudure est une méthode à basse température pour réaliser ces connexions. Contrairement au soudage ou au brasage, qui chauffent les métaux à 600 °C ou plus pour les faire fondre et littéralement les fusionner, le brasage n’a besoin que d’atteindre 200 à 300 °C pour réaliser de bonnes connexions. Cela le rend beaucoup plus utile pour les applications électriques.

Dans le domaine de l’électronique, les températures trop élevées peuvent être particulièrement destructrices, entraînant la combustion des composants, leur comportement erratique ou la réduction de leur durée de vie. Même si le brasage est une méthode à basse température, la surchauffe reste un problème, en particulier pour les petits composants.

Dissipateurs thermiques

Au fil des ans, les ingénieurs ont inventé un outil pour résoudre le problème de la surchauffe lors du brasage : le dissipateur thermique. Les outils dédiés aux dissipateurs thermiques ressemblent à de petites pinces que l’on place entre le joint de soudure et le composant sensible à la chaleur. Les dissipateurs thermiques peuvent également être improvisés à l’aide de pinces crocodiles.

Les dissipateurs thermiques sont généralement constitués d’un métal de faible masse et à forte conductivité thermique, comme l’aluminium. Il offre un « chemin de moindre résistance » à tout excès de chaleur appliqué au joint de soudure. Au lieu de se déplacer le long du fil ou du câble, la chaleur supplémentaire se déplace dans le dissipateur thermique et est atténuée. Cela empêche les composants de surchauffer.

Les dissipateurs thermiques vendus par les professionnels existent généralement en deux versions : certains ont des extrémités courbes et d’autres des extrémités droites. Ceux qui ont des extrémités courbes peuvent être plus polyvalents pour les petits joints et fils. Sinon, la plupart des électriciens recommandent les dissipateurs de chaleur à extrémités droites.

Les autres outils de soudure et leurs fonctions

Dans une seconde, je vous donnerai un guide étape par étape de la soudure avec un dissipateur thermique, mais tout d’abord, présentons les outils que nous allons utiliser. Certains d’entre eux sont essentiels, comme la soudure elle-même, tandis que d’autres sont facultatifs (mais recommandés).

Fer à souder

Le fer à souder est pratiquement indispensable à la soudure. Certains passionnés de MacGuyver ont réalisé des soudures en utilisant un allume-cigare standard, mais ignorons-les pour l’instant. Si vous voulez de la précision dans vos soudures, vous devez acheter un fer à souder.

Les fers à souder existent dans une grande variété de formes et de tailles. Ils peuvent produire une chaleur élevée (on parle parfois de haute puissance), supérieure à 500 °C, ou des températures moyennes à basses, comprises entre 250 et 400 °C. Certains fers à souder permettent de régler la température à l’aide d’un bouton, mais ils sont généralement plus chers.

Une variété de fer à souder particulièrement cool est le pistolet à souder. Ceux-ci ont généralement une pointe à la jonction de deux fils métalliques, ce qui leur permet de chauffer et de refroidir très rapidement grâce à un courant électrique.

Les fers et les pistolets à souder sont tous équipés d’une panne, mais il arrive que vous souhaitiez en acheter une autre. Les pointes plates – un peu comme la pointe d’un tournevis plat – sont parfaites pour les fils. Les pointes en forme de crayon sont plus adaptées aux circuits imprimés, par exemple.

La soudure

Si vous voulez souder, vous avez besoin, vous l’avez deviné, de soudure ! Quelle est cette matière étrange et brillante ?

La soudure traditionnelle est composée d’étain et de plomb, généralement alliés dans un rapport de 60/40. Cela lui confère une température de fusion d’environ 200 °C, ce qui la rend extrêmement polyvalente pour réaliser des connexions à basse température pour des objets tels que des fils et des circuits imprimés.

Le plomb est assez toxique, aussi, dans le monde moderne et soucieux de sa santé, de nouvelles soudures ont été inventées qui ne contiennent pas de plomb. Ces soudures sans plomb contiennent des alliages d’étain, d’argent, de cuivre et parfois d’autres métaux. Elles fonctionnent tout aussi bien mais fondent généralement à une température légèrement supérieure, autour de 220 °C.

Grâce aux métaux dont elle est composée, la soudure est hautement conductrice d’électricité et de chaleur. Elle fond facilement lorsque vous essayez de l’appliquer, et une fois qu’elle s’est solidifiée, vous obtenez une connexion électrique stable ! En supposant que vous le fassiez correctement, c’est-à-dire (nous y reviendrons plus tard).

Soudure à la colophane

Certaines variétés de soudure que vous rencontrez contiennent ce que l’on appelle des « noyaux de colophane » ou « flux de colophane ». Il s’agit d’un matériau acide qui nettoie les matériaux sur lesquels vous appliquez la soudure. Pour les soudures électroniques, je recommande d’utiliser des soudures avec des noyaux de colophane. Elle devrait être facile à trouver.

La soudure est généralement vendue sur des bobines contenant une longueur ou un poids spécifique du matériau. En fonction de ce que vous allez souder, vous devez choisir un type spécifique. Si les dommages causés par la chaleur sont une préoccupation majeure, je recommande la soudure traditionnelle, car elle fond à une température plus basse. Sinon, la soudure sans plomb fonctionne très bien.

Support et éponge de nettoyage

Ces articles ne sont pas indispensables, mais je vous recommande de les acheter. Un support de fer à souder est un joli petit support sur lequel vous pouvez poser le fer à souder lorsque vous ne l’utilisez pas. N’oubliez pas que le fer à souder peut atteindre des centaines de degrés, il est donc préférable de ne pas le laisser traîner là où vous pourriez le toucher accidentellement et vous brûler.

Certains supports ont également un support pour une éponge. Vous pouvez humidifier l’éponge avec de l’eau froide, puis essuyer la pointe du fer à souder sur l’éponge pour la nettoyer. Vous éviterez ainsi d’avoir un tas de contaminants poisseux sur votre soudure.

Troisième main

Lorsque vous soudez, vous avez une main pour tenir le fer et une main pour tenir la soudure. Malheureusement, il ne vous reste aucune main pour tenir la pièce à souder, qui peut bouger lorsque vous appliquez le fer sur elle.

Heureusement, les ingénieurs ont résolu ce problème également. Vous pouvez vous procurer un support équipé de petites « mains » – des pinces réglables qui peuvent être placées dans un grand nombre de positions – pour tenir vos fils ou vos composants pendant que vous les soudez.

Surtout si vous êtes novice en matière de soudure, cela vous aidera à faire un travail cohérent et de qualité. Rien n’est plus frustrant qu’un fil qui s’échappe sans cesse lorsque vous le touchez avec le fer.

Système d’évacuation ou ventilateur

Si vous avez déjà fait des soudures, vous savez qu’une petite traînée de fumée se dégage lorsque vous faites fondre la soudure. N’oubliez pas que cette substance est composée de métaux comme le plomb, l’étain et le cuivre. Vous ne voulez pas inhaler ce gaz. Il vous irritera le nez et, si vous soudez trop souvent sans ventilation, il peut entraîner des complications dangereuses pour la santé.

Ce problème est facilement résolu par un simple ventilateur ou, idéalement, par un système d’évacuation. Après tout, un ventilateur ne fera que disperser le gaz dans votre espace de travail en plus petites quantités – il ne l’éliminera pas complètement comme un système d’évacuation.

Vous ne seriez pas la première personne à le faire si vous faisiez des soudures sans ventilation, mais en général, je recommanderais d’avoir un flux d’air quelconque.

Autres outils et matériaux

Si vous travaillez avec des fils, vous aurez peut-être besoin d’autres outils pour les manipuler, notamment (mais pas uniquement) des dénudeurs, des coupeurs ou des pinces.

Si vous travaillez sur un circuit imprimé, vous aurez bien sûr besoin d’une carte de circuit imprimé. Il en existe de toutes les formes et de toutes les tailles, et elles ont toutes une résistance différente à la chaleur ( !), alors assurez-vous de choisir celle qui convient à vos applications.

Matériaux thermosensibles : Ce que vous devez savoir

Avant de passer à la soudure, prenons une seconde pour nous assurer que vous ne ferez pas exploser votre matériel ou que vous n’endommagerez pas vos composants en les surchauffant.

Cela va sans dire, mais certains matériaux sont plus sensibles à la chaleur que d’autres. Lorsque vous soudez, vous n’avez pas à craindre de faire fondre vos fils. Par contre, l’isolation de vos fils… Si vous ne faites pas attention, vous allez la brûler, la faire fondre, la rendre spongieuse ou même y mettre le feu.

Les composants électriques des circuits imprimés peuvent également être vulnérables à la surchauffe. Beaucoup d’entre eux contiennent des boîtiers en plastique TO-92 ou TO-220 sur des semi-conducteurs, qui peuvent fondre facilement. Les autres composants électroniques qui peuvent être endommagés sont les diodes au germanium, les condensateurs, les résistances, les interrupteurs à lames et les transistors.

Heureusement pour vous, tous les éléments que je viens de mentionner peuvent être facilement protégés par un dissipateur thermique, car ils contiennent tous des fils. Si vous n’utilisez pas de dissipateur thermique, ces matériaux sont susceptibles de surchauffer, surtout les plus petits. Même si vous ne remarquez pas les dommages au début, il est très probable qu’ils fonctionneront de manière étrange et ne fonctionneront pas aussi longtemps que prévu.

Données thermiques des composants

Si vous ne savez pas si un composant est vulnérable à la chaleur ou non, vous pouvez généralement le découvrir sur sa fiche technique.

La fiche technique indique une température de jonction maximale. Il s’agit de la température maximale à laquelle vous pouvez chauffer le composant avant qu’il ne soit endommagé. Les soudures atteignent généralement entre 200 et 250 °C. Assurez-vous donc que la température de jonction maximale est supérieure à cette valeur ou utilisez un dissipateur thermique.

Les fiches techniques comprennent aussi parfois un profil de soudure. Celui-ci décrit les étapes à suivre pour souder le composant en toute sécurité, avec des détails sur la durée et la température de chauffage. Certains profils de soudage précisent qu’il faut utiliser un dissipateur thermique.

Guide de soudure avec un dissipateur thermique

Maintenant que nous avons parlé des composants que nous devons faire attention à ne pas endommager et que nous avons acquis tous nos matériaux de soudure, nous pouvons parler de la façon de souder. C’est là que ça devient amusant !

Peu importe ce que vous allez souder, voici quelques procédures générales à suivre :

• Préchauffez votre fer à souder. À moins que vous n’utilisiez un pistolet à souder, cela prendra probablement plusieurs minutes. Branchez-le et soyez patient. Vous voulez que le fer à souder soit à une température constante pendant que vous travaillez, alors laissez-le préchauffer à sa température de fonctionnement avant de commencer.
• Fixez le joint. Si vous travaillez avec des fils, tordez les deux fils ensemble pour qu’ils soient verrouillés en une seule pièce. Si vous faites passer des fils à travers un circuit imprimé, pliez les fils à l’arrière pour qu’ils ne bougent pas. Fixez le joint en vous aidant des mains si vous en avez à disposition.
• Coupez la soudure de la bobine. Il est un peu difficile de tenir toute la bobine pendant que vous essayez de travailler. Coupez plutôt un morceau que vous pourrez appliquer directement sur le joint avec votre main non dominante. Votre main dominante tiendra le fer à souder.
• Chauffez le joint, puis appliquez la soudure sur le joint. C’est probablement la plus grande erreur que font les gens lorsqu’ils font de la soudure. Ne mettez pas le fer à souder en contact avec la soudure elle-même ! Appliquez plutôt le fer à souder sur le joint, en le chauffant. Ensuite, touchez la soudure sur le joint. Si la soudure ne commence pas à fumer et à fondre, continuez à appliquer le fer jusqu’à ce que ce soit le cas.
• Laissez la soudure refroidir naturellement. Voici une autre erreur courante : ne soufflez pas sur la soudure – laissez-la refroidir naturellement. Si vous soufflez dessus, elle peut refroidir de manière inégale et casser vos fils. Elle peut également se cristalliser d’une manière différente qui la rend moins conductrice. Alors détendez-vous – laissez-la refroidir pendant quelques minutes pendant que vous faites (ou soudez) autre chose.
• Lavez vos mains lorsque vous avez terminé. Les métaux contenus dans la soudure sont assez dangereux. Vous ne voulez pas les ingérer, alors assurez-vous de vous laver les mains lorsque vous avez fini de travailler.

Parlons maintenant des spécificités de la soudure de différents objets, et voyons quand et comment vous pouvez utiliser un dissipateur thermique pour faire un bon travail. Vous pouvez souder un certain nombre de choses différentes, mais celles dont je parlerai le plus sont les fils et les composants des circuits imprimés.

Le soudage de fils avec un dissipateur thermique

La façon la plus simple d’apprendre à souder est d’utiliser des fils, car ils sont relativement grands, peuvent être fixés, ne surchauffent pas et si vous faites une erreur, elle est facile à réparer.

Préparation

Pour préparer vos fils, vous devez commencer par les dénuder. Environ un demi-pouce chacun devrait suffire.

Si vous souhaitez éventuellement recouvrir votre soudure d’une gaine thermorétractable, vous devrez ensuite la glisser sur l’un des fils. Dans ce cas, vous aurez absolument besoin d’un dissipateur thermique – j’y reviendrai dans une seconde.

Ensuite, prenez les fils exposés et tordez-les ensemble pour former un joint unifié.

Fixez le joint à l’aide de vos mains ou, si vous n’avez pas de mains à votre disposition, mettez-les sur un matériau que vous pouvez brûler un peu, comme un morceau de bois.

Le dissipateur thermique

Lorsque vous soudez des fils, le dissipateur thermique est principalement utilisé pour éviter d’endommager l’isolation des fils. Le dissipateur thermique peut également empêcher la fermeture prématurée de votre gaine thermorétractable.

Il suffit de fixer le dissipateur thermique sur le fil entre le joint et l’isolation/la gaine thermorétractable. Cela empêchera la chaleur d’être transférée le long du fil et dans la gaine isolante/rétractable et de l’endommager.

Facile, non ?

La soudure

Votre joint de fil est maintenant prêt à être soudé et à sceller la connexion électrique entre les deux extrémités. En suivant les conseils ci-dessus, vous commencerez par préchauffer votre fer à souder.

Une fois le fer préchauffé, prenez-le dans votre main dominante, la soudure dans l’autre main. Chauffez le joint du fil (pas la soudure !) avec le fer à souder. De temps en temps, tapez sur le joint avec la soudure pour voir si elle est assez chaude pour fondre. Il ne faut que quelques secondes pour que la soudure soit suffisamment chaude.

Lorsque le joint est suffisamment chaud, la soudure fond et fume au contact. Appliquez la soudure sur l’ensemble du joint.

Laissez votre joint refroidir, et il devrait être prêt à être utilisé !

Couvrir le joint

Une fois que la soudure a refroidi, vérifiez que vous avez fait du bon travail en testant votre appareil connecté à travers le joint. S’il fonctionne, vous êtes prêt à le recouvrir.

Prenez le morceau de gaine thermorétractable que vous avez glissé plus tôt et faites-le glisser directement sur le joint de soudure. Utilisez un pistolet thermique pour le chauffer, en fermant le couvercle, et voilà ! Vous avez maintenant un fil bien habillé et qui fonctionne parfaitement.

La soudure de composants à travers le support sur les cartes de circuits imprimés

Outre les fils, l’autre cas le plus courant de soudure est celui où vous fixez un matériau sur une carte de circuit imprimé. Si la carte de circuit imprimé comporte des trous dans lesquels on peut faire passer les fils des composants, on parle alors de soudure de composants à travers un trou.

Le soudage des circuits imprimés est un peu plus délicat que celui des fils, car les connexions sont plus petites. Avec un peu de pratique, vous devriez être capable de vous débrouiller.

La préparation

Comme précédemment, vous devez préchauffer votre fer à souder et fixer le circuit imprimé. Si le composant que vous soudez a des fils assez longs, pliez-les au dos du circuit imprimé pour les maintenir en place.

Le dissipateur thermique

Vous allez souder les composants à l’arrière de la carte de circuit imprimé, ce qui laisse de la place pour le dissipateur thermique à l’avant de la carte. En fait, la carte elle-même fait un peu office de dissipateur thermique, mais ne comptez pas sur lui pour dissiper toute la chaleur, car vous risqueriez d’endommager d’autres composants ou la carte elle-même.

Prenez votre dissipateur thermique et fixez-le au fil situé à l’avant de la carte. La chaleur qui est transférée par le fil n’atteindra pas le composant, mais sera envoyée dans le dissipateur thermique.

La soudure

Les joints sur les cartes de circuits imprimés ont tendance à être beaucoup plus petits et plus délicats. Vous pouvez généralement utiliser une chaleur plus faible sur votre fer à souder car les cartes de circuits imprimés ont tendance à être très conductrices de chaleur.

Une fois le fer préchauffé, touchez l’intersection du fil et de l’arrière de la carte pour chauffer le joint. De temps en temps, tapez dessus avec la soudure pour voir si elle est suffisamment chaude. Lorsque le joint est suffisamment chaud, la soudure fond et fume.

Vous devez faire attention à la quantité de soudure que vous appliquez sur les joints de circuits imprimés comme celui-ci. Si vous en appliquez trop, vous pouvez provoquer un court-circuit de la carte. Si vous n’en appliquez pas assez, la connexion risque d’être moins bonne. Il faut juste assez de soudure pour se regrouper autour de la connexion et former une toute petite bosse.

Retirez la soudure avant le fer à souder afin que la soudure ne se solidifie pas sur la carte. Laissez-la refroidir normalement, sans souffler dessus.

Couper les fils

Utilisez une paire de pinces coupantes pour couper tout plomb supplémentaire au-delà du joint. Si vous laissez trop de fil sur la carte, elle peut provoquer un court-circuit et ne pas fonctionner correctement.

Les cas où vous ne pouvez pas utiliser un dissipateur thermique

Si les dissipateurs thermiques sont parfaits pour protéger les composants et les fils lors du brasage, ils ne peuvent pas toujours être utilisés. Si les fils ou les câbles sont très courts, par exemple, il se peut qu’il n’y ait pas assez de place pour fixer un dissipateur thermique entre le composant et le joint.

L’étamage

La méthode la plus difficile pour connecter des composants sur des cartes de circuits imprimés est l’étamage. Contrairement au soudage des trous traversants, vous ne disposez pas d’un espace suffisant pour fixer un dissipateur thermique.

L’étamage est le plus courant pour les cartes de circuits imprimés qui ne comportent pas de trous. Certains composants, comme les puces électroniques, n’ont pas besoin de trous pour être soudés. La soudure est alors plus délicate, plus subtile et doit être abordée avec plus de précautions.

Même si vous n’utilisez pas de dissipateur thermique lors de l’étamage, je vais vous donner quelques étapes sur la façon de procéder afin que vous puissiez terminer des soudures de circuits imprimés propres et nettes. N’oubliez pas de consulter le profil de soudure pour savoir quelle doit être la température de votre fer et combien de temps vous devez l’appliquer sur la carte.

La préparation

Parmi les méthodes que nous avons évoquées, l’étamage est celle qui nécessite le plus de préparation. Tout d’abord, vous devez préchauffer votre fer à souder et fixer votre circuit imprimé.

Lors de l’étamage, vous appliquez de la soudure sur la carte avant de tenter de fixer le composant. Il doit y avoir une petite pastille sur la carte à l’endroit où le composant sera placé.

Touchez la pointe du fer à repasser sur la pastille et appliquez une petite quantité de soudure. Cela permet d’étamer la carte, de sorte que la soudure sera déjà présente lorsque vous voudrez appliquer le composant.

La soudure

Prenez le composant avec une pince à épiler. Utilisez le fer à souder pour chauffer la soudure qui vient de s’accumuler sur la pastille de la carte de circuit imprimé.

Abaissez le composant sur la pastille, puis retirez le fer à souder. Si cette opération est effectuée correctement, elle doit permettre de former une bonne connexion entre le composant et la carte de circuit imprimé à une extrémité du composant.

À l’autre extrémité du composant, soudez normalement, en chauffant le joint puis en tapant avec la soudure.

La raison pour laquelle les composants comme les puces sont soudés de cette manière est que vous n’avez que deux mains disponibles pour faire le travail. Vous devez tenir la puce avec des pinces pour la placer sur la carte, ce qui signifie que vous ne pouvez tenir le fer à souder (et non la soudure) que dans votre autre main. Pour pallier ce problème, la soudure est placée sur la carte avant la puce.

Comment savoir si vous avez fait un bon travail de soudure ?

Maintenant que vous avez soudé votre joint, vous pouvez l’inspecter pour voir si vous avez bien travaillé.

Pour les fils, c’est assez facile à dire. Le principal indicateur d’un bon (ou mauvais) travail de soudure est la couleur de la soudure. Elle doit être brillante et non terne. Une soudure terne indique qu’elle n’a pas été chauffée et refroidie correctement, ce qui peut entraîner des problèmes de conductivité.

Si vous avez soudé sur un circuit imprimé, la couleur reste un bon indicateur. Quelques autres règles s’appliquent également. Si vous avez fait un bon travail, les fils ne seront pas lâches et vous ne pourrez pas voir à travers le trou jusqu’à l’autre côté.

En particulier pour les travaux d’étamage et de soudure en surface, vous ne voulez pas que la soudure touche plus d’une pastille à la fois sur le circuit imprimé.

Si votre soudure répond à tous ces critères, félicitations ! Vous avez fait un excellent travail.

Conclusion

Les dissipateurs thermiques peuvent être essentiels pour réaliser un bon travail de soudure. Ils empêchent l’isolation de vos fils de s’enflammer ou de se fermer avant que vous ne le souhaitiez, et ils peuvent sauver vos composants et augmenter leur durée de vie.

Pour utiliser un dissipateur thermique, vous le fixez entre le joint de soudure et le composant (ou l’isolation). Le dissipateur thermique détournera toute chaleur supplémentaire afin que l’isolation et le composant fonctionnent correctement.

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