Pénétrez dans n'importe quel laboratoire d'électronique aujourd'hui, et vous y trouverez des composants CMS (composants montés en surface). Ces petits composants sont difficiles à voir à l'œil nu, et pourtant, ils constituent la base de tous les équipements que vous utilisez. Savoir identifier et utiliser ces composants est une compétence essentielle pour un ingénieur en circuits imprimés.
Ce guide vous permettra de découvrir les principaux types de composants CMS, leurs dimensions et leurs codes, et de savoir comment sélectionner le composant adapté à votre conception de circuit imprimé.
Que sont les composants CMS ?
Les composants CMS sont des composants électroniques montés directement sur la surface d'un circuit imprimé (PCB). Ils se caractérisent par leur taille compacte et sont le choix privilégié dans la production électronique moderne.
Avantages et limitations des composants CMS
Les composants montés en surface présentent de nombreux avantages :
- Ils sont légers et compacts, ce qui en fait l'option privilégiée pour les appareils portables et ceux où l'espace est limité.
- Peut être monté de chaque côté des circuits imprimés afin d'augmenter la densité d'intégration.
- Amélioration de l'efficacité de la production par l'intégration dans un processus automatisé
Néanmoins, les composants CMS présentent également des limitations :
- Difficiles à assembler manuellement car elles sont très petites, et des outils professionnels sont nécessaires.
- Ces composants sont difficiles à contrôler et à réparer.
- Inapplicable aux environnements à haute puissance ou extrêmes.
Composants CMS vs composants traversants (THT)
Avant l'avènement des composants CMS, les ingénieurs utilisaient principalement des composants THT. Aujourd'hui encore, ces deux technologies jouent un rôle indispensable dans la fabrication électronique moderne. Quelles sont donc les différences exactes entre elles ? Consultez le tableau ci-dessous :
| Caractéristique | SMD | THT |
| Taille | Compact, léger | Plus grand, plus lourd |
| Espace PCB | Se fixe des deux côtés | Une seule face |
| Montage | Hautement automatisé | Manuel ou semi-automatique |
| Soudure | Soudage par refusion | Soudage à la vague ou à la main |
| Force mécanique | Inférieur, sensible aux vibrations | Plus haut, plus robuste |
| La dissipation de chaleur | Édition | Rapidité |
| Reprise et réparation | Difficile, nécessite des outils | Plus facile à la main |
| Prix | Plus bas à l'échelle | Coût de la main-d'œuvre plus élevé |
Pour en savoir plus: Montage traversant ou montage en surface : comment choisir la bonne méthode ?
Types de composants CMS courants
Bien qu'il existe des centaines de variantes de composants CMS, la plupart des circuits utilisent le même ensemble de composants de base. Voici ce que vous rencontrerez le plus souvent :
Composants CMS passifs
Il est essentiel de comprendre ce que sont les composants CMS passifs : ce sont des composants qui ne nécessitent aucune source d’alimentation externe. Ils peuvent stocker, dissiper ou même filtrer l’énergie dans un circuit. Parmi les types de composants CMS courants, on trouve :
- Résistances
Les résistances CMS servent à contrôler et à limiter l'intensité du courant électrique dans un circuit. Leur unité est l'ohm (Ω) et leur plage de résistance s'étend de 1 Ω à 10 MΩ.
Les types de résistances les plus courants comprennent les résistances à couche épaisse, les résistances à couche mince et les résistances de détection de courant.
- Condensateurs
Les condensateurs sont des composants essentiels des circuits imprimés ; ils permettent de stocker l’énergie électrique, de filtrer les parasites et de stabiliser la tension. Leur capacité est mesurée en farads (F), la plupart se situant entre 1 pF et 100 µF. Parmi les condensateurs CMS courants, on trouve les condensateurs céramiques, les condensateurs au tantale, les condensateurs à film et les condensateurs électrolytiques.
- Inductances
Les inductances CMS servent à stocker de l'énergie dans un champ magnétique, à filtrer des signaux et à convertir de la puissance. Leur valeur est mesurée en henrys (H) et leur inductance se situe généralement entre 1 nH et 1000 µH. Parmi les types d'inductances les plus courants, on trouve les inductances bobinées, les inductances multicouches et les inductances à perle de ferrite.
Composants CMS actifs
Les composants actifs doivent être alimentés par une source d'alimentation externe pour fonctionner, et voici les trois composants actifs les plus couramment utilisés :
- Diodes
Les diodes sont utilisées dans les circuits imprimés pour contrôler le courant et garantir qu'il ne circule que dans un seul sens. Elles jouent un rôle essentiel dans la protection des circuits et la gestion de l'énergie. Parmi les diodes les plus courantes, on trouve les diodes redresseuses, Schottky, Zener et les diodes LED.
- Transistors
Les cartes de circuits imprimés utilisent des transistors CMS pour la commutation et l'amplification des signaux électriques, qui sont au cœur des circuits analogiques et numériques. Voici quelques exemples de types de transistors courants : BJT, les MOSFET et les IGBT.
- Circuits intégrés (CI)
Les circuits intégrés (CI) regroupent de nombreux composants électroniques sur une seule puce ; ils peuvent ainsi réaliser des fonctions complexes dans un format compact. Ils sont considérés comme le cœur d'un système électronique. Les microcontrôleurs (MCU), les amplificateurs opérationnels, les circuits logiques et les circuits de gestion de l'alimentation sont des types de CI largement utilisés.
Résumé des composants CMS
Le tableau ci-dessous fournit un aperçu rapide des composants montés en surface les plus couramment utilisés dans la conception et l'assemblage des circuits imprimés.
| Composant | Fonction | Paquets communs | Applications typiques |
| Résistances | courant limiteur, tension de commande | 0402, 0603, 0805 | Limitation de courant, diviseurs de tension |
| Condensateurs | Stocker l'énergie, filtrer le bruit | 0402, 0603, 0805 | Découplage, filtrage, couplage de signaux |
| Inductances | Stocker l'énergie magnétique | 0603, 0805 | Convertisseur CC-CC, filtrage EMI |
| Diodes | Autoriser le flux de courant unidirectionnel | SOD-123, SOD-323 | Rectification, protection |
| Transistors | Commutateur/amplificateur de signaux | SOT-23, SOT-223 | Commutation, amplification |
| CI | Signaux de processus, opérations de contrôle | SOIC, QFN, BGA | Traitement, contrôle |
Tailles et codes des boîtiers CMS
Les composants montés en surface sont conditionnés différemment et présentent des tailles et des codes variés qui indiquent leurs caractéristiques électriques. Il est donc essentiel que les ingénieurs apprennent à identifier ces paramètres clés.
Tailles standard des boîtiers CMS
Les boîtiers CMS sont généralement codés à l'aide de quatre chiffres, indiquant la longueur et la largeur des composants en pouces. Par exemple, le code « 0402 » signifie que la longueur est de 0.04 pouce et la largeur de 0.02 pouce. Le tableau ci-dessous présente d'autres exemples pour une meilleure compréhension :
| Forfait | Pouces | Millimètres | Utilisation typique |
| 01005 | 0.01 × 0.005 | 0.4 × 0.2 | Conceptions à très haute densité, dispositifs portables |
| 0201 | 0.02 × 0.01 | 0.6 × 0.3 | Circuits imprimés haute densité, appareils mobiles |
| 0402 | 0.04 × 0.02 | 1.0 × 0.5 | Électronique grand public, modèles compacts |
| 0603 | 0.06 × 0.03 | 1.6 × 0.8 | Circuits à usage général |
| 0805 | 0.08 × 0.05 | 2.0 × 1.25 | Puissance modérée, assemblage plus facile |
| 1206 | 0.12 × 0.06 | 3.2 × 1.6 | Puissance accrue, stabilité thermique |
Codes des résistances CMS
Il existe deux façons de coder la valeur des résistances :
- Code à trois chiffres (le plus courant) : les deux premiers chiffres sont les chiffres significatifs et le troisième est le multiplicateur. Par exemple :
103 = 10 × 10³ = 10 kΩ
472 = 47 × 10² = 4.7 kΩ
- Code à quatre chiffres (résistances de précision) : les trois premiers chiffres sont les chiffres significatifs et le quatrième est le multiplicateur. Par exemple : 1001 signifie 100 × 10¹, donc la valeur de la résistance est de 1 kΩ.
Le système de codage alphanumérique EIA-96 est également utilisé sur certaines résistances de précision.
Codes des condensateurs CMS
De nombreux condensateurs CMS de petite taille sont trop petits pour être marqués. Lorsqu'ils comportent un marquage, celui-ci utilise un système à trois chiffres : les deux premiers indiquent les chiffres significatifs et le dernier le multiplicateur en picofarads.
10⁴ = 10 × 104⁴ pF = 100 nF
225 = 22 × 10⁵ pF = 2.2 µF
En pratique, les ingénieurs s'appuient souvent sur les fiches techniques ou les nomenclatures pour identifier les valeurs des condensateurs.
Codes des inducteurs CMS
Contrairement aux résistances et aux condensateurs, le marquage des inductances n'est pas normalisé. Les fabricants utilisent des codes différents : certains utilisent des codes à trois chiffres, d'autres à quatre. Il est donc indispensable de consulter la fiche technique du composant pour vérifier ses valeurs.
Si vous avez lu jusqu'ici, vous vous demandez peut-être : comment distinguer si un « code » représente une taille ou une valeur ? En fait, les codes de taille des boîtiers CMS ne sont pas imprimés sur les composants. Ces codes sont utilisés dans les nomenclatures. Quant au code que vous voyez sur les composants, il correspond à leurs valeurs électriques.
Comment identifier les composants CMS
Pour analyser un circuit imprimé inconnu, une loupe ou un microscope d'inspection est indispensable. Mais la première étape consiste simplement à déchiffrer les minuscules inscriptions. De nombreux composants fournissent des indices grâce à leurs inscriptions, leur polarité et leur type d'emballage.
- Résistances CMS : Ces composants sont généralement identifiés par des codes à 3 ou 4 chiffres et sont pour la plupart de forme rectangulaire. Ce sont des composants non polarisés.
- Condensateurs CMS : Les condensateurs au tantale sont généralement marqués d’un code à 3 chiffres et d’une indication de polarité (un trait indiquant la borne positive). En revanche, la plupart des condensateurs céramiques ne comportent aucun marquage ; leur identification nécessite donc de consulter la fiche technique.
- Diodes CMS : Elles sont marquées d’un trait sur une face (cathode). Ce marquage permet de déterminer le sens du courant.
- Transistors CMS : les transistors sont généralement identifiés par des codes à 2 ou 3 caractères, tels que A1C ou 2N, et sont conditionnés au format SOT-23 ou SC-70. Ces codes sont généralement spécifiques au fabricant.
Si les marquages des composants ne sont pas visibles, la mesure des dimensions du boîtier peut fournir des indications sur le type et les valeurs des composants, conformément aux normes industrielles. Par ailleurs, la consultation de la nomenclature, des schémas ou des fiches techniques des composants est toujours une bonne pratique pour une identification précise.
Soudage et assemblage de composants CMS
Assemblage CMS utilise généralement la technologie de montage en surface (SMT) et comprend généralement les 4 étapes suivantes :
Étape 1 : Impression de la pâte à souder
Appliquer la pâte à braser sur les pastilles du circuit imprimé à l'aide de Pochoirs SMT, en veillant à ce que la soudure soit déposée avec précision à l'endroit où les composants montés en surface seraient soudés.
Étape 2 : Sélection et placement
Ici, les machines SMT placeraient les composants sur la carte aux emplacements corrects en fonction du fichier de conception.
Étape 3: Soudage par refusion
Les cartes de circuits imprimés comportant leurs composants sont ensuite placées dans un four de refusion pour faire fondre la soudure. Une fois refroidie, la soudure durcit et forme des joints de soudure stables.
Étape 4 : Inspection et contrôle de la qualité.
La dernière étape consiste à examiner la qualité de la soudure CMS et à effectuer une inspection optique automatisée (AOI). Inspection aux rayons X sont normalement effectuées pour vérifier les défauts visibles et invisibles.
Bien que la majorité des composants CMS soient assemblés à l'aide de la technologie SMT, le soudage manuel reste nécessaire pour le prototypage et la réparation de certains composants.
Comment choisir les composants CMS
Voici trois points clés à prendre en compte lors du choix des composants CMS adaptés à la conception de votre circuit imprimé :
- Caractéristiques électriques
Il est important de vérifier que les caractéristiques essentielles des composants, telles que la résistance, la capacité, l'inductance, la tension nominale et la puissance nominale, correspondent à vos besoins. Pour les condensateurs, assurez-vous que leur tension de service est inférieure à 80 % de la valeur nominale ; pour les résistances, choisissez une puissance nominale au moins deux fois supérieure à la dissipation prévue afin de garantir une fiabilité à long terme.
- Dimensions physiques
Le composant doit pouvoir s'adapter à l'espace disponible sur votre circuit imprimé. La plupart des conceptions utilisent généralement des boîtiers standard comme le 0603 ou le 0805, faciles à assembler et compacts. Si l'espace est limité, envisagez l'utilisation du 0201.
- Fiabilité et environnement
Assurez-vous que la température de fonctionnement des composants CMS corresponde à votre application. Pour l'électronique grand public, des composants fonctionnant entre 0 °C et 70 °C conviennent. En revanche, pour les environnements difficiles, privilégiez des composants capables de résister à des températures extrêmes.
Questions fréquemment posées
Quelle est la différence entre SMT et SMD ?
Le terme « composant monté en surface » (CMS) désigne en fait le composant lui-même, tandis que la technologie de montage en surface (SMT) désigne le processus et la méthodologie appliqués pour monter ces composants CMS sur un circuit imprimé.
Les composants CMS sont-ils meilleurs que les composants traversants ?
Ils sont plus adaptés à la production à haute densité et automatisée, tandis que le THT offre une meilleure résistance mécanique. Il n'y a pas de solution « idéale » en soi ; le choix dépend de votre application.
Est-il possible de souder des composants CMS à la main ?
Oui, on peut les souder à la main, mais cela nécessite de la pratique et les outils adéquats, comme un fer à souder à pointe fine, du flux et une pince à épiler.
Comment identifier un composant CMS ?
Les composants montés en surface peuvent être identifiés par leur marquage, la taille de leur boîtier et leurs caractéristiques physiques. Vous pouvez également consulter leur fiche technique.
