PCB double face 8X12CM perforé

La plaque perforée double face 8 × 12 cm est le plus grand format de la gamme de cartes à pastilles du catalogue : 80 mm sur 120 mm, soit 30 colonnes sur 42 rangées de trous au pas de 2,54 mm, près de 1 260 pastilles indépendantes. C’est la carte que l’on choisit quand le montage a dépassé la plaque d’essai et qu’il ne rentre plus sur du 7 × 9 cm : quatre relais, leur électronique de commande, deux borniers d’entrée et quatre borniers de sortie disposent ici chacun de leur zone, sans se chevaucher.

Rien ne se programme sur cette carte : elle ne porte ni composant ni piste. C’est un support de soudure, qui reçoit un montage déjà mis au point ailleurs et le fige en soudures définitives. Ce qui décide de son emploi tient en trois points : le pas de perçage, la surface disponible et la présence de la même pastille sur les deux faces.

Ce que le format 80 × 120 mm change

• La surface double par rapport au 7 × 9 cm. 96 cm² contre 63 cm² : c’est la différence entre empiler les blocs et les poser côte à côte. Un étage d’alimentation et quatre étages de puissance sur la même carte gardent chacun leur espace, et les fils de commande ne passent plus au-dessus des composants de puissance.
• Un microcontrôleur et toute sa périphérie sur la même carte. Une carte Nano, son support de broches femelles, le régulateur, les condensateurs et les borniers tiennent dans la moitié de la plaque, en laissant l’autre moitié aux sorties.
• Les raccordements ramenés aux bords. Sur 120 mm de long, les borniers à vis se placent sur les deux petits côtés : les fils arrivent depuis l’extérieur du boîtier, et aucune pince ne doit plonger entre deux composants pour serrer une vis.
• Une carte qui se visse. Les quatre trous d’angle sont percés au pas M3, à 74,5 mm sur 114,5 mm : la carte se fixe au fond d’un boîtier ou sur une platine, et les soudures cessent de travailler quand on branche et débranche les fils.
• De l’air entre les blocs. L’espace libre qui reste après soudure est ce qui permet de glisser la panne d’un fer ou une pince entre deux rangées pour reprendre une patte sans chauffer les pastilles voisines.

Caractéristiques techniques

Se repérer sur la grille

30 colonnes sur 42 rangées

Les 30 colonnes sont dans la largeur (80 mm) et les 42 rangées dans la longueur (120 mm). Un boîtier DIP-28 en travers occupe 15 colonnes, une rangée de barrette de broches en occupe une par broche, et un bornier à vis de 2,54 mm de pas tombe exactement sur la grille. C’est ce pas qui rend la carte directement compatible avec tout le matériel traversant du catalogue.

Chaque pastille est isolée de ses voisines

Aucune liaison n’existe avant la soudure. Sur une plaque à bandes, le schéma de liaison est imposé et il faut le subir ; ici chaque point reste libre d’affectation, y compris pour un montage qui ne suit pas une grille régulière. En contrepartie, chaque liaison doit être soudée, à la patte de composant ou au fil dénudé.

Les deux faces portent la même pastille

Le perçage est métallisé : la pastille du dessus et celle du dessous sont un seul point électrique. Les liaisons longues passent au dos de la carte, sous les composants couchés, au lieu de former des ponts de fil sur la face visible ; un composant traversant se contrôle des deux côtés à l’ohmmètre ; et une pastille dont la face supérieure a souffert reste exploitable par l’autre face, le cuivre du perçage continuant à conduire.

Montage : quatre sorties relais sur une seule carte

Un montage qui n’entre pas sur un format plus petit, et qui montre à quoi sert la longueur de 120 mm : quatre relais alignés, leur étage de commande, l’alimentation 5 V et tous les borniers ramenés aux bords. La carte ne reçoit que des composants traversants, tous du catalogue, et aucune piste n’est préétablie : c’est ce qui permet de répartir les quatre étages sans contrainte de tracé.

Matériel

• la plaque perforée 8 × 12 cm, de l’étain fin, du fil de câblage dénudé de 0,5 à 0,8 mm ;
• quatre relais 5 V à une sortie inverseur (bobine 5 V, contacts COM / NO / NC) ;
• quatre transistors TIP120 en boîtier TO-220 comme étage de commande de chaque bobine ;
• quatre résistances de 1 kohm 1/4 W en série sur chaque base ;
• un régulateur 7805 avec ses deux condensateurs, pour alimenter la commande depuis l’entrée 12 V ;
• deux borniers à vis 2 broches en entrée (l’alimentation et les deux fils de commande amenés de l’extérieur) ;
• quatre borniers à vis 3 broches en sortie, un par relais, pour COM / NO / NC ;
• une barrette de broches mâles au pas de 2,54 mm pour les quatre entrées de commande, si les fils de commande arrivent par nappe ;
• un multimètre, un fer à souder à pointe fine, une pince coupante, une pompe à dessouder pour les reprises.

Câblage, pastille par pastille

1. Placer les quatre relais sur la moitié droite de la carte, alignés dans le sens de la longueur, un étage par bande de 10 rangées. Repérer au crayon la bande de chaque étage avant de souder : une fois la première patte soudée, un relais déplacé coûte trois dessoudures.
2. Souder les quatre borniers 3 broches de sortie sur le petit côté droit, un par relais, dans le même ordre que les relais. Ce sont les contacts : borne centrale = COM, bornes extérieures = NO et NC.
3. Souder les deux borniers 2 broches d’entrée sur le petit côté gauche : le premier reçoit l’alimentation (plus et masse), le second les deux fils de commande.
4. Construire la ligne de masse : partir de la borne moins du bornier d’alimentation et prolonger par un fil dénudé soudé pastille après pastille le long du grand côté, en dessous des relais. Chaque étage s’y raccordera. Cette ligne est la colonne vertébrale du montage : la tracer d’abord évite vingt fils courts qui se croisent.
5. Construire la ligne +5 V de la même manière, en parallèle de la masse, mais décalée de deux rangées.
6. Pour chaque étage : souder la résistance de 1 kohm entre la ligne de commande et la base du TIP120, puis le TIP120 en plaçant ses trois broches sur trois colonnes voisines (base, collecteur, émetteur dans l’ordre du boîtier).
7. Relier l’émetteur du TIP120 à la ligne de masse.
8. Souder une patte de la bobine du relais à la ligne +5 V et l’autre au collecteur du TIP120.
9. Souder la diode de roue libre en parallèle sur la bobine, cathode du côté +5 V. Si le montage utilise un circuit ULN2803A à la place des quatre transistors, les diodes de roue libre sont déjà intégrées au boîtier et les quatre étages tiennent dans un seul circuit de 18 broches.
10. Amener le COM de chaque bornier de sortie au contact commun du relais correspondant par un fil dénudé, puis NO et NC aux deux autres bornes. Vérifier l’ordre avec le multimètre en position continuité, relais non alimenté : COM doit être relié à NC.
11. Couper les pattes à environ 1 mm au-dessus de la pastille, puis inspecter le dessous de la carte à la lumière rasante.

Contrôles avant la mise sous tension

• À l’ohmmètre, hors tension : aucune continuité entre la ligne +5 V et la ligne de masse, ni entre la ligne +12 V et la masse.
• Chaque bobine doit se mesurer à quelques dizaines d’ohms, chaque base de TIP120 à environ 1 kohm depuis la ligne de commande.
• Alimenter sans les charges, puis commander une entrée à la fois depuis une sortie 5 V : on doit entendre le claquement d’un seul relais, et lui seul.
• Ne brancher les charges secteur qu’après ces trois contrôles, et jamais sur la carte nue : les contacts du relais se câblent sur les borniers, mais la partie 230 V du montage doit rester hors de portée et protégée.

Ce qu’il faut savoir sur ce montage

Le TIP120 est un transistor Darlington : il se commande avec un courant de base très faible, ce qui permet de l’attaquer directement depuis une sortie logique 5 V, mais il chute environ 1,5 V entre collecteur et émetteur quand il conduit. Sur une bobine de relais 5 V alimentée en 5 V, cette chute peut suffire à empêcher le collage : alimenter les bobines en 12 V avec un relais 12 V, ou prendre un relais 5 V et vérifier le collage avant de souder définitivement.

La diode de roue libre n’est pas facultative. À l’ouverture du transistor, la bobine restitue son énergie et la tension à ses bornes grimpe à plusieurs centaines de volts pendant quelques microsecondes : sans diode, c’est le transistor qui claque, souvent dès la deuxième ou troisième manœuvre. La cathode se repère à la bague claire du boîtier et se place du côté du +.

Sur ce montage, les sorties commandées et les entrées de commande cohabitent sur la même carte. Garder au moins deux rangées libres entre la zone de puissance et la zone logique, et faire passer les fils de commande le long du bord plutôt qu’entre les relais : le claquement d’un contact perturbe un microcontrôleur placé juste à côté.

Variantes avec la même plaque

• Support de carte Nano. Souder deux barrettes de broches femelles au pas de 2,54 mm à l’emplacement des deux rangées de pattes d’une carte Nano : la carte se clipse dessus, se retire pour être reprogrammée et ne coûte plus rien à dessouder. Les 30 colonnes de largeur laissent la place à la carte et à un bornier sur le même bord.
• Un boîtier plutôt qu’une platine nue. Un boîtier pour carte au format rail DIN accueille une plaque de cette taille : la carte se visse sur ses plots et le module se clipse comme un disjoncteur, ce qui protège les contacts de toute la partie puissance.
• Un montage qui grandit. La carte se recoupe à la scie à métaux fine : un montage qui n’en occupe que la moitié peut se couper en deux, l’autre moitié servant à l’étage suivant, à condition de recouper avant de souder quoi que ce soit.

Points d’attention

• La chauffe d’une pastille se compte en secondes. Deux à trois secondes de contact suffisent avec un fer à 350 degrés. Une pastille surchauffée se décolle, et sur ces cartes il n’y a pas de piste de rechange : c’est le perçage entier qui devient inutilisable.
• Les trous font environ 1 mm. Ils reçoivent sans effort les pattes de composants de 0,5 à 0,8 mm, mais les broches de bornier, les pattes de relais et le gros fil demandent un perçage à 1,2 ou 1,5 mm avec une mèche à métaux.
• Vérifier les deux faces après soudures. Sur une carte double face, une patte coupée trop longue peut venir toucher une pastille voisine de l’autre côté : le pont ne se voit pas depuis la face où l’on a travaillé.
• Un pont d’étain entre deux rangées voisines suffit à mettre l’alimentation en court-circuit. Le contrôle à l’ohmmètre avant la première mise sous tension coûte dix secondes.
• Laisser de la matière autour des trous d’angle. L’entraxe de fixation de 74,5 x 114,5 mm place les quatre trous dans la bande de bord : ne pas y souder de fil pour ne pas gêner la vissure.
• Travailler sur un support. Une carte de 120 mm se soude mal en l’air : la poser à plat, quitte à la maintenir par une pince, évite de plier les pattes déjà soudées.
• Le FR-4 ne se casse pas à la rayure. Une coupe à la scie à métaux fine ou au disque à tronçonner reste nette ; la rayure au cutter suivie d’une cassure effrite le bord en biais. Ébavurer ensuite à la lime fine, et essuyer le plan de travail : la poussière de verre est irritante.

Questions fréquentes

Combien de pastilles sur un format de 8 × 12 cm ?

1 260, soit 30 colonnes sur 42 rangées au pas de 2,54 mm, plus la rangée de pastilles de raccord des grands côtés. Le total importe moins que leur indépendance : chacune reste libre d’affectation jusqu’au moment où on la soude.

Quelle surface gagne-t-on par rapport à une plaque 7 × 9 cm ?

Environ la moitié en plus, 96 cm² contre 63 cm². Concrètement, ce n’est pas seulement « plus de place » : c’est la possibilité de séparer physiquement la partie puissance de la partie commande, ce qui limite les perturbations d’un relais ou d’un moteur sur un capteur placé à côté.

Peut-on y fixer une carte de développement sans la souder ?

Oui, en soudant d’abord des barrettes de broches femelles sur la plaque, à l’emplacement des deux rangées de pattes de la carte. Elle se clipse alors dessus et se retire pour être reprogrammée, sans toucher aux soudures.

Faut-il un support pour les circuits intégrés ?

Un support DIP soudé sur la plaque évite de dessouder un circuit intégré pour le remplacer ou le reprogrammer hors du montage, et il n’occupe pas plus de place que le boîtier lui-même.

Comment répartir les masses sur une carte où rien n’est relié ?

En traçant une ligne de masse en premier, avant de poser les composants : un fil dénudé soudé pastille après pastille le long d’un grand côté, sous les composants couchés, sert de colonne vertébrale. Chaque étage s’y raccorde au plus court. Le faire à la fin donne un montage où vingt fils courts se croisent au-dessus des pastilles de signal.

La plaque accepte-t-elle des composants CMS ?

Elle est conçue pour le traversant et le pas de 2,54 mm. Un boîtier CMS peut être soudé à la main entre deux pastilles voisines, mais ce n’est pas confortable : pour du CMS, mieux vaut un adaptateur prévu pour ce pas.

Peut-on recouper la plaque ?

Oui, à la scie à métaux fine ou au disque à tronçonner, une fois la découpe décidée et avant tout début de soudure. Recouper une carte déjà garnie fait vibrer les soudures et arracher des pastilles. Ébavurer ensuite, puis percer les nouveaux trous de fixation à 3 mm.

À combiner avec

• Fer à souder 40 W : la puissance qui convient à ces pastilles, avec une pointe fine pour ne pas déborder sur les trous voisins.
• Étain fil à soudure : un fil fin se dose plus facilement qu’un gros diamètre quand les pastilles sont serrées.
• Plaque d’essai 830 : l’étape d’avant, où le montage se met au point sans rien souder, avant de passer sur la plaque perforée.
• Plaque PCB double face 7 x 9 cm : le format inférieur de la même gamme, à choisir quand les blocs du montage sont moins nombreux.
• Plaque PCB double face 20 x 15 cm : la même matière en très grande surface, pour un montage qui ne tiendra pas sur 8 x 12 cm.
• Boîtier rail DIN PCB 175 x 90 x 40 mm : pour enfermer la carte finie et la fixer sur un rail, comme un module du tableau.
• Module 4 relais 5 V : la même fonction déjà montée sur son circuit imprimé, quand le nombre de sorties est fixé d’avance et que le temps passé à souder l’emporte sur la surface gagnée.
• Vis M3 16 mm avec écrou : pour visser la carte sur un fond ou des entretoises par ses quatre trous d’angle.
• Gaines thermorétractables : à glisser sur les fils d’alimentation aux points de soudure, pour éviter qu’un fil ne touche une pastille voisine.