Circuits imprimés

Introduction

Ce petit tutoriel va vous permettre de connaître les méthodes de fabrications des circuits industrielles, et apprendre à en fabriquer par vos propres moyens avec peu de matériel.

Quand on fait de l'électronique, et que l'on veut passer du prototype au produit final, il y a nécessité de concevoir un PCB afin de regrouper et relier de manière fiable tous les composants.


Gravure CNC



Gravure

Il est possible de graver les circuits à l’aide d’une sagaie (pointes javelot) contrôlée par une graveuse CNC. L’outil enlève alors le cuivre autour des pistes par fraisage. Il faut générer le typon à l’aide d'un logiciel de CAO comme Eagle ou Proteus (gratuits jusqu'à une certaine taille de circuit, ou licences étudiantes gratuites) ou Kicad (gratuit et opensource, mais limité). Puis générer un fichier de gravure Gcode pour la CNC.


Gravure chimique



Typon

Création du typon

La première étape est la création du typon, il y a deux solutions, soit tracer les pistes directement à l'aide d'un feutre spécial permettant de protéger le cuivre du produit de gravure ou à l'aide de stickers spéciaux. Soit imprimer un typon.

Pour la première méthode, il suffit d'acheter un feutre ou des stickers et de tracer les pistes à la main sur une plaque d'époxy ou de bakélite non pré-sensibilisé. Psser ensuite directement à la gravure.

  • Avantages : rapidité pour des petits circuits, coût des plaques.
  • Inconvénients : Méthode longue, moins précis, tracés précis impossibles.

Pour la deuxième méthode, il créer le typon à l'aide d'un logiciel de CAO comme Eagle ou Proteus (gratuits jusqu'à une certaine taille de circuit, ou licences étudiantes gratuites) ou Kicad (gratuit et opensource, mais limité). Ensuite, il faut imprimer un typon, c'est une feuille transparente où les pistes ont étés imprimés en noir. On peut utiliser des feuilles spéciales rétroprojecteur (jet d'encre ou laser) qui sont assez coûteuses ou du papier calque. Il faut que les pistes soient les plus noires possibles et le blanc le moins opaque.

Dans notre cas, nous utilisons des transparents jet d'encre que nous imprimons en qualité "optimale" et surtout "encre noire uniquement" dans les réglages de l'imprimante. Nous superposons deux exemplaires du typon afin d'avoir le meilleur noir possible.


Choix des plaques

Pour la seconde méthode ci-dessus, il faut choisir des plaques d'époxy ou de bakélite avec un vernis pré-sensibilisé.

Suivant la complexité du circuit, il faut choisir une plaque simple ou double face, et en bakélite ou en epoxy.

  • Bakélite : moins cher, résistance à 130°, resistance au cheminement moyenne (risque d'arc en cas d'humidité), pas adaté pour la gravure CNC.
  • Epoxy : résistance à 155°, bonne resistance au cheminement, usinage CNC facile, usure plus rapide des forêts.

Après plusieurs tests, les meilleurs résultats ont étés obtenus avec les plaques de gotronic lien Les plaques de RS et Farnell sont également de qualité mais la gravure est plus délicate.

Il convient de stocker les plaques dans un endroit sec et frais, dans le noir et bien à plat pour éviter les déformations. Il faut également éviter de conserver les plaques trop longtemps (plusieurs années) pour éviter l'altération de la résine.

Choix plaques

Insolation

Insolation

Dans le cas de l'utilisation de la méthode chimique, il faut insoler le circuit, c'est à dire "brûler" avec un rayonnement UV les zones de la plaque devant être retirées. Les futures pistes doivent donc être protégées (par les zones noires du typon). La meilleure méthode à utiliser est l'insoleuse.

Cet appareil coûte environ 300€ pour les premier prix lien et lien jusqu'à plus de 1000€ pour les modèles double faces.

Mais il es possible d'un construire une pour environ 50€ avec ce matériel lien

Il faut placer le typon (dans le bon sens) et surtout le côté encré directement sur la plaque. Le texte du typon doit apparaître non-inversé sur le cuivre.

La plaque devra être correctement plaquée sur le verre de l'insoleuse, sinon le circuit sera flou la gravure ratée ! Il faut utiliser un poids pour bien plaquer le circuit.

Il faut ensuite allumer les tubes UV afin d'insoler la plaque. Faire attention à ne pas toucher le circuit durant l'insolation pour ne pas décaler le typon

Utiliser le minuteur de l'insoleuse ou un chronomètre, afin de trouver le temps d'insolation idéal. Le temps d'insolation doit être précis.

La qualité du circuit dépend du temps d'exposition, du contraste du typon et de l'uniformité de la compression. Il est indispensable de faire plusieurs tests afin de voir quels sont les meilleurs paramètres.

Attention : Si la plaque est découpée avant l'insolation, il faut bien l'ébavurer (bords lisses) pour éviter que les copeaux de cuivre empêchent un bon plaquage sur la vitre.


Révélation

La prochaine étape est la révélation. Elle doit être réalisée le plus rapidement possible après l'insolation.

Le produit nécessaire pour cette étape est un produit chimique très corrosif et dangereux, la soude. Elle doit être dosée à 35g/L. Pour obtenir le bon dosage, des sachets ou solutions prêtes à l'emploi peuvent être utilisées, et réutilisées jusqu'à saturation.

Il convient de manipuler et conserver le révélateur comme un produit chimique dangereux, dans des bouteilles en verre étiquetées. La température optimale d'utilisation de ce produit est généralement de 20 à 24°C.

Le temps de révélation peut varier de quelques secondes à quelques dizaines de secondes. La plaque doit être plongée, puis on remue le bac, et lorsque le cuivre nu est apparu (rose brillant) et les pistes plus foncées, il faut sortir et bien rincer la plaque.

Les parties devant être enlevées lors de la gravure, doivent apparaître en cuivre nu, sans aucune traces de vernis.

Révélation

Gravure

Gravure

Afin de retirer le cuivre aux endroits où le vernis a été enlevé lors de la révélation, et faire apparaître les pistes, il faut utiliser un produit très corrosif, le perchlorure de fer. Il peut être acheté sous forme liquide ou en granules et doit être conservé dans des bouteilles et bidons en plastique épais. Le produit est nocif par inhalation et contact avec la peau, tâche définitivement le tissu, et ronge presque tous les métaux. Il faut donc l'utiliser dans des conditions strictes.

Pour réaliser la gravure, il faut plonger la plaque dans le perchlorure de fer, dans un récipient en verre. La température doit se situer entre 20 et 45 degrés. Un chauffage par plaque chauffante et surveillée par thermomètre permet d'accélérer la gravure.

Ce procédé est simple et demande peu de matériel, mais est un peu long (20 à 30 minutes). Il faut surveiller la gravure, en remuant la plaque à l'aide d'une pince en plastique, surtout lorsque le cuivre devant disparaître est presque parti.

Dés que les pistes sont nettement tracées, sortir la plaque et la rincer abondamment.

Le produit de gravure peu être réutilisé jusqu'à ce qu'il passe du jaune au vert foncé.

Une autre méthode, plus fiable et plus rapide est d'utiliser une graveuse, qui peut être fabriquée avec une résistance d'aquarium et un bulleur pour aquarium dans une bassine.

Voir ce tutoriel pour fabriquer la vôtre : lien

Des machines très coûteuses existent également avec toujours le même principe, chauffer et agiter le perchlorure de fer.


Perçage

Le circuit est gravé, il faut maintenant le percer pour insérer les composants. (a moins qu'il ne soit utilisé uniquement pour du CMS).

Les forets doivent être obligatoirement en carbure (les HSS s'usent au bout d'une trentaine de trous). Il est intéressant d'acheter un pack de foret spécial CI de plusieurs diamètres (0.8 à 1.8).

Il existe des perceuses à partir de 20 euros environ, mais le perçage a la main induit un grand risque de casser les forets. Il est donc recommandé d'utiliser une mini-perçeuse (Dremel ou proxxon) sur une colonne.

percage

decoupe decoupe

Découpe

Si plusieurs CI ont étés regroupés sur une plaque, il faut le découper. Dans ce cas, le meilleur moyen est d'utiliser une mini-perçeuse Dremel avec un petit disque a tronçonner, suivi d'un coup de lime.

Les autres outils de découpe donnent des résultats médiocres.

Pour un usage professionnel, il existe des massicots spéciaux.


Nettoyage

Afin d'enlever la résine photo-sensible qui recouvrait les pistes, il faut le nettoyer avec de l'acétone, ou le plonger dans un bocal contenant de l'acétone, qui ferme pour pouvoir le ré-utiliser.


Etamage

Étamage (facultatif)

Il peut être intéressant dans certains cas d'étamer les pistes, pour éviter leur oxydation.

il suffit de plonger la plaque dans un bain d'étamage à froid, et dés que les pistes sont uniformément recouvertes, rincer immédiatement et laisser sécher sans toucher les pistes.

lien


Soudure

Pour faciliter la soudure et éviter les soudures froides, il existe un stylo très pratique contenant du flux, à appliquer sur toutes les pastilles à souder. Les soudures sont alors bien étalées et bien brillantes.

Flux de soudure

Tropicalisation

Vernis

Une fois que le circuit est terminé et testé, il peut être interessant de vernir le circuit pour le protéger surtout si il est ammené à être utilisé dans des conditions difficiles (extérieur).

Il est possible de protéger uniquement les pistes, pour éviter la corrosion et tout risques d'électrocution ou court-circuits. Mais également de vernir l'ensemble du circuit et des composants, pour le protéger contre l'humidité et les agressions du temps. Il faut alors penser a protéger avec du ruban de masquage les borniers, potentiomètres, contacts, et tout élements mobiles du circuit.

Vous pouvez utiliser tout type de vernis transparent en bombe ou un vernis de tropicalisation :lien (solution idéale)


Sources et liens pour en savoir plus :

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