Méthode pour la réalisation de circuits imprimés
par Pierre01
Il y a longtemps que j’ai réalisé mon premier
circuit imprimé (CI) mais en ce temps là (il y a quand même 35 ans …), ce
n’était pas top et très compliqué de trouver du matériel et j’avais abandonné !
Mais pour réaliser ce cockpit, il était très
avantageux de réaliser nous-mêmes nos CI. Je m’y suis donc remis et, avec un
logiciel et le matériel que l’on trouve aujourd’hui, c’est devenu un plaisir.
Il existe plusieurs méthodes pour réaliser des
circuits imprimés. Je ne les ai pas toutes testés et ne sais donc pas laquelle
est la meilleure et/ou la plus simple.
J’ai opté pour la méthode d’insolation par UV et
gravure avec du perchlorure de fer.
Je n’ai rien inventé, la méthode est classique.
Je donne simplement quelques trouvailles pour obtenir un résultat très honorable
(enfin, à mon avis) !
Je suis cependant preneur de toute critique et
amélioration ! Voici donc mon tuto (que vous pouvez aussi
télécharger en PDF)
1 - Le matériel

Non non, le billard n’est pas
indispensable !
A gauche, ma table lumineuse,
à l’arrière le support de perceuse avec la mini perceuse. J’ai utilisé un
support que j’avais pour grosse perceuse.
Comme ce support est de bonne qualité avec très peu de jeux, j’y ai adapté ma
mini et fixé un étau.
Indispensable
-
Une insoleuse UV, la mienne : type KF avec 4 tubes 8W.
-
Plaques de circuits imprimés photo-sensibilisés positives
«Bungard » (Gotronic).
-
Révélateur positif (sachet de poudre à diluer).
-
Du perchlorure de fer (granulés à diluer).
-
Du nettoyant dégraissant, genre "cif".
-
2 bacs plastique (ou 1 bac et une graveuse) de taille
suffisante.
-
Perceuse dremel ou équivalent (20 000 tours par mn est un
plus).
-
Forets HSS (0,8 - 1 - 1,2 ... mm). Ne pas lésiner sur la
qualité. Je n'ai pas essayé le carbure (trop cher). J'ai quand même fait
plusieurs centaines de trou avec ces forets HSS.
-
Gants fins. Petit conseil : talquez l’intérieur !
Facultatif (lire la suite
pour l’utilisation de certains ustensiles listés ci-dessous)
-
Une bonne loupe.
-
Un minuteur, mais vraiment pas très utile (J’insole en
regardant ma trotteuse de montre).
-
Bac de gravure avec résistance chauffante et pompe à air
comme bulleur (très pratique).
-
Plaques de circuits imprimés cuivre nu (sans vernis
photosensible).
-
Vernis photosensible positif en bombe type "positiv20".
-
Une solution liquide d'étamage à froid "Etamag".
-
Thermomètre (support plastique).
-
Un support vertical de bonne qualité pour la perceuse
(fortement recommandé).
-
Une table lumineuse maison (boite en bois de 3 "bonnes"
bouteilles tapissée de PVC blanc à l’intérieur. Une baladeuse néon à
l'intérieur et une plaque de plexis dessus avec du papier "canson" (ou un
plastique translucide) comme diffuseur.
-
De l'acétone.
-
Une « grosse » bassine remplie d’eau claire (au début) pour
rincer les CI et accessoires. Cela permet de diluer les résidus de produits
avant de les verser dans la cuvette des WC. De cette manière, le risque de
corrosion du chrome des bondes de lavabo est évité.
2 - Le dessin du typon
(Routage)
Je ne vais pas faire ici, un
cours sur l’utilisation d’un logiciel de dessin de PCB, mais donner un minimum
d’infos pour de meilleures chances de réussites.
Les dimensions ci-dessous
(pastilles, pistes) sont données en mm mais issues du logiciel qui calcule en
pouces (inches), donc avec des valeurs en mm « exotiques ».
Logiciel
J'utilise "ExpressPCB 7.0.1" gratuit et largement suffisant à
mon avis. Il est disponique ici :
http://www.logicieldessin.com/dessin-industriel-professionel/electronique/telecharger/expresspcb.shtml
Sa prise en main très facile,
il permet de faire :
-
Simple ou double face (Voir 4 couches mais sans intérêt pour
nous ...).
-
Sérigraphie composants (dessin des composants sur le côté
composants C-Side).
-
Plan de masse autour des pistes C-Side et/ou W-Side (côté
soudures).
-
Liste des composants bien fournie.
-
Possibilité de créer facilement ses propres composants.
-
Sauvegarder ses fichiers en ".pdf" très utile pour
"faire/imprimer" ses typons.
Voici un exemple de dessin de PCB simple face avec ExpressPCB
(il s'agit d'un circuit de test qui n'a pas de rapport avec le cockpit) :

Pastilles
-
Diamètre 1,65 (si nécessité de passer une piste entre deux)
pour les connecteurs dont le perçage est de 1mm.
-
Diamètre 1,42 (ou plus si possible) pour un perçage
inférieur (0,8 par ex.).
-
A la demande bien sûr pour le reste (fixations etc...).
-
Pour le diamètre intérieur des pastilles, je mets 0,64 voir
0,51 y compris pour les trous de fixation (Voir #perçage).
Pistes
Il est évident que plus la piste est large et espacée des
autres, moins il y a de risques de coupures et de courts-circuits. Ceci dit, il
y a des impératifs et il est parfois nécessaire d'avoir des pistes fines.
-
Passage entre pastilles de connecteur au pas de 2,54 :
largeur 0,25mm sur une distance la plus courte possible.
-
Pistes classiques, mais assez serrées entre elles : largeur
0,30 ou 0,38mm. Espacement mini de 0,38mm si possible.
-
Piste idéale pour être sûr de ne pas avoir de problème :
largeur 0,51mm et plus.
-
Pistes d'alimentation : Si possible largeur 1,02mm 1,52mm ou
plus.
-
Espaces entre le plan de masse et les pistes et pastilles :
0,71mm.
Notes : Le plan de masse n'est pas nécessaire mais permet
d'avoir moins de cuivre à enlever, donc économie de perchlo.
Je n’ai pas encore fait de
double face mais, c’est à mon avis tout à fait possible !
Par contre, il n’est pas
envisageable de réaliser des trous métallisés. Il existe cependant des
« rivets » spéciaux pour faire la liaison entre C-SIDE et W-SIDE, je n’ai pas
essayé mais n’ai pas très confiance, sauf à les souder. Dans ce cas, il est tout
aussi facile de se servir d’un morceau de fil de câblage. Un morceau de
« queue » de résistance conviendra très bien.
Je ne conseille pas de
faire le passage entre les 2 faces en profitant des pattes de composants, sauf
si elles sont facilement accessible de chaque côté. Il faut bien voir que dans
ce cas, ce composant sera totalement indémontable …
Reste le problème du
positionnement des typons sur chaque face au moment de l’insolation. Je ferai un
tuto sur ce sujet si je réalise du double face, à suivre donc !
Autres éléments à placer
-
Mettre du texte sur chaque face, au moins "W-SIDE" coté fil
et "C-SIDE" coté composant (si utilisé). Cela permettra de positionner le
typon dans le bon sens pour l'insolation, "ca marche moins bien à
l'envers forcément ...".
-
Mettre deux mires (à l'extérieur ou intérieur du CI) pour un
meilleur ajustement des typons (voir #3 ci-dessous). Cela peut-être une
simple croix de trait très fin, ou avec des cercles de centrage, les traits
en croix étant interrompus sur une faible distance au centre.
-
Marquer les 4 coins du CI par des traits de coupe (sur
chaque face : W-SIDE et C-SIDE si utilisé) et prolonger ces traits sur 5 à
6mm à l'extérieur du CI.
-
Mettre deux pastilles seules vers un grand coté du CI pour
faciliter le positionnement ultérieur de la sérigraphie. Pas nécessaire si
des trous de fixation sont déjà positionnés ainsi.

Mire, traits de coupe, et pastilles de centrage.

La sérigraphie (dessin des composants).
3 - Le typon
Avec le logiciel, dupliquer le dessin final en laissant 3 cm
entre les deux images. On aura donc les 2 typons à superposer sur la même
feuille A4. La précision de superposition n’en sera que meilleure. Si le CI est
trop grand, faire 2 typons A4, mais sur la même imprimante (même précision).

Les deux images sur la feuille A4.
L'impression doit se faire comme si l'on voyait les pistes par
transparence. C'est important car cela va permettre de placer le typon sur le CI
avec l'encre en "contact" avec le cuivre pré-sensibilisé, ce qui permettra de ne
pas avoir de défauts de parallaxe dûs à l'épaisseur du typon pendant
l'insolation.
J'ai fait des essais avec mon imprimante (de bas de gamme) et
c'est inexploitable...
Je suis donc passé par un magasin imprimeur. A 0,60€ le
transparent A4 laser (sur lequel on peut mettre éventuellement plusieurs CI), ce
n'est pas ruineux. Le fichier .pdf m'a donc été utile à ce stade.
J’ai donc prévu 2 typons identiques par CI, car l'encre n'est
pas forcément assez noire (j’ai raté un CI en négligeant ce « détail »). Si vous
jugez que l'encre n'est pas assez opaque :
-
Couper les 2 typons avec une marge d'environ 1cm pour l'un
et 2cm pour le second tout autour du circuit en incluant les mires bien sûr.
-
Superposer les 2 typons en se servant des mires. Cela doit
être fait avec le plus grand soin, au besoin avec une loupe. La table
lumineuse est une aide précieuse (mais pas obligatoire).
-
Coller les 2 typons ainsi superposés avec du scotch. Bien
vérifier qu’ils n’ont pas bougé. De cette manière le typon sera bien opaque
aux UV. Je n'ai pas rencontré de problèmes à l'insolation, même avec mes
pistes de 0,25mm (quoique, voir gravure plus bas)!
-
Pour cette superposition, mettre le typon qui a la plus
petite marge au dessus de l'autre en lisant les inscriptions à l’envers (par
transparence), l’encre étant ainsi sur le dessus. Le scotch reliant les 2
typons superposés doit être assez loin du bord du CI fini (3 à 4 mm
minimum). En effet, à l'insolation il ne faut pas que le CI déborde sur ce
scotch, ce qui provoquerait un défaut de parallaxe (minime certes), mais
c'est à ce prix que l'on peut espérer de bons résultats.

Les deux typons superposés.Remarquez la position
des scotchs.
4 - L'insolation et la
révélation
A ce stade, enlever la cravate et le costar.
-
Couper un morceau de circuit pré-sensibilisé à une dimension
légèrement supérieure à la dimension finale du CI à réaliser (1 à 2mm sur
chaque coté) pour un positionnement plus facile.
-
Garder les chutes, ça peux servir.
-
Préparer la solution du révélateur. Attention, d’après le
fabricant il ne se conserve pas plus de 24H après dilution, donc ne préparer
que ce qui est nécessaire. ½ litre de solution est suffisant pour plusieurs
circuits de 10x15 cm par Ex.
-
Positionner et fixez-le typon avec du scotch papier sur la
glace (propre) de l'insolateur. Les inscriptions devant être lues à l'envers
(pour W-SIDE, mais aussi pour C-SIDE si double face).

Le typon en place sur l'insoleuse (collé au scotch
papier plus facile à enlever).
-
Enlever la protection de la couche photo sensible sur le CI
(ben oui, faut pas oublier).
-
Placer le CI sur le typon (face pré sensibilisée coté typon,
vous l'aurez deviné). C'est ici que les traits de coupe sont utiles.
Fixez-le avec du scotch papier (plus facile à enlever …).

CI sur le typon, ne pas oublier d’enlever le
plastique de protection du vernis, si si, je l’ai fait !

On voit bien le rôle des traits de coupe et la
facilité de positionnement
dûe au fait que le CI est 2 à 3 mm plus grand que le typon ! Fixer le CI
avec du scotch papier
Important : L’insolateur
doit comporter une mousse (ou tout autre système) qui plaque bien le CI sur
le typon et la vitre (toujours pour éviter un défaut de parallaxe).

-
Insoler en respectant le temps préconisé (2mn30 pour moi
mais ce n’est pas à la seconde près).
-
Sortir et plonger le CI dans le révélateur, face sensibilisé
en haut. Pour ma part, je le tiens avec les doigts et le bouge pour faire
circuler le révélateur à la surface, je frotte également le CI avec les
doigts (sans appuyer), ce qui accélère le développement. Contrairement à ce
que l'on pourrait penser, le vernis n'est pas fragile. Les gants sont de
rigueur bien sûr (c’est un genre de soude).

La révélation est terminée lorsque le vernis est totalement
dissout entre les pistes, donc que l'on voit le cuivre bien brillant. Le
temps est très variable en fonction des solutions (marque et
concentration) ; 2 à 3 mn en général.
Note : J'ai également utilisé avec succès du vernis photo
sensible en bombe sur du CI nu (bien lire la notice). Après pulvérisation, j'ai
mis le CI dans une boite en carton (protection contre les UV) et fait sécher le
vernis dans mon four de cuisine pendant 3H à 50° C.
5 - La gravure
Si vous n’avez pas de bac de
gravure ... procédez de la manière suivante :
-
Préparer la solution de perchlorure en respectant les doses
indiquées. Il se conserve sans problème dans un récipient en plastique.
Seul, sa saturation en cuivre le rend inutilisable.
-
Chauffer le perchlo au bain-marie dans un récipient en verre
ou plastique (bouteille d’eau minérale par Ex.) Attention, pas à plus de
40-45°, au-delà de 48° il dégage des vapeurs toxiques, thermomètre
conseillé.
-
Le versez dans le bac en plastique et gravez de la même
manière que la révélation (Remuez impérativement pour faire circuler le
perchlo sur le CI). Il faut entre 5 et 10mn suivant le degré de saturation
du perchlo.
On contrôle facilement l'avancement de la gravure en sortant
de temps en temps le CI, Bien contrôler toute la surface et principalement
les endroits fins (pistes entre pastilles par ex.) !
 |
L’étape de gravure, ici avec une
graveuse verticale, bulleur et résistance pour chauffer le perchlo.
Sortir le CI de temps en temps et contrôlez
l’avancement de la gravure (entre 5 et 15 mn).
La saturation du perchlo influence
fortement ce temps.
Bien lire la notice de la résistance de
chauffage pour éviter de la griller (du vécu, snif) |
Une fois fini, bien rincer à l'eau froide et contrôler
sérieusement. Ce serait dommage de laisser des courts-circuits, replonger si
nécessaire.
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Rinçage et nettoyage CI et ustensiles.
Une grande quantité d’eau dilue les résidus de perchlo !
Je verse cette cuvette dans les WC … Pas le
choix. Mais je porte le perchlo saturé à la décharge !
La pièce blanche est une réalisation perso
complètement en PCV pour tenir le CI.
Tout les métaux courants sont attaqués par
le perchlo, donc ne mettre que du verre, plastique,ou PVC (que l’on
peux coller comme ici sur certaines pièces). Même la vis de maintien
est en nylon |
Attention, le perchlo attaque aussi dans l’épaisseur du
cuivre (sous le vernis) donc les pistes fines sont de ce fait sujettes aux
coupures…

Le CI fini, rincé mais il a encore son vernis
protecteur.
Note : J'ai eu quelques soucis sur une partie d'un CI
(courts-circuits sur quelques pistes très proches de pastilles) dûs je pense, à
cette saturation ... A moins que ce soit un mauvais positionnement des 2 typons
l'un sur l'autre ! Mais facilement résolu par quelques coups de scalpel.
6 - L'étamage
Une fois le vernis enlevé, dégraissez le CI avec de l'acétone
et/ou du dégraissant genre "cif" pour bien décaper le cuivre. Ne plus le toucher
avec les doigts.
-
Tremper le CI dans la solution d'étamage à froid pendant
quelques mn. Contrairement à ce qui est écris sur la notice, le produit est
encore efficace même après 2 ans de stockage.
-
Rincer quand le CI est bien blanc, c'est fini.

L’étamage, en principe 2 à 3 mn suffisent.
7 - La sérigraphie
Hé oui, je fais aussi ma
sérigraphie coté composant (pour du simple face seulement... En effet, si l’on
fait du double faces, il faudra faire des soudures sur C-Side, donc la
sérigraphie n’est plus possible).
C'est très simple : imprimer
le fichier .pdf de la sérigraphie sur une étiquette autocollante.
-
Uniquement pour du simple
face, un autocollant correctement positionné !
-
J’ai percé deux trous (au
diamètre des clous) aux extrémités du CI (centre des trous de fixation).
-
Un repère (croix) à été
mis sur la sérigraphie au dessin du CI.
-
Décoller sur 1cm environ
la feuille de protection et la replier sur elle-même.
-
Percer la feuille avec
deux clous qui rentreront légèrement en force dans les deux trous du CI.
-
Coller la bande dégagée.
Attention, ce n’est pas facile si le CI est grand, ça ne se colle pas
droit !

On peut aussi engager les clous par en dessous et
piquer l’autocollant au dessus.

On peut passer une ou deux couches de vernis (en bombe) sur la
sérigraphie pour la durcir.
8 - Le perçage :
Il n'est pas facile de percer
des centaines de trous de 0,8 ou 1mm avec précision.
J'utilise une mini perceuse
montée sur un support. Je fixe un étau sur le socle et serre un morceau de bois
avec une surface bien lisse dans cet étau, de dimension suffisante et dépassant
au dessus des mors pour pouvoir déplacer facilement le CI.
La pointe du foret doit être
très proche du CI pour plus de facilité de positionnement.

Le perçage.
Le positionnement n'étant pas
facile, j'ai choisi l'option de sortir le foret au maximum du mandrin. De par sa
souplesse il se centre à peux près correctement de lui-même dans le trou de la
pastille. Ceci est facilité par le diamètre très petit que j'ai donné aux trous
des pastilles à l'étape du routage.
J'ai en effet remarqué que
plus le diamètre central de la pastille était gros, plus le perçage était
décentré. Pour la même raison, je déplace avec "souplesse" (sans le serrer) le
CI pour le positionner sous le foret qui peut ainsi « l’attirer » pour le
centrer.
Bien sûr, très bon éclairage
de rigueur (voir avec une loupe éclairante). Une soufflette serait également
bienvenue !
-
Vitesse de rotation très élevée (20 000tr/mn) recommandée.
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Percer les 2 trous de positionnement de la sérigraphie.
-
On peut maintenant positionner et coller la sérigraphie (Sur
la bonne face ...), voir photos.
-
Percer la totalité des trous aux divers diamètres.
Notes : Je fais
les trous de fixation en 2 étapes, diamètre 1mm puis le bon diamètre.

Le perçage terminé...

... et bien centré !
Et enfin...

Quelques réalisations
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CI pedestal avant perçage. |
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CI pedestal câblé et terminé. |
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Circuit de liaison Master avant perçage. |
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Circuit de liaison Master après perçage. |
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Circuit de liaison Master câblé (voir page Circuits perso). |
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