Réalisation de circuits imprimés

Le contraste de votre imprimante doit être réglé au maximum.

La face “composants” (top) doit être imprimée en mode miroir et la face “soudures” (bottom) en mode normal. Dans ces 2 cas l'encre est directement en contact avec la couche photosensible et évite ainsi que des UV s'infiltrent dans l'espace encre/couche photosensible formé par l'épaisseur du calque.

Pour économiser du papier calque ou transparent vous pouvez :

1. Imprimer le typon sur une feuille A4 normale
2. Découper votre calque à la dimension de la carte
3. Scotcher le calque sur la feuille A4
4. Réimprimer le typon

+ Noir très opaque aux UV

- Si le papier est de mauvaise qualité il aura tendance à “boire” l'encre, ce qui diminue la précision
- On ne peut pas directement imprimer sur du papier calque standard. Cependant, pour obtenir une impression parfaite sur ce type de papier, il suffit de dégraisser délicatement la face à imprimer à l'aide d'un tampon de coton généreusement imbibé d'alcool méthylique.
- Le transparent pour imprimante jet d'encre est cher

Attention aux marques des transparents : les Oxford / Agfa / Epson donnent de très bons résultats (0.15 à 0.30€ la feuille pour les Oxford), l'encre ne bave pas et tient bien. Par contre les Staedler font des “bandes” avec l'encre, ce qui se traduit inéluctablement par des stries dans le circuit imprimé ! Les transparents pour jet d'encre haute densité TPX100 de chez Novalith donnent d’excellents résultats en terme d'opacité et de finesse de gravure.

+ Excellente précision d'impression, pas d'encre donc pas d'effet buvard
+ On peut utiliser du papier calque

- Noir moins opaque

Les plaques de circuit imprimé sont vendues dans un format standard, généralement :

• 100×160 (format europe)
• 200×300
• 300×600

Donc il faut souvent les redécouper pour les mettre à la dimension de la carte que vous voulez réaliser. Pour cela plusieurs solutions :

• Cisaille guillotine / massicot : Très cher (>200€) mais la découpe est droite, propre lo
• Scie circulaire Proxxon KS 230: Un peu chère (90€) par contre une qualité irréprochable et très lisse!
  
• Le coupe-carreau : Environ 40€. Il permet d'avoir une coupe droite et propre.
  
• La mini scie : Environ 40€ chez Brico-Depot ou chez casino. Elle permet de faire des découpes nettes et précises de formes simples et compliquées.
  
• La scie à métaux : Pas cher mais le résultat est à la hauteur du prix :
  

Si le circuit imprimé n'est pas parfaitement plat les UV peuvent s'infiltrer entre la couche photosensible et le typon.
Pour éliminer facilement ces défauts vous pouvez simplement racler le circuit imprimé sur du papier abrasif avec un angle de 45°.
Ce qui donne :

Une insoleuse “mallette”, simple face, 4 tubes 8W fait parfaitement l'affaire si vous n'avez pas encore de matériel.

Si vous êtes bricoleur vous pouvez vous la fabriquer vous-même. Le seul point important est de bien choisir la distance entre la vitre et les tubes pour avoir une diffusion uniforme des UV. Le prix des tubes + ballasts n'est généralement pas très loin du prix de l'insoleuse.
Mais on peut aussi utiliser une lampe dite “économique” qui n'est rien de moins qu'un mini-tube avec ballast intégré. Evitez absolument les lampes dites “chaudes” où les UV ont été filtrés. Une bonne base pour vos essais consiste à prendre une lampe eco de 13W placée à 15-20 cm du PCB avec 8 minutes pour le temps d'exposition.

L'insolation doit se faire dans une pièce la plus sombre possible pour que la lumière ambiante n'influe pas sur l'insolation.
Vous pouvez vous éclairer avec des leds rouges ou encore mieux avec une ampoule utilisée pour développer les photos en noir et blanc. Vous êtes ainsi à l'abri des UV parasites qui risquent d'insoler votre résine photosensible avant qu'elle ne soit en contact avec votre calque.

Le temps d'insolation varie en fonction de l'insoleuse et de la résine photosensible que vous utilisez. La seule manière de déterminer votre temps d'insolation optimal et de faire des tests sur des petits bouts de plaque. Vous pouvez commencer par 1 minute d'exposition, puis 1min30, puis 2min etc.

Pour que le typon soit parfaitement plaqué sur le circuit imprimé, ce qui est indispensable lorsque l'on souhaite réaliser des pistes très fines (2/10 mm voir moins), l'astuce est d'utiliser une pochette plastique transparente dans laquelle on glisse le circuit et le(s) typon(s), de fermer hermétiquement la pochette avec du ruban adhésif après y avoir inséré un petit tube qui permettra de faire le vide. L'étanchéité autour du tube peut être réalisée avec de la patafix (UHU). La pompe à vide est réalisée à partir de la pompe récupérée sur un tensiomètre hors d'usage, repérer le trou d'aspiration sur la pompe et y coller un tube rigide qui sera ensuite relié par un tuyau souple au tube de la pochette. Maintenir l'aspiration pendant toute la durée de l'insolation. Une micro pompe à vide de type “Rolling pump vacuum pump” peut aussi être trouvée sur Internet pour quelques euros.

Révélez immédiatement votre carte après l'avoir insolée.

L’une des principales difficultés est d’aligner parfaitement le typon et la plaque présensibilisée dans une pièce où il a généralement peu de lumière.

Donc voici ma méthode pour me simplifier la vie :

1. Découpez dans une plaque d’epoxy, de la même épaisseur que vos circuits imprimés, une équerre. Personnellement, j’ai découpé mon équerre avec un coupe carreaux pour que la découpe soit parfaitement droite et à angle droit.
2. Scotchez vos calques/transparents en les alignant sur l’angle droit de l’équerre.

Vous n’avez plus qu’à bloquer votre circuit imprimé dans le coin de l’équerre pour être sûr que les typons et le circuit imprimé sont parfaitement alignés.

Il faut avoir la solution de révélation qui va attaquer les portions de résine exposées aux UV…

Elle est disponible chez tous les vendeurs d'électronique sous forme d'un sachet de poudre (4 à 6 €) à diluer dans un volume d'eau du robinet; il faut ensuite conserver la solution dans un bidon résistant à la soude caustique.

Acheter de la lessive de soude à 36° ou 30,5% suivant les fabricants la concentration est marquée de différente façon.

Ce produit est disponible en grande surface le prix est aux environs de 1 € le litre.

Il suffit de verser 3 cuillères à soupe (un volume de 35-40 mm3) de lessive de soude dans un ancien flacon de lessive de soude, ou bien en utilisant une bouteille de sirop en verre, et de compléter avec de l'eau du robinet pour obtenir 1 litre de produit (le révélateur) prêt à l'emploi.

Attention, contrairement à l'image ci dessous :

1 - **Ôtez soigneusement l'étiquette du produit d'origine** ainsi que le collier du goulot ;
2 - **Étiquetez visiblement** le flacon avec l'identification du nouveau contenu ;
3 - Placez comme proposé ci-dessous une **étiquette indiquant la dangerosité du produit** ;
4 - **Stockez le produit dans un endroit spécifique**, hors de portée des enfants ou bien de personnes non habituées à ces produits. 

Trop d'accidents domestiques sont dus à l'utilisation inappropriée de tels produits: “Oh ! Quelle jolie couleur verte, ce doit être du sirop de menthe. Les petits vont aimer…”

La solution doit travailler au moins 5 mn, par contre elle se bonifie avec le temps on peut la conserver plusieurs années sans problèmes.

Ne pas oublier d'indiquer sur la bouteille une tête de mort en précisant soude caustique et de noter révélateur pour CI, on ne sait jamais qui peut tomber sur la bouteille.

Cette méthode permet de faire des économies en effet vous pourrez faire environ 25-30 litre de révélateur pour 1 €… Sinon cette solution marche tous le temps et quelle que soit la T° du produit : 15° à 35° suivant les variations de températures saisonnières. Si votre révélation est mauvaise alors vous devez cherchez plutôt un problème d'insolation (temps, densité UV) ou de résine photosensible…

Achetez en droguerie ou en magasin de bricolage de la soude caustique pure sous forme de perle pour 4-5€ le Kg.

Diluez 10g de soude dans 1 litre d'eau tiède.
Faites un test sur une chute de plaque pré-sensibilisé

.

A suivre images lors d'une révélation 2 méthodes :

1. A la cuvette.
2. Par secouage dans un bidon hermétique.

• Du perchlorure de fer, qui s'achète dans les magasins d'électronique. Il se présente soit sous forme de bidon de liquide (plutôt cher ~8€ 1L) ou alors sous forme de granulé à diluer dans l'eau (~2.50€ pour 1L) .
• Un récipient, ça peut être un bassine à agiter à la main ou alors plus efficace une graveuse à bulles, qui est vendue avec une résistance chauffante et une pompe.

Une fois son perchlorure saturé, complètement vert, il faut s'en débarrasser.

Évidement, on ne peut pas le rejeter dans la nature, ni même dans un évier vu la corrosivité du produit. La déchetterie ? → Info EcoDDS : “Qu’ils soient vides, souillés ou avec un reste de contenu, vos déchets chimiques doivent être déposés en point de collecte et en déchetterie dans leur contenant d’origine. Veillez, par ailleurs, à bien visser les bouchons, à fermer les couvercles pour éviter tout écoulement. S’ils ne se trouvent pas dans leur contenant d’origine (par exemple, si vous avez vidé du white spirit dans une bouteille d’eau), il est important d’identifier vos produits en collant une étiquette sur leur emballage. Cela permettra aux agents des déchetteries de trier correctement et d’éviter ainsi les accidents causés par le mélange de produits chimiques dangereux incompatibles.”

Autrement, vous pouvez acheter un kit de neutralisation mais ils sont plutôt chers (~40€)

Donc voici une méthode économique et écologique pour le neutraliser:

De la soude caustique qu'on trouver en magasin de bricolage ou en droguerie.

Du papier PH vendu en pharmacie.

Un seau en plastique.

Lisez attentivement les précautions d'emploi de la soude (gant, lunettes etc) pour éviter les brûlures !

Versez le perchlo dans le seau. Rajoutez progressivement la soude et mélangez. Apres un certain temps, vous devriez voir un dépôt se former au fond du seau, c’est de l'hydroxyde de fer, de l'hydroxyde de cuivre insoluble et du sel. Vérifier régulièrement l'acidité de la solution, vous devriez partir d'un PH de 2-3 pour arriver jusqu'à 7 (solution neutre). Une fois à 7, laissez simplement s'évaporer la solution pour récupérer le dépôt que vous pouvez jeter dans votre poubelle.

Cette méthode est la plus dangereuse mais aussi la plus rapide et la plus précise. Il est impératif de suivre les recommandations d'utilisation de l'acide chlorhydrique et de l'eau oxygénée qui sont des produits dangereux.
N'essayez cette méthode que si vous êtes conscients des risques et si vous savez quelles sont exactement les mesures de sécurité à respecter.

• De l'acide chlorhydrique, qu'on trouve dans les grandes surfaces de bricolage, il est rare d'en trouver dans les grandes surfaces normales(attention de bien lire la concentration 30%).
• De l'eau du robinet
• De l'eau oxygénée 130 volumes, que l'on peut trouver dans les drogueries ou les magasins de bricolage.
• Soit des récipients en plastique dur, soit des bocaux en verre hermétiques (la qualité et le temps de gravure est meilleur). Pour cela, avoir une collection de bidon de toutes tailles mais attention le profil doit être circulaire ou elyptique (il ne doit pas y avoir des portions planes supérieure au PCB)…cf cette image ci dessous

• Des gants résistants
• Des lunettes de protection
• Des vêtements couvrants

il est fortement conseillé de faire ces manipulations à l'extérieur.

LE DOSAGE :

Deux cas : une solution très rapide 30µm/s ou une autre plus lente 1µm/s (vitesse de gravure).

• La lente : (conseillée à l'extérieur mais possible à l’intérieur) C'est celle qui fonctionne très bien pour les PCB.

1 vol d'eau + 0.6vol de HCL + 0.3 vol d'eau oxygénée.

• La rapide : (obligatoire de le faire en extérieur)

1 vol d'eau + 1,2 vol de HCL + 1 vol d'eau oxygénée.

Attention cette solution est très rapide mais dangereuse. Elle est destinée uniquement à graver des plaques de cuivre épaisses ou du laiton, le masque à gaz les lunettes en plastique les gants en vinyle sont obligatoires ! Prévoir le circuit à graver à coté, lorsque l'on a versé l'eau oxygénée alors il faut vite plonger le pcb avec une brucelle en inox ou en plastique ne jamais le lâcher on plonge 1 s et on ressort de suite c'est terminé (pour un PCB) Pour une plaque plus épaisse il faut rester un peu plus longtemps…

Respecter absolument l'ordre. Ne mélangez jamais de l'eau oxygénée avec de l'acide chlorhydrique non dilué et attention aux éclaboussures

respecter cet ordre pour le mélange :

• 1°)vous mettez l'eau dans le bidon
• 2°)vous rajouter la dose de HCL (acide)
• 3°)et, en dernier, vous rajoutez la dose d'eau oxygéné

très utile pour ne jamais se tromper :

on ne donne jamais à boire à un acide

Ne mettez pas le nez haut dessus de ce mélange au risque de vous décaper les poumons et les yeux. Le gaz qui se dégage est simplement du dioxygène, mais la chaleur dégagée par la réaction provoque également l'évaporation du chlorure d'hydrogène de l'acide qui, lui, est grandement irritant…
La solution ne se conserve pas donc faites le mélange juste avant de graver vos circuits.La solution peut resservir à condition de rajouter un peu d'eau oxygénée de temps en temps.

Plongez votre circuit imprimé dans votre récipient et agitez.

Après quelques secondes pour la méthode des bocaux (30 à 40 s pour 35 µm 1m20 pour du 70µm, la vitesse de gravure en secouant énergiquement est voisine de 1µm/s) et après quelques minutes avec la méthode du bac en plastique votre carte sera gravée.
Si vous utilisez des bocaux, ouvrez régulièrement le couvercle pour évacuer le gaz que s'y accumule.

Plongez la dans un bac plein d'eau et rincez la correctement surtout si vous utilisez de l'acétone pour enlever la couche de résine photosensible, la réaction peut être violente si le rinçage n'a pas été fait correctement.

Pour neutraliser la solution, il suffit de la mélanger à un grand volume d'eau (→ WC)et de tirer la chasse après 5 mn (cela permet aussi de détartrer le WC, cela ne fait pas de mal). Cependant, le chlorure de cuivre formé ( teinte bleu-verte de la solution ) est très toxique, si vous vous souciez de l'environnement, préférez une conservation de la solution et sa réutilisation…

L'acide HCL est disponible facilement en Grande surface alimentaire et de bricolage.
1€ le litre et 4,50€ les 5 litres.
Attention il faut acheter de l'acide à 30 %
on trouve de l'acide HCL à 20% c'est de l'anarque et il faut alors revoir les dosages.

Vous pouvez rajouter votre fournisseurs pour l'eau oxygénée à 130 vol:

A noter également que l'eau oxygénée a 130 vol se trouve aussi dans certaines pharmacies, entre 4 et 8 euros selon les pharmacies.

Le perchlorure de fer peut être remplacé par le persulfate d'ammonium qui est très utilisé en milieu professionnel. Le persulfate d'ammonium permet des gravures plus fines. Cette solution étant translucide, elle permet le suivi de l'avancement de la gravure sans avoir à sortir le circuit de la graveuse. Le principal inconvénient est que l'ion ammonium présent dans la solution s'échappe sous forme de gaz toxique: l'ammoniaque (ou hydroxyde d'ammonium). De plus, comme la concentration en ion ammonium diminue avec le temps, la solution ne peut pas être conservée longtemps.

Une alternative qui présente presque les mêmes avantages mais sans les inconvénients est le persulfate de sodium. Le dosage idéal se situe autour de 250 grammes par litre d'eau.

Utilisez de préférence des forets au carbure de tungstène, plus chers mais aussi plus résistants que les HSS.

Un support vertical pour la mini-perceuse est vraiment indispensable, si on veut travailler rapidement et correctement.
[pub] J'utilise une perceuse Dremel avec son support et c'est vraiment du très bon matériel (~100€ support + mini-perceuse)[/pub]
Attention au choix du support de perceuse. Le modèle cité est en plastique souple et a tellement de jeu que les forets carbure cassent et les HSS se tordent. Choisir un modèle en métal relativement rigide.

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Ou alors
Support de perceuse DREMEL 220JB

chez Leroymerlin à 57 €
avec la perceuse DREMEL 300 qui va avec (50€)

Une solution simple pour étamer ses pistes est d'utiliser un produit d'étamage à froid. (250ml ~10€) (Produit corrosif et nocif. Lisez les précautions d'emploi)

C'est une solution chimique qui va déposer une fine couche d'étain de 0.2 à 0.35 microns qui s'oxydera moins que le cuivre et améliorera la soudabilité.
Son utilisation est simple :

1. Enlevez la couche photosensible qui reste sur les pistes et évitez d'y mettre les doigts.
   
2. Mettez l'étain chimique dans un récipient en plastique ou en verre. (Certains chauffent un peu la solution, le résultat serait meilleur)
3. Plongez votre carte dans le récipient et agitez doucement pendant 3 à 5 min.
4. Retirez la carte et rincez la abondamment.
   

Le produit est réutilisable ne le jetez pas.

Il est aussi possible d'utiliser des produits de plomberie : pâte à braser et décapant que l'on étale à l'aide d'un pinceau et que l'on fait fondre à l'aide d'un fer à souder ou d'un décapeur thermique. Attention, il s'agit de brasage tendre (le métal d'apport est de l'étain) et c'est ce type de produit qu'il faut acheter. Les produits pour du brasage dit “fort” peuvent ne pas être adaptés car les métaux d'apport ont un point de fusion bien plus élevé (cuivre, argent, aluminium). Cela dépasse la température du fer à souder et endommagerait le PCB.

Autre lien: www.brico.be/wabs/fiches/pdf/fr/8-1.pdf

Si vous ne souhaitez pas investir dans de la pâte à braser, vous pouvez aussi :

• Enduire vos pistes de décapant de plomberie
• Mettre une goutte de brasure sur la panne de votre fer à souder
• Passer votre fer à souder sur les pistes

Pour une meilleure répartition du métal, certaines personnes passent le tout au four (dédié bien entendu uniquement à cette tâche vu la toxicité des produits en question). Cette technique est par ailleurs utilisée par les amateurs pour réaliser des circuits avec des composants BGA, c'est à dire avec des connecteurs dessous le composant (site en anglais : http://www.instructables.com/id/Toaster-Oven-Reflow-Soldering-BGA/)

L'autre solution pour protéger ses pistes est le vernis. Il existe soit sous forme incolore ou alors en vert (imitation vernis épargne pour faire pro )
Dans cette démonstration, j'ai utilisé du vernis vert KF 1451 thermosoudable (5€ les 140ml).

Le thermosoudable comme son nom l'indique permet de souder les composants même apres avoir appliqué le vernis sur l'implantation des composants.

D'après mon détaillant, KF a arrêté la fabrication des vernis colorés. Il ne reste plus que le 1280

Donc les étapes à suivre :

1. Retirez la résine photosensible juste avant la dépose du vernis pour que le cuivre soit parfaitement propre.
2. Vaporisez le vernis à environ 20 cm de la carte
3. Laissez sécher.

Ce qui donne :

(Pour le test, j'ai utilisé une carte avec des pistes un peu oxydées donc les tâches brunes sur les pistes ne sont pas dues au vernis mais à l'oxydation)

Vérifions si on peut toujours souder des composants :

Ca fonctionne !

Pour ceux qui se posent la question, le vernis à l'air de tenir au four à refusion mais il vire à l'orange.

En cours d'expérimentation
2 méthodes possibles :

1. Par dépose de crème à braser dans les trous puis au four Voir le forum Ce lien est mort. Merci à l’auteur de remmettre le fichier.
2. Par électronlyse Voir le forum

Quelle est la précision qu'on peut espérer avec du matériel amateur ?
Sans problème des pistes d'une épaisseur de 5mil (mili inch) soit 0.127mm
Pour vous donner une idée, les entreprises réalisant des prototypes demandent en général une épaisseur minimale de 6mil et les entreprises de pointe dans la réalisation de circuit imprimé peuvent aller jusqu'à ~4mil.

Pourquoi après la révélation mes pistes sont floues ?

• L'encre du typon n'est pas correctement en contact avec la plaque présensibilisée.
• Vérifiez que le typon est imprimé du bon côté du calque.
• Augmentez le poids exercé sur la plaque présensibilisée pour que le calque soit bien en contact avec la plaque présensibilisée.
• Vérifiez que le poids est exercé de manière uniforme.
• Vérifiez que votre découpe est propre

Pourquoi après la révélation aucune piste n'apparaît ?

Soit toute la résine photosensible disparait :

• Vous surexposez votre plaque, diminuez le temps d'insolation
• Votre révélateur est trop concentré

Soit la résine photosensible reste mais les pistes n'apparaissent pas :

• Vous sous-exposez votre plaque, augmentez le temps d'insolation
• Votre révélateur n'est pas assez concentré

Pourquoi ma résine ne part pas complètement ?

Ça peut arriver avec certaine marque de plaque en utilisant du papier calque ou si votre plaque est trop vielle.
Dans ce cas, passez un chiffon doux imbibé de révélateur sur votre carte pour enlever le reste de résine.

La révélation se passe correctement mais la carte n'est pas gravée.

Voir : Pourquoi ma résine ne part pas complètement ?
Votre solution de gravure est saturée.

Lors de la révélation la résine se détache ou disparait.

La solution de révélation est trop concentrée ou le temps de révélation trop long.

J'ai des petits trous dans mes pistes et dans mes plans de masse.

L'encre n'est pas assez opaque.

Les plaques pré-sensibilisées ont une date limite d'utilisation ?

Elles gardent leurs caractéristiques au moins 2 ans. Les plaques CIF sont garanties 5 ans http://cif.fr/fr/support-verre-epoxy-simple-et-double-face/20-support-verre-epoxy-16-10-35-simple-face.html Je viens d'utiliser en 2016 une plaque de cette marque dont le prix était encore marqué en francs, donc agée d'au moins 15 ans.