Je grave mes Circuits Imprimés

Réalisation de PCB sur Epoxy ou bakélite pré-sensibilisé.

 

Rel pcb

 

Sous EAGLE :

J'utilise une version 4-16 d'Eagle de Cadsoft ! C'est une version 32 bits qui tourne très bien sous 64 bits(Win10), à condition de l'installer sous 32 bits et la copier /coller sous un répertoire 64 bits ! Ensuite, il ne reste qu'à rentrer la licence au premier démarrage ! Je ne suis pas spécialement nostalgique, mais je tenais à garder mes créations de library et je n'approuve guère le côté 'abonnement' d'Autodesk, le nouveau fournisseur.

Voici quelques un des réglages que j'utilise pour garantir la finesse du typon :

  • Ne pas exagérer inutillement la largeur des pistes : 0.4 mm à 0.6 mm  sont des largeurs correctes pour les signaux, sinon il y a risque de perméabilité lumineuse du toner. Sauf en cas de grosse intensité, bien sûr, où la section de la piste doit être relative.
  • Pour les composants CMS ne pas descendre en dessous de composant « 1206 » (Risque de difficulté de soudage ).
  • Réduire à 0.5mm le diamètre du trou des Pads.
  • Re-pastiller les composants à fortes contraintes mécaniques, et autres pads si il n'y a pas de passage entre deux .
  • Toujours exécuter Ratsnet et enregistrer  avant d’imprimer le typon afin de supprimer les croisements et chevauchements de pistes.

 

Réglage de l’Imprimante Laser

Pour créer mes typons, j'utilise une imprimante laser Samsung bon marché (le prix de la cartouche de toner est pratiquement celui de la machine) et du film laser pour rétro-projecteur par boite de 100 feuilles ...

Par le tableau de commande de l'imprimante (préférences ) , je paramètre ainsi : 

  • Texte tout en noir
  • Contour des lignes "Fin".
  • Résolution "Haute Qualité".
  • Pousser le contraste au maximum.

 

Impression du typon depuis Eagle:

Pour l'impression, en réalisation personnelle, je n'utilise pas le CAM-Processor, mais la commande 'Print'... Le CAM-Processor est utile pour la fabrication sous-traitée des circuits; Je l'avais essayé avec un plotter Roland, du calque et de l'encre de chine, mais les plumes se bouchent, les pistes ne sont pas assez opaques et les trous de pointage pour la perceuse n'apparaissent pas. 

La commande 'Print' est réglée à l'échelle 1 et tout en noir:

  • Ne mettre que les couches utiles: Top ou Botom, Dimensions, Pads, Vias par la commande „display“. Attention a ce que la couche "Dimension" soit bien séparée des traits communs à une partie du tracé et ne provoque pas de court-circuits.
  • Imprimer une feuille de papier, avant de sortir le calque, afin de voir la mise en page (ça évite de jeter du calque ou du transparent à la poubelle) et surtout de bien comparer l'emprunte des composants avant la gravure (gain de temps et de matière ) .
  • Imprimer le calque ou le transparent (Le transparent doit être compatible laser sinon ça fond et c'est la catastrophe ).
  • Vérifier au négatoscope ou par transparence la qualité et l‘opacité du tracé .
  • Découper largement la partie utile du typon (~3cm en plus tout au tour)

 

 

Temps et précaution d’insolation:

Pour insoler, j'utilise une insoleuse fabrication maison, décrite ici , car les machines courantes du commerce ont le gros inconvénient d'avoir les tubes trop près du circuit et de réaliser des différences de puissance entre et sous les tubes 

  • Découper avec précaution, à la scie à métaux, l’époxy ou la bakélite aux dimensions ! (Bien immobiliser la plaque sinon gare à la lame de scie)
  • Ebavurer soigneusement avec une lime douce les bavures générées par la scie pour éviter une surépaisseur entre le typon et la résine photosensible. Redresser les écarts de la coupe avec une lime.
  • Donner un léger coup de papier de verre sur la périphérie du circuit afin de briser les arrètes.
  • Avec  l'utilisation de transparent, placer un calque sur la première vitre, pour éviter l'effet de diffraction de la lumière.
  • Avec 2 tubes de 8W à 7cm, les temps d’insolation varient suivant la nature de la résine photosensible utilisée par le fabricant:

Un produit que je recommande et qui donne des résultats d'une très grande finesse: BERNIER ELECTRONIK CEM1 16/10 1F35 ou 2F35 Ref.: P- 3111D Cette backélite est reconnaissable à son film de protection bleu !

  • Avec les plaques d'un autre fournisseur, il est impératif de faire des bouts d'essais pour ajuster les temps d'exposition.
  • Eviter l’exposition à la lumière ambiante, surtout si l’éclairage est à fluorescence, donc riche en U.V.

 

Révélation à la soude caustique  diluée à 70%:

Pour éliminer les résines photosensibles brûlées par les UV de l'insoleuse, je prends une dissolution de lessive de soude caustique (en vente en grande surface ou bricolage) que j'allonge avec 7 volumes d'eau. Je garde le produit dans une bouteille plastique pendant plusieurs années ... Bien se protéger les mains et les yeux lors de la manipulation ! Toujours procéder avec de l'eau à proximité afin de rincer abondement à la fin.

  • La température de la solution de soude caustique : 16°C à 22°C semble un bon compromis mais pas au-delà de ces limites.
  • Immerger spontanément le circuit dans la solution de soude caustique à température ambiante; Puis exercer un mouvement de va et vient du récipient afin de générer une vaguelette…
  • Suivant la résistance de la résine, le dessin du circuit apparaît au bout de quelques secondes à plusieurs minutes (Ex produit bakélite Conrad …)
  • Frotter très légèrement avec un D-make up les zones les plus réticentes et s’assurer que la couche de cuivre soit bien à nu (Attention de ne pas rayer le vernis fragile des pistes et surfaces réservées)
  • Toujours être prêt à stopper la révélation en arrosant et rinçant abondement  le circuit .

 

 

Gravure à l’Acide Chlorhydrique et Eau Oxygénée (Peroxyde d'hydrogène)

Pour la gravure, je préfère ce produit plutôt que le classique perchlorure de fer pour deux raisons: la rapidité et la propreté . le perchlo est lent, cher, polluant, et tache tout sur son passage, ce qui se traduit par des conflits familiaux faciles à éviter ! La gravure à l'acide est rapide (~5') , et bon marché car en vente en magasin de bricolage. L'eau oxygénée est plus difficile à trouver  (Brico-marché ) mais sur le net pas trop de problème ... 

  • Préparation des produits de gravure: J'ai de très bons résultats avec de l'acide chlorhydrique à 23%  (Onyx), Eau oxygénée 130%, et de l'eau (veiller à la température de l’eau 20°). Avec un verre gradué, on prépare 3 volumes d'eau,  1 volume d’acide chlorhydrique , et 1 volume d’eau oxygénée . (Toujours mettre l’eau en premier“ On ne donne jamais à boire à un acide“) et bien se protéger: gants chimiques et lunettes anti-projections.
  • Bien ventiler le local et agiter le bac de gravure  pour que les produits se mélangent bien avant d’y plonger le circuit à graver .
  • Immerger spontanément le circuit dans la solution à température de 20°C; Puis exercer un mouvement de va et vient du récipient afin de générer une vaguelette, de long en large, puis d'avant en arrière …
  • Surveiller l’avancement de la gravure en permanence  et toujours être prêt à stopper la réaction en arrosant et rinçant abondement le circuit .
  • Les pistes les plus fines du centre et des bords servent de témoins : elles doivent rester visibles uniformément quelque soit leur position.
  • Rincer abondement le PCB en fin de gravure .

 

Nettoyage et mise à nu du cuivre

Après la gravure, il faut enlever le reste de vernis qui à servi à réserver les pistes pour pouvoir les étamer et faciliter le soudage des composants. Une soudure sera d'autant plus facile à faire (CMS) et plus belle, si il ne reste pas de résidus sur les pads.

  • Nettoyer le vernis épargne à l’acétone avec un D-make up ou un chiffon en frottant et renouvelant le tampon dès qu'il est trop sale. Se préserver des inhalations et du contact avec la peau de l'acétone .
  • Frotter avec un tampon GEX ou de la laine d’acier la totalité du circuit, dans un sens puis dans l'autre jusqu'à obtenir un brillant uniforme des pistes sans contact avec les doigts pour ne pas les graisser. 
  • Essuyer avec un chiffon doux, propre et non pelucheux toutes traces laissées par la laine de fer. (Ne pas poser les doigts sur la face  gravée).

 

Finition à l’étain chimique à froid

L'étamage à froid va, en plus de donner un fini et une protection au cuivre, faciliter grandement le soudage des composants . Les étains à froid ne sont pas toujours faciles à trouver; Etamag de chez KF vieillis en plus assez mal je lui préfère celui de chez BERNIER qui est bien efficace dans la durée .

  • Immerger totalement le circuit dans le bain d’étain chimique à froid pendant trois à cinq minutes à la température ~22°C.
  • Rincer abondement et sécher le circuit .
  • Récupérer le produit pour un prochain usage .

 

 

Perçage:

C'est une opération qui semble banale et qui demande pourtant le plus grand soin! Une mini perceuse sur colonne, de bonne qualité et sans jeu de broche est pratiquement obligatoire afin d'assurer la précision géométrique et la régularité des trous de passage de pinuche .

  • Toujours utiliser un forêt en bon état diamètre 0.8 à 1 mm pour tous les trous. Faire un essais sur une grosse pad pour voir l'état du forêt; il ne doit pas y avoir de bavure de cuivre relevée au bord du trou sinon remplacer  ou affûter le forêt .
  • Bien éclairer la zone de travail et utiliser une soufflerie (ventilateur) de manière à disperser les copeaux et poussières d’époxy qui s’accumulent sur le circuit et empêchent de pointer correctement la descente du forêt .
  • Toujours commencer par les Pads en lignes (Ex. : Circuits intégrés, SIL, DIL,…)
  • Contre-percer les trous nécessitant de plus gros diamètres (Attentions de limiter la coupe des gros forêts pour limiter la surprise d’un engagement trop rapide, les blessures et la casse) .

 

 

Contrôle:

Cette phase peut paraître pénible et sans enthousiasme, mais elle évitera bien des désagréments lors des premiers essais après câblage . 

  • Visualiser, par transparence la séparation des pistes et au contrôleur d’isolement l’isolation maximum entre les pistes.
  • Visualiser, par transparence la continuité des pistes et au testeur de continuité  les pistes pour lesquelles il y aurait un doute (surtout les pistes longues et fines)  .
  • Attention également aux conflits électriques entre les pistes de bordures et le tracé du cadre de la couche 'dimension' .

 

 

Sérigraphie des empreintes de composants:

Cette opération n'est pas indispensable, mais donnera un peu plus de cachet à vos circuits . Dans ce cas j'utilise la méthode de transfère de toner sur le côté composant de la bakélite ou de l'époxy par chauffage au fer à repasser.

  • Sélectionner sous Eagle, les couches désirées : Dimensions, Devices, Names, Values (Top &  Botom, mais attention de ne pas trop charger quand même pour garder un dessin aéré et lisible ) dans la commande « Display » … Si le circuit est simple face, on pourra définir les straps par la couche « Top »; valider également cette couche . 
  • Sur l'icone 'Print' d'Eagle  cocher les options miroir,  et black, et ajuster le ' scale factor ' à 1 .
  • Dans les paramètres imprimante forcer le contraste au maximum, puis imprimer sur du papier journal ou papier recyclé (papier de mauvaise qualité, même s'il est imprimé), le dessin des empreintes.
  • Ajuster le papier journal aux dimensions légèrement supérieures au PCB et aligner celui-ci côté imprimé sur l’époxy, le tout posé sur un livre ou une revue.
  • Avec un fer à repasser réglé sur la position « lin » (Thermostat à fond) ; Poser le fer sur le papier imprimé afin de refondre le toner. Ne pas «repasser » mais déplacer le fer en tamponnant pour ne pas faire baver les contours des composants et faire durer l’opération suffisamment longtemps pour que l’époxy atteigne la température de fusion du toner . Laisser refroidir en ne touchant à rien .
  • Le circuit étant froid, le plonger avec sa feuille de papier collée dessus dans l’eau douce avec un peu de liquide vaisselle. Quand le papier est bien détrempé, frotter légèrement avec le doigt afin de peler les pellicules de papier, sans arracher le toner déposé  en lieu et place des composants…
  • Quand il ne reste plus de papier, essuyer le circuit avec un chiffon doux …

 

 

 

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