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Tutoriel pour faire des PCB
Réaliser vos propres circuits imprimés
Introduction
Réaliser ses propres PCB est une solution très pratique et intéressante financièrement lors que l'on est amateur d'électronique et que l'on aime bien bricoler et bidouiller chez soi. Bien entendu, cela ne remplace pas un circuit imprimé de qualité professionnelle avec masque de protection anti-soudure etc... Néanmoins c'est la solution la plus pratique pour développer rapidement un petit projet.
Pour illustrer ce tutoriel, nous allons réaliser une petite sonnette de porte d'entrée. Le PCB comportera des composants traversants ainsi que des composants smdsurface mounted device : composants montés en surface., afin de montrer que l'on peut réaliser des circuits d'une précision fine avec de petits moyens.
Dessiner le PCB à partir du schéma
Lorsque l'on veut fabriquer son circuit imprimé, ce dernier peut provenir de deux endroits possibles. Soit on veut faire son propre montage, et on va devoir dessiner son PCB; soit on a trouvé le circuit sur un site internet ou dans une revue et on dispose déjà d'un typon prêt à être employé. Si vous êtes dans le second cas, alors il vous suffit de passer directement à la création des masques. Sinon il va d'abord commencer par dessiner le PCB avant.
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Schéma de notre sonnette - cliquez pour agrandir.
Voici donc ci-dessus le schéma de la sonnette à partir duquel nous allons baser notre tutoriel.
La première chose à faire, une fois que vous avez acheté les composants dont vous avez besoin, est de dessiner leur footprintsfootprint : emprunte du composant sur le circuit imprimé.. La plupart est(sont) standard(s). Ainsi, vous trouverez probablement dans les librairies de votre logiciel de CAO favori des footprints pour les composants SMD 0805 de notre montage, ou encore pour le circuit intégré DIP-8.
Étant donné le nombre relativement faible de composants, nous ferons un circuit simple face. Bien entendu vous pouvez aussi faire vous même des circuits double face. Il faudra alors aligner les masques afin que les deux couches soit bien superposées.
Pour la disposition des composants, essayez de respecter une certaine logique. Les connecteurs viennent sur les bords du circuit, tout ce qui requiert une intervention humaine - trimmers, potentiomètres, etc. - se doivent aussi d'être simple d'accès et de manipulation.
Lorsque vous faites un routage double face, pensez aux villes américaines construites en damier. Utilisez une couche pour les pistes tracées à l'horizontale et l'autre pour celles tracées à la verticale. Les pistes d'alimentation sont généralement plus grosses que celles transportant un signal, et ne voyagent pas côte-à-côte.
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PCB de notre sonnette - cliquez pour agrandir.
Voici donc ci-dessus le dessin du PCB de la sonnette achevé. Il faudra imprimer en noir les pistes sur une feuille transparente à l'échelle 1:1 bien entendu. Il est important que ce soit le plus noir possible, car les rayons ultra-violets - UV - passeront à travers tout interstice, risquant de ruiner votre travail. Pour la suite, j'utilise des panneaux Bungard en résine d'époxy FR4 de 1.6 mm d'épais avec une couche de 35 µm de cuivre déjà recouvert d'une couche photosensible positive. Cela me permet de directement insoler le circuit. En effet, le bain, puis la cuisson du photorésist sur le cuivre sont des opéreations délicates.
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Masque imprimé sur feuille transparente posé sur le futur PCB - cliquez pour agrandir.
Lorsque vous imprimez le ou les masques, pensez à déjà avoir les trous visible. Certains conseillent d'imprimer avec les trous pleins, mais avec les moyens proposés ici, cela compliquera l'opération de perçage et vous risquerez fortement de décoller la piste.
Préparation du matériel
Afin de pouvoir travailler confortablement, il est agréable de préparer ce dont on a besoin avant de commencer la réalisation à proprement parler.
La première chose à faire est de découper dans le panneau de matière dont vous avez besoin. Vous pouvez utiliser une scie à métaux et serrer le panneau dans un étau. Personnellement, j'utilise une scie circulaire pour les découpes droites, et une scie à chantourner pour les découpes plus exotiques. Puis, il est bon de limer légèrement les bords du circuits afin d'ôter les bavures.
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Panneau coupé à la taille du PCB avec le transparent posé dessus - cliquez pour agrandir.
Il vous faut ensuite préparer le bain pour la révélation. J'utilise 1 dose de révélateur - hydroxyde de sodium à 20% - pour 6 doses d'eau distillée, déminéralisée ou déionisée. Mélangez par exemple 10 ml de NaOH pour 60 ml de H2O.
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Bain prêt pour la révélation - cliquez pour agrandir.
Suite à cela, vous pouvez aussi déjà préparer le perchlorure de fer pour la gravure. N'ayant pas de graveuse à bulle, je grave dans des bacs en plastique. Cela peut paraître très précaire, mais cela fonctionne à merveille. Cependant, notez que je préfère utiliser le perchlorure de fer à un mélange d'eau oxygénée et d'acide chlorhydrique qui produisent une gravure beaucoup trop rapide - moins de 1 minute. L'avantage du perchlorure de fer est qu'il grave plus lentement - environ 5 minutes - et permet donc une meilleure surveillance visuelle de la gravure. Versez le perchlorure de fer dans un bac en palstique. La quantité est fonction de la taille du circuit. Je fais ce dosage à l'œil. Versez aussi de l'eau chaude, obtenue du robinet directement ou bien d'un bouilloire, dans un bac plus grand. Fermez les bacs et plongez celui contenant l'acide dans l'autre afin de le chauffer. En effet, lorsqu'il atteind la température de 40°C environ, l'acide est plus efficace.
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Perchlorure de fer prêt à être chauffé à bain marie - cliquez pour agrandir.
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Perchlorure de fer chauffant à bain marie - cliquez pour agrandir.
Le révélateur comme le perchlorure de fer sont obtenu chez Farnell, ce sont des produits de la marque CIF. Étant donné le faible coût de ces produits, je vous conseille de travailler à perte et de ne pas réutiliser du révélateur ou de l'acide ayant déjà servi. En effet, les cartes Bungard sont beaucoup plus chères et il sera plus difficile d'obtenir de bons résultats avec des produits déjà utilisés. Attention tout de même à ne jeter ni le révélateur ni le perchlorure de fer à l'évier. Ceci serait écologiquement catastrophique, même en les ayant fortement dilués avec de l'eau. Collectez vos déchets et rapportez-les dans votre centre de traitement des eaux ou des toxiques le plus proche de chez vous. Certaines drogueries acceptent aussi de récupérer gratuitement vos déchets.
L'insolation du circuit
Pour insoler le circuit, j'utilise une insoleuse faite moi-même avec des tubes néons UV 8 W de Phillips - TL 8W/05. La durée d'insolation est très précise et doit être respectée avec un maximum de soins. Pour la déterminer, il vous faudra faire des essais avec une mire. Voici avec laquelle j'ai fait mes essais : www.bls.fr/amatech/electronique/circuits_imprimes/Insolation.htm. Chez moi le temps d'insolation est de 67 secondes, il sera probablement différent chez vous.
Pour insoler, ôtez la feuille de protection du pcb afin de voir apparaître le cuivre. Évitez tout de même de faire cela au grand jour. Puis posez le masque avec le côté encré de la feuille sur le dessus, afin qu'elle plaque bien contre le cuivre. N'inversez jamais, sinon votre circuit sera à l'envers, puis le résultat sera flou. Fermez le couvercle de l'insoleuse et démarrez votre chronomètre en même temps que les tubes néons.
Si vous avez un circuit double face et que votre insoleuse n'est pas double face, alors faites un côté puis l'autre, mais faites très attention de ne pas décaler les masques que vous avez préalablement alignés.
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Insoleuse ouverte et en fonction - cliquez pour agrandir.
Il ne faut bien entendu jamais regarder les tubes néons lorsqu'ils sont enclanchés. Ici, la photo a uniquement un aspect esthétique intéressant.
Une fois l'insolation terminée, vous ne voyez normalement rien encore sur le cuivre. Il va falloir révéler. Pour cela, prenez le circuit et plongez-le dans le bain de révélateur que vous avez préparé au préalable. Faites bien couler le révélateur sur le circuit en faisant des va-et-vient horizontalement et verticalement. Au bout de quelques minutes il ne restera plus que le dessin des pistes. Votre circuit sera alors prêt à être gravé
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Le circuit pendant sa révélation - cliquez pour agrandir.
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Le circuit révélé - cliquez pour agrandir.
La gravure
Une fois votre circuit révélé, rincez-le à l'eau afin d'éliminer tout résidu du révélateur. Vous pourrez alors le plonger dans le perchlorure de fer - FeCl3 - et secouer énergiquement les bacs. Laissez le bac d'acide dans celui d'eau chaude. Pour surveiller l'avancement de la gravure, regardez de temps en temps à travers les bacs. Il y a là une raison évidente d'avoir des bacs assez transparents, sinon vous devrez à chaque fois les ouvrir et faire attention aux vapeurs qui s'en dégagent. Une fois la gravure terminée, rincez votre circuit à l'eau.
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Le circuit une fois gravé - cliquez pour agrandir.
L'étamage à froid
Une fois le circuit gravé il est prêt à être percé. Vous pouvez toutefois avant cela appliquer une couche d'étain protecrice sur les pistes. Cette opération est facultative, mais elle prolonge la durée de vie du circuit, et facilite la soudure.
La technique utilisée ici est l'étamage à froid. Il existe d'autres techniques, mais c'est selon moi la plus propre, élégante et économe. J'utilise de l'étain chimique à froid AR17 de chez CIF.
Il faut dans un premier temps éliminer le révélateur qui est resté sur les pistes pour les protéger pendant la gravure. Pour cela, de l'alcool à brûler convidra parfaitement. Ce traitement a aussi pour but de dégraisser le circuit alors ne mettez pas les doigts dessus juste après.
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Le circuit une fois dégraissé - cliquez pour agrandir.
Une fois le circuit dégraissé, préparez l'étain chimique dans un bac comme pour la révélation - veillez à bien secouer la bouteille - puis plongez le circuit dedans. Un bain d'une minute maximum est amplement suffisant.
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Le circuit dans le bain d'étain chimique - cliquez pour agrandir.
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Le circuit une fois étamé - cliquez pour agrandir.
Perçage des trous
Votre circuit est désormais prêt à être percé. J'utilise un dremel monté en perceuse à colonne. Les mèches vont de 0.3 mm à 3 mm. Essayez soit d'utiliser toujours les mémes tailles plus ou moins standardes, soit d'avoir le plus de mèches possible avec un pas de 0.1 mm à 0.2 mm. Commencez par les trous les plus fins, puis augmentez progressivement la taille jusqu'au plus gros. Il peut être intéressant de pointer avec un petit pointeau et un marteau le centre des trous avant le perçage afin de faciliter le guidage de la mèche.
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Station de perçage Dremel - cliquez pour agrandir.
Voilà votre PCB est terminé et prêt à recevoir les composants.
Protection et isolation du circuit
Une fois les composants soudés il est possible d'améliorer encore la durée de vie du circuit en protégeant les pistes avec une fine pellicule de plastique. Cette étape est, comme l'étamage, elle aussi facultative. J'utilise une laque Plastik 70 de Kontakt Chemie, qui est disponible en aérosol qu'il suffit de sprayer sur le PCB. Néanmoins, il est préférable de bien nettoyer le circuit avant de tous ses résidus de soudure, flux, colophane et autres. Pour cela j'utilise un autre aérosol : du Nettoyant Flux de soudure de KF. Il suffit de gicler un peu du liquide sur le circuit puis de bien le brosser. Vous verrez alors les divers résidus s'en aller.
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PCB protégé avec la laque Plastik 70 - cliquez pour agrandir.
conclusion
Comme vous avez pu le voir au travers de cet article, réaliser ses propres circutis imprimés chez soi n'est pas un exercice très compliqué. Le prix de revient dépend beaucoup du matériel que vous choisirez. Touteois, vous pouvez compter entre entre CHF 0.5 et CHF 1.5 le dm2 de circuit.
Si malgré tout vous désirez avoir un beau circuit d'une qualité professionnelle pour un prix tout à fait abordable, le meilleur fabriquant que je connaisse est eurocircuit - www.thepcbshop.com pour les particuliers.
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Gros plan sur le circuit terminé - cliquez pour agrandir.
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Le PCB terminé avec l'interrupteur et le haut-parleur - cliquez pour agrandir.
Vous trouverez dans les ressources une petite vidéo de la sonnette en fonction avec différents réglages de tonalités.
Une petite vidéo du montage achevé
Ressources
Fichiers
| Description | Fichier | Taille |
| SAB0600 | SAB0600.pdf | 296'943 octets |
| Typon | TyponSonette.pdf | 4'858 octets |
| Vidéo de la sonnette | sonnette.mpg | 5'377'798 octets |
Références des produits cités dans cet article
| Objet | Distributeur | Référence |
| Plaque Bungard | Distrelec | 45 04 58 |
| Révélateur positif | Farnell | 420-8547 |
| Perchlorure de fer | Farnell | 420-8500 |
| Néons UV | Distrelec | 45 03 17 |
| Étain chimique | Farnell | 420-8584 |
| Station Dremel : outil | Farnell | 112-1282 |
| Station Dremel : colonne | Farnell | 122-3529 |
| Laque Plastik 70 | Distrelec | 95 01 13 |
| Nettoyant de flux | Farnell | 391-6613 |
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