Faire un circuit imprimé avec peu de matériel pour pas (trop) cher

Faire un circuit imprimé avec peu de matériel pour pas (trop) cher

Petit tuto pour réaliser un circuit imprimé de qualité plus que correct pour un budget low cost et un matériel facilement trouvable dans l’hyper du coin.

Matériel :

  • Lunettes de protection
  • Gants résistants aux acides
  • Vêtement coton ou blouse de chimie
  • Un petit verre doseur ou un bécher qui permet de mesurer facilement 1 mL
  • Transparent jet d’encre ou laser selon l’imprimante utilisée
  • Une insoleuse ou un morceau de verre/plexi et une journée ensoleillée.
  • Un plaque pour circuit imprimé présensibilisée (La marque Bungard est pas mal du tout)
  • Un assortiment de forêt carbure (0.8mm, 0.9mm, 1.0mm…)
  • Une mini perceuse avec une vitesse de rotation élevée (10000-30000 rpm)

Produits chimiques :

  • Lessive de soude à 30% (solution d’hydroxyde de sodium NaOH) ou NaOH solide.
  • Acide chlorhydrique à 23% (solution de chlorure d’hydrogène)
  • Eau oxygénée (peroxyde d’hydrogène) à 12% (droguerie, magasin de bricolage). A 30% ça marche aussi en diluant comme il faut.
  • Acétone (propan-2-one)

Facultatif :

  • Vernis épargne (UV curable solder mask)

Où acheter ?

  • Plaque epoxy : au même endroit que vos composants électronique normalement
  • Produits chimiques : casto-merlin, magasin de bricolage, droguerie, voir hypermarché.
  • Transparent  : papeterie, hyper, fnac-boulanger.
  • Forêts : banggood, ebay, aliexpress (pcb carbide drill)
  • Vernis : banggood, ebay, aliexpress (uv curable solder mask)

Précautions d’usage

Les produits sont à utiliser dans un ordre précis, dans des proportions précises. Il ne s’agit pas de mélanger n’importe quoi, n’importe comment, ce qui pourrait faire apparaître un précipité explosif instable… et là on fait un circuit, pas une bombe.

Ne pas oublier également qu’on ne verse jamais d’eau dans l’acide, mais l’acide dans l’eau. La dilution d’un acide est une réaction exothermique, et il pourrait y avoir des projections d’acide.

 

Préparation du typon

Une fois le routage effectué avec votre logiciel de CAO préféré (KiCad, Eagle…) on passe à l’impression en utilisant un transparent jet d’encre ou laser selon l’imprimante utilisée. On imprime la symétrie du typon pour que le côté où est l’encre soit le côté appliqué contre la plaque lors de l’insolation et ainsi éviter la diffraction des UV dans le film et que le circuit soit un peu flou.

Préparation de la plaque pré-sensibilisée

Une fois la plaque découpée aux dimensions du circuit, il faut bien ébavurer les bords au papier de verre pour qu’il n’y ai pas une bavure qui empêche le film de bien être plaqué contre la plaque. Le résultat serait un circuit flou.

Insolation

Si vous n’êtes pas en train de faire un circuit en Finlande durant la nuit polaire, vous devez avoir à votre disposition le soleil (ou dans quelques jours s’il pleut). Il suffit de poser le circuit sur un support  plan, d’enlever le film protecteur, de poser rapidement le typon par dessus et de le plaquer avec un morceau de plexi épais. Selon la marque de la plaque et l’ensoleillement, l’insolation va durer quelques minutes. L’idéal est que le soleil soit à 90° par rapport à la surface de la plaque.

Si vous vous êtes équipés d’une insoleuse pas besoin d’attendre une journée de beau temps, mais quelque soit la solution, l’idéal est de tester plusieurs durées avec des chutes de circuit pour trouver celle qui donne le meilleur résultat. À titre d’exemple, avec  une plaque Bungard, 3 minutes et 30 secondes d’insolation me donnent un très bon résultat.

Une fois l’insolation terminée, le circuit doit rester dans le noir avant d’être révélé rapidement.

 

La révélation

Son but est de dissoudre la résine photo-sensible qui a été exposée aux rayons UV afin de laisser apparaitre le cuivre à ces endroits. On peut utiliser des sachets de révélateur qu’on peut acheter chez tout revendeur d’électronique. Mais une solution d’hydroxyde de sodium qu’on peut acheter sous la dénomination « lessive de soude » dans la plupart des supermarchés marche tout aussi bien. On peut également préparer la solution avec de l’hydroxyde de sodium solide.

La concentration massique qui me donne les meilleurs résultats est 14g/L. Si on l’a en poudre c’est simple, 14g dans un 1L d’eau.

La solution vendu en supermarché a généralement un titre massique de 30%. La masse volumique de la solution pour cette concentration est de 1,3277g/mL (source wiki). Il faut donc prélever 14/0.3 = 46.6g de solution mère, soit 46.6/1.277 = 36.5mL puis compléter avec de l’eau pour obtenir 1L de solution.

Les « cristaux de soude » (carbonate de sodium) ne conviennent pas pour cet usage.

Une fois la solution préparée, on laisse le circuit tremper dedans quelques instants le temps que tout le vernis irradié par les UV disparaisse. Si tout le vernis part, la plaque à trop été irradiée par les UV, ou le typon n’était pas assez opaque sur les zones imprimées. S’il a du mal à partir, l’exposition aux UV a été trop courte.

On peut frotter délicatement avec un coton ou le bout des doigts (avec des gants!) pour aider le vernis à partir, en évitant de le rayer ce qui pourrait engendrer une piste coupée.

Une fois la révélation terminée, rincez abondamment le circuit à l’eau courante pour le nettoyer de toute trace de solution de révélation.

La gravure

On se retrouve avec un circuit avec les pistes couvertes de vernis, et avec le cuivre nu dans les zones où il va disparaitre.

On mélange 25mL de peroxyde d’hydrogène à 12% avec 25mL d’acide chlorhydrique à 23%. Il faut un récipient résistant à l’acide de taille à peine plus grande que le circuit. S’il est trop grand on peut multiplier les doses pour faire plus de solution et que ça recouvre à peine le circuit.

Le cuivre est transformé en ions cuivre et en eau.

Cu + H2O2 + 2H3O+ -> Cu2+ + 4H2O

En parallèle, les ions cuivre Cu2+ produits vont aider à transformer de l’eau oxygénée en eau et en dioxygène, d’où les bulles.

Une fois le cuivre à nu correctement parti, il ne faut pas laisser trainer le circuit dans la solution car les pistes sont attaquées par les côtés et rincer immédiatement à l’eau courante. Cette étape me prend environ 3 minutes.

Vernis épargne

Cette étape est facultative, mais elle donne un résultat qui fait pro, et qui protège les pistes de la corrosion et du flux de la soudure. Ça facilite également la soudure des composants CMS.

Avec le logiciel de CAO, on devrait avoir un calque avec le masque de soudure qu’on imprime de la même manière que le typon sur un transparent. On nettoie bien le circuit à l’acétone pour enlever le restant de vernis, toute trace de graisse ou de poussière.

On applique au centre du circuit un pâté de vernis en calculant la quantité adéquat afin d’obtenir une épaisseur d’environ 25µm. Par exemple pour un circuit de 100x75mm : Calcul en cm³, 10 x 7.5 x 0,003 = 0,225 cm³, soit un carré de 1cm de côté et un peu plus de 2mm d’épaisseur.

On pose le transparent sur le vernis, côté glacé en contact avec le vernis, côté imprimé vers le haut. On pose un autre transparent par dessus pour protéger l’impression. Ensuite il faut étaler le vernis avec la tranche d’une carte à puce ou du même style, rigide et à la fois légèrement flexible. Il est important de faire disparaître toute trace de bulle d’air, aussi fine soit-elle. Cela empêcherai le vernis de bien durcir ou ferai des aspérités sur la surface. En fin d’étalage du vernis,  on frotte avec la carte pour gommer d’éventuelles irrégularités et pour arriver à caler les pastilles du masque sur celle en cuivre.

On peut ensuite passer le circuit aux UV pour durcir le vernis. Cette étape me prend 20 minutes. Une fois l’insolation terminée, on enlève délicatement le film transparent et on nettoie avec un essuie-tout le vernis qui n’a pas durcit.

Perçage et soudure

Arrivé là on peut percer les trous sur son circuit. J’utilise un mini-outils du style dremel que je cale surélevé dans une boîte à onglets et je déplace la plaque à percer à la main devant le forêt, c’est une technique un peu bizarre mais je me sens à l’aise avec.

Voilà, on arrive à la fin, il ne reste plus qu’à souder les composants.

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