Gravure de circuits imprimés par impression directe, étape par étape !


J'ai reçu plusieurs messages d'internautes intéressés par une explication pas à pas du processus de création de PCB que j'utilise (avec impression directe imprimante laser et masque de soudure).

J'ai donc décidé de faire ce tutoriel afin de synthétiser et de faire le lien entre les différents articles que j'ai écrits sur le sujet.

Le Circuit à imprimer


J'utilise principalement Designspark PCB mais Eagle étant plus répandu, nous l'utiliserons ici. L'exemple que j'ai choisi est la réalisation d'un PCB destiné à permettre la commande, à partir d'une radiocommande, de l'éclairage d'un modèle réduit avec gestion des feux de stop.

L'impression à partir d'Eagle n'est pas très pratique car il y a des soucis d'échelles avec de nombreuses imprimantes et on ne peut pas choisir précisément l'endroit où l'on souhaite imprimer. Le plus simple est donc d'exporter une image et d'utiliser un logiciel qui permet d'imprimer, avec toutes les options souhaitées, cette image (il est aussi possible d'utiliser le "CAM Processor", c'est d'ailleurs ce que je fais sous Designspark mais l'export d'image est une méthode simple et efficace ici).

Dans Eagle, une fois votre circuit prêt à être imprimé, sélectionner les couches (layers) que l'on souhaite voir sur notre circuit. Ici tout étant en composants de type CMS, j'ai choisi de n'afficher que la couche TOP.


Exporter ensuite l'image au format PNG, monochrome et 300dpi.

Ouvrir l'image sous Gimp (libre à vous de choisir un autre logiciel mais Gimp gère très bien le positionnement de l'impression, est gratuit et j'ai l'habitude avec ;-)).

Elle apparaît avec les couleurs inversées. Il suffit de cliquer sur "Couleurs / Inversion de valeurs" pour avoir le circuit en noir et le fond en blanc. Pour les petits circuits comme celui pris ici en exemple, je profite d'être sous Gimp pour créer une mosaïque de circuits afin d'optimiser l'utilisation de la plaque.

L'impression

Il est temps désormais de préparer l'impression. Pour cela, fixer la plaque qui servira de support au circuit imprimé, sur la feuille d'aluminium de 152,4mm sur 355,6mm qui a été préparée lors de la modification de l'imprimante Lexmark E360. Ne pas oublier d'utiliser un ruban adhésif conducteur car la carte est polarisée lors du processus d'impression (attention aux adhésifs conducteurs en surface mais qui ont des colles isolantes).

Placer la carte dans le chargeur, entre les deux pattes du capteur optique situé sur le rail de droite et allumer l'imprimante. Lui laisser faire son cycle complet d'allumage.

Appuyer sur le bouton rouge "Stop" de l'imprimante. Elle est désormais prête à imprimer.

Dans Gimp, choisir le menu "Fichier" / "Imprimer ..."

Les options d'impression à sélectionner sont détaillées dans les captures suivantes.

Le format de papier PCB, est un format spécifique que j'ai créé pour correspondre parfaitement à la taille du chargeur en aluminium. Ca n'est pas une obligation mais ça simplifie les choses.

Cet onglet est intéressant car il permet de positionner très précisément l'image par rapport à la page. J'utilise systématiquement un centrage horizontal (que je peux parfois être amené à corriger dans le cas de circuits double face) et une marge haute de 30mm (qui correspond à l'endroit que j'ai choisi pour fixer mon PCB sur la feuille d'aluminium.

Faire  également attention que la résolution d'impression corresponde bien à la résolution de l'image.


Quand tout est bon, il n'y a plus qu'à cliquer sur "Print".

A ce moment là, les rouleaux de l'imprimante se mettent à tourner. Les laisser tourner 3 à 4 secondes avant d'engager la feuille d'aluminium entre les deux.

Si tout s'est bien passé, la plaque ressort de l'autre coté avec le circuit en toner. Attention, à ce moment là, le toner est très fragile et il ne faut surtout pas mettre les doigts dessus.

La fixation du toner

Pour fixer le toner, nous allons utiliser de la vapeur d'acétone. Pour cela j'utilise une cocotte en verre. L'avantage du verre est que cela ne craint pas l'acétone (contrairement à certains plastique). Pour la rendre la plus hermétique possible, j'ai fixé un joint de fenêtre tout autour du couvercle.

Deux petits morceaux de cornière en aluminium seront parfait pour maintenir le circuit au dessus de l'acétone.

Verser un fond d'acétone dans la cocotte, placer le circuit sur les cornières et refermer le tout.

Il faut compter environ 30 minutes pour de petites surfaces mais ne pas hésiter à laisser la plaque 2 ou 3h si le circuit contient de grandes zones imprimées.

A la sortie, le dessin du circuit accroche bien à la plaque et il est possible de la rincer sans risquer de l'enlever.

Si certaines pistes ou zones présentent un manque de toner, c'est le moment de les repasser avec un marqueur indélébile pour circuits (j'utilise un stylo de retouche C.I.F.).

La gravure

L'étape de la gravure est très rapide mais c'est la plus dangereuse du processus. Prenez toutes les précautions nécessaires lorsque vous manipulez des produits comme le peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée) ou l'acide chlorhydrique (et souvenez-vous de vos cours de chimie : toujours mettre l'acide dans l'eau et non l'eau dans l'acide).

J'utilise exclusivement des quantités pré-dosées de produits afin de simplifier la gravure. J'ai détaillé ce dosage ici.

Verser l'acide diluée dans le bac, puis l'eau oxygénée. Une fois que c'est fait, plonger la carte à graver. Le liquide devient vert, tiède et bouillonnant. Il ne faut que quelques secondes pour graver la carte alors soyez attentif.

Dès qu'il ne reste plus de cuivre autour des pistes de toner, rincer et sécher la carte.

A ce moment-là, vous avez deux possibilités :
  • Si vous n'êtes pas prêt pour la réalisation du masque de soudure ou tout simplement la soudure, il est préférable de stocker la carte avec la toner (il protègera les pistes contre l'oxydation quelques temps).

  • Si vous souhaitez retirer le toner (pour pouvoir faire le masque de soudure, souder ou étamer le circuit), il suffit de verser un peu d'acétone sur la carte et de passer un chiffon. J'attire votre attention sur le fait que le peroxyde d'hydrogène et l'acétone ne font absolument pas bon ménage. Il faut veiller à ce que ces produits n'entrent pas en contact (rincer abondamment après la gravure).

Le masque de soudure

L'article sur l'utilisation de l'"UV Curable Solder Mask" que j'ai rédigé détaille toutes les étapes à suivre.

La masque de soudure n'est pas une obligation mais il permet d'éviter l'oxydation du cuivre, donne un aspect sympa au circuit et surtout facilite la phase de refusion lorsqu'on utilise des composants CMS. Pour ceux que ça intéresse, je vous conseille le contrôleur de refusion de Beta Layout (la V2 suffit largement, son interface série permettant de réaliser tout ce que la V3 peut faire). Pour le four, j'utilise un modèle premier prix de 1500W avec une température de chauffe maximum de 250°C trouvé chez Electro-Depot pour moins de 30€ (je l'ai pas mal modifié pour réduire la cavité de cuisson et améliorer l'isolation mais ce sera peut-être l'objet d'un autre tutoriel ...).

La découpe

Le découpage de circuits peut être réalisé avec une cisaille spécialisée (c'est vraiment ce qu'il y a de mieux mais c'est cher), une scie coupe carrelage (les premiers prix commencent à une vingtaine d'euros), une scie à métaux ou encore une cisaille à main (modèle vendus pour couper les rails de BA13). Il existe également des scies sur plateaux spécifiques chez Proxxon ou des marques de ce style. L'investissement n'est valable que si vous envisagez de faire beaucoup de circuits.

Le mot de la fin

Toutes ces étapes qui peuvent sembler un peu longue de prime abord, deviennent rapidement des automatismes et si vous êtes organisé, ça ne prendra que quelques minutes.

Le résultat est plutôt flatteur à l'oeil pour un minimum d'effort et une réalisation 100% amateur.

Pour les cicruits avec des composants traversants, j'ai développé une petite extension à LinuxCNC pour permettre un perçage automatisé. Un article est en cours de rédaction à ce sujet et devrait être publié dans les semaines à venir.

Comme d'habitude, n'hésitez pas à me contacter si vous avez des questions ou des soucis avec l'une des étapes. Utilisez en priorité les commentaires, ça permet d'en faire profiter les autres ;-)

Bonne gravure à tous !

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