Comment réaliser des circuits imprimés

Le circuit que vous avez conçu est enfin prêt à être mis en œuvre et les simulations que vous avez effectuées sur votre ordinateur vous ont démontré qu'il fonctionne parfaitement. Il vous reste cependant une chose importante à faire : vous devez maintenant réaliser un circuit imprimé pour votre montage afin de le faire fonctionner ! Que vous l'ayez conçu dans le cadre d'un projet universitaire ou scolaire ou comme élément d'un produit professionnel pour votre travail, son implémentation sur un circuit imprimé lui donnera une allure professionnelle et vous permettra en même temps d'avoir une idée de ce à quoi ressemblera votre produit final. Cet article vous guidera vers les différentes manières de créer un circuit imprimé (CI) pour un montage électrique ou électronique en employant différentes méthodes applicables selon la taille et la complexité du montage à réaliser.

Étapes

  1. Choisir une méthode à appliquer pour créer le circuit imprimé. Votre choix devra être basé sur la disponibilité des matériaux nécessaires, le niveau de difficulté technique de votre méthode ou la qualité que vous voulez obtenir. Pour vous aider à vous décider, voici un petit résumé sur les différentes méthodes utilisables et leurs principales caractéristiques.
    • Méthode de gravure par corrosion chimique : cette méthode requiert l'application de mesures de sécurité conséquentes et est sujette à la disponibilité locale des produits nécessaires. Elle a l'inconvénient d'être relativement lente. La qualité du circuit imprimé obtenu varie selon les produits utilisés, mais en général elle n'est appropriée que pour la réalisation de circuits d'un niveau de complexité faible ou moyen. Les circuits mettant en œuvre des pistes plus fines ou plus rapprochées devront être réalisés au moyen d'autres méthodes.
    • Méthode de gravure par ultraviolets : cette méthode est utilisée pour la transposition du dessin de votre circuit imprimé ou « typon » sur une plaquette photosensibilisée. Elle requiert l'emploi de produits relativement coûteux qui pourraient ne pas être disponibles partout. Les étapes de production sont toutefois assez simples et les mesures de sécurité à appliquer sont comparables à celles requises par la gravure par corrosion. Elle permet d'obtenir des circuits imprimés relativement complexes et d'une bonne finesse.
    • Méthode de gravure ou routage mécanique : cette méthode met en œuvre des machines spécialisées qui ont pour rôle d'éliminer mécaniquement le cuivre non nécessaire sur la carte ou les espaces entre les pistes conductrices. L'achat d'une de ces machines représente un investissement considérable, mais la location de ce service en fonction de vos besoins vous reviendra meilleur marché, à condition de disposer d'un atelier spécialisé près de chez vous. Cette méthode n'est rentable que si vous devez réaliser un grand nombre de copies de votre circuit imprimé et vous permettra de produire des circuits de haute qualité.
    • Méthode de gravure par laser : cette méthode est principalement employée par des entreprises de production industrielle, mais certaines universités peuvent aussi l'utiliser. Le concept est le même que celui de la gravure par des moyens mécaniques, mais on utilise ici une machine équipée d'un rayon laser pour graver le circuit. Il est généralement difficile d'accéder à ce genre d'outil, mais si votre université locale en possède une, vous aurez peut-être la chance d'obtenir l'autorisation de l'utiliser.
  2. Dessinez votre circuit imprimé. Ceci se fait généralement en convertissant le schéma électrique de votre circuit en un dessin de circuit imprimé ou « typon » au moyen d'un logiciel de C.A.O. (Conception Assistée par ordinateur). Il existe quelques logiciels open source pour la conception et la création de circuits imprimés. Pour vous aider à vous lancer, nous vous en citons quelques-uns ici :
    • PCB
    • Liquid PCB
    • ShortCut
  3. Prenez soin d'avoir sous la main tous les matériaux et produits nécessaires pour appliquer la méthode que vous aurez choisie.
  4. Dessinez le circuit imprimé sur la face cuivrée de votre plaquette. Ceci n'est applicable que pour les deux premières méthodes. Vous pourrez trouver plus d'informations sur ce sujet dans la section décrivant la méthode que vous choisirez.
  5. Gravez la plaquette. Voyez les sections décrivant en détail la méthode de gravure. Ce processus élimine de la plaquette les zones de cuivre non nécessaires, laissant seulement les pistes conductrices du circuit final.
  6. Pointez et perforez les points de montage et de soudure. Les perceuses utilisées pour cette tâche sont généralement conçues pour cet usage précis. Toutefois, avec quelques ajustages et une bonne maîtrise de votre part, une perceuse domestique de faible puissance pourra s'avérer suffisante (prévoyez quelques forets de rechange de 0,75 mm et 1 mm). Pour éviter le dérapage au moment du perçage, pointez au préalable chaque pastille ou point à perforer au moyen d'un petit marteau et un pointeau.
  7. Montez et soudez les composants électroniques sur votre plaquette. Procédez à cette étape après avoir vérifié les continuités des pistes et le bon isolement entre celles-ci et éliminez si besoin est les éventuels « cheveux » résiduels.

Étapes spécifiques à la méthode de gravure chimique

  1. Choisissez l'acide que vous utiliserez pour la gravure. Le choix le plus fréquent pour ce genre d'opération est le perchlorure de fer. Vous pouvez aussi utiliser des cristaux de persulfate d'ammonium ou toute autre solution chimique corrosive. Souvenez-vous que, quel que soit l'acide que vous utiliserez pour effectuer la gravure, il reste un produit corrosif dangereux et parallèlement aux mesures de précautions de sécurité décrites dans cet article, vous devrez impérativement lire et appliquer les règles de sécurité mentionnées sur l'emballage du produit.
    • Dessinez le typon de votre circuit imprimé. Vous devrez dessiner les pistes et circuits au moyen d'une encre résistante aux acides employés pour la gravure. Si vous dessinez votre circuit à la main, vous pourrez trouver des stylos marqueurs spécifiquement prévus pour cet usage. Cette manière de faire n'est appropriée que pour le dessin de circuits de taille réduite et ne convient pas pour les circuits complexes, impliquant des pistes très rapprochées les unes des autres. L'encre utilisée par les imprimantes à laser (ou « toner ») est la plus appropriée pour cette tâche. Dans ce cas, vous pourrez procéder comme suit.
    • Imprimez le typon de votre circuit sur du papier glacé. Vous devrez vous assurer que votre impression soit faite en mode inversé ou « miroir » avant de procéder (la plupart des logiciels de C.A.O. électronique offrent cette option). Ce qui suit ne fonctionnera qu'avec une imprimante à laser. (Note : il est préférable d'utiliser des cartouches de toner de la marque d'origine de votre imprimante.
    • Placez la face imprimée de votre typon (sur le côté glacé du papier) contre la face cuivrée de votre plaquette. Faites-le avec précision et prenez soin d'immobiliser la plaquette contre le papier au moyen d'un adhésif de manière à éviter tout déplacement intempestif lorsque vous passerez à l'étape suivante.
    • Passez un fer à repasser chaud sur le papier. La durée de cette opération dépend du type de papier et de l'encre utilisés.
    • Immergez ensuite la plaquette et le papier dans de l'eau chaude durant quelques minutes (jusqu'à 10 minutes peuvent être nécessaires).
    • Retirez le papier de la plaquette. Si certaines parties semblent assez difficiles à peler, vous pouvez essayer de les tremper un peu plus. Si tout se passe bien, vous obtiendrez le tracé en noir des pistes et pastilles de votre circuit imprimé sur son côté cuivré.
  2. Préparez l'acide de gravure. Vous aurez peut-être à suivre quelques instructions additionnelles selon la solution de gravure chimique que vous choisirez. Il se peut, par exemple, que certains acides fournis sous forme de cristaux doivent être dissous dans de l'eau chaude avant utilisation.
  3. Immergez votre plaquette dans l'acide.
  4. Remuez l'acide toutes les 3 à 5 minutes. (Faites-le doucement au moyen d'une cuiller en plastique jetable.)
  5. Lorsque le cuivre non protégé par l'encre aura été complètement dissous, retirez la plaquette de son bain et rincez-la à grande eau.
  6. Décapez ensuite la couche d'encre de protection. Il existe des solvants disponibles pour pratiquement toutes les encres utilisées dans le dessin de circuits imprimés. Si vous n'avez pas accès à ces produits, vous aurez toujours la ressource d'utiliser (en douceur) du papier de verre ultra fin ou de la paille de fer douce.

Étapes spécifiques à la méthode de transposition par ultraviolets

  1. Pour utiliser cette méthode, vous devrez vous procurer une plaquette présensibilisée (en mode positif ou négatif) pour circuit imprimé, une machine à insoler à ultraviolets, une feuille transparente et un peu d'eau distillée. Vous pourrez trouver les plaquettes prêtes à l'emploi (elles sont reconnaissables pour être recouvertes d'un film noir) ou bien vous devrez acheter une petite bombe de laque photosensible à appliquer sur la face cuivrée d'une plaque ordinaire pour circuit imprimé. Prenez soin de vous procurer un produit photorévélateur qui soit compatible avec la laque ou le revêtement photosensible de la carte.
  2. Avec une imprimante à laser, reproduisez votre typon sur la feuille transparente, en mode positif ou négatif selon le type de revêtement photosensible de la carte.
  3. Placez votre typon sur la face cuivrée présensibilisée de votre carte.
  4. Placez la carte dans la machine à insoler. La face présensibilisée recouverte par le typon doit faire face à la source d'ultraviolets.
  5. Mettez la machine à insoler en fonctionnement. Le temps d'irradiation doit être suffisant pour que les parties du revêtement photosensible qui ne sont pas protégées par l'encre du typon se détériorent sous l'effet des ultraviolets. La plupart des machines à insoler sont équipées d'un temporisateur réglable. En principe, 15 à 20 minutes suffiront largement.
  6. Lorsque ce sera terminé, retirez la carte de la machine à insoler. Passez la face cuivrée de votre carte dans le photorévélateur, puis rincez-la doucement avec un peu d'eau distillée. Les parties du revêtement photosensible détruites sous l'effet des ultraviolets et de la révélation laisseront le cuivre correspondant à nu afin qu'il soit dissout durant le bain d'acide.
  7. La suite du processus est décrite dans les étapes 3 à 7 de la méthode de gravure par corrosion.

Avertissements

  • Lors de l'utilisation de produits corrosifs, vous devrez prendre les précautions qui suivent :
    • stockez vos produits corrosifs (acides) en un lieu frais et sûr. Utilisez des récipients en verre
    • étiquetez votre acide et placez-le hors d'atteinte des enfants
    • ne jetez pas votre acide épuisé dans les circuits d'évacuation d'eaux usées. Conservez-le et lorsque vous en aurez une quantité conséquente, portez-le à votre centre de traitement de déchets dangereux ou toxiques
    • utilisez toujours des gants et un masque avec filtre à air approprié lorsque vous utiliserez des produits corrosifs
    • soyez extrêmement prudent lorsque vous mélangez ou remuez un produit acide. N'utilisez pas d'objets métalliques et ne placez pas son récipient en équilibre ou sur le bord d'une table
    • lors de l'irradiation par ultraviolets de votre plaquette, Prenez la précaution de ne surtout pas regarder directement la partie génératrice d'ultraviolets de la machine insolatrice ou utilisez des verres protecteurs anti-UV. Si vous deviez vérifier votre carte en cours d'insolation, arrêtez la machine
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