ISSLg - Cours d'électronique - Informatique industrielle et automatismes
Photocontact, gravure et forage d'un PCB
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Les cartes "époxy"

Au laboratoire nous utilisons des cartes de 160mm x 100mm simple face (commande nécessaire pour des formats plus grands).
NB : Pour le double face, c'est plus délicat à réaliser (à faire avec l'enseignant, ne sera pas décrit ci-dessous).

Ces cartes comportent 4 couches :

De bas en haut :
La couche d'époxy armé de fibres de verre assure la rigidité mécanique de la carte.
La couche de cuivre va être gravée pour réaliser les connexions électriques entre les composants électroniques.
La couche de vernis photosensible positif va permettre de protéger les zones de cuivres qui ne doivent pas être enlevées.
Le film noir plastique protège le vernis photosensible de la lumière pendant le stockage de la carte.
La réalisation du PCB (Printed Circuit Board) va se faire en 3 étapes :
  1. Enlever par photocontact avec des rayons UV (Ultra-Violet) le vernis sur les zones où le cuivre doit partir.
  2. Enlever au perchlorure de fer (acide fort) le cuivre inutile.
  3. Forer et préparer la carte pour la soudure des composants.

Matériel utilisé :
            Insoleuse
            Bouilloire
            Bacs plastiques
            Bâche de protection
            Spatule
            Feutre à vernis de correction

Produits utilisés :
            Eau du robinet
            Révélateur = Déboucheur soude caustique dilué à 10%  (base forte)
            Perchlorure de fer (acide fort)



 Règles de protections :
             Ne jamais mettre les doigts dans le révélateur ou le perchlorure (attaque la peau) !!! Utilisez la spatule pour retirer votre carte.
            Rincez immédiatement à l'eau en cas de contact.
            Ne jamais mélanger le révélateur avec le perchlorure, utilisez un bac propre pour le révélateur.
            Ne laissez pas trainer de bouteilles ouvertes, rebouchonner dès que possible les produits.
            Travaillez sur la bâche de protection, déposez la spatule pleine de perchlorure dans un bac et pas sur la bâche.
            Le perchlorure est très tachant, rincez immédiatement à l'eau le tissu taché, ensuite la tache peut s'enlever avec du détachant anti-rouille (en vente en droguerie), mais il y restera probablement un trou blanc dans la teinture du tissu...



Réaliser la photocontact du masque sur le vernis de la carte

P.1) Couper si nécessaire la carte à la bonne dimension avec la cisaille.
NB : à réaliser avant d'enlever le film de protection, sinon le reste de la carte est perdu !


Enlever le film plastique noir de protection, sans mettre les doigts sur le vernis.
NB : la photo-contact doit être alors réalisée dans les minutes qui suivent afin que le vernis ne s'altère pas à la lumière ambiante.


Placer le masque sur la couche de vernis de manière à pouvoir lire les écritures du masque.


Retourner l'ensemble sur la vitre de l'insoleuse de manière à ce que le masque et le côté vernis soient posés sur la vitre.


Allumer l'insoleuse, la fermer (UV nocif pour les yeux et la peau),  attendre 5min (programmer une alarme sur votre GSM) que les UV altèrent le vernis non protégé par les zones noires du masque.


Arrêter l'insoleuse, retirer la carte, ranger le masque, refermer l'insoleuse.

P.2) Préparer un bac propre avec un fond d'eau (2cm).
Verser le révélateur (bouteille jaune) dans un second bac propre (sans reste de perchlorure).
NB : si vous verser le révélateur sur la carte, vous risquer de trouer le vernis sur la zone de versage...

Déposer la carte dans le révélateur coté vernis vers le haut.
Secouer gentiment jusqu'à ce que l'impression du masque apparaisse.



P.3) Avec la spatule, retirer  la carte dès qu'il n'y a plus d'ombre verte (reste de vernis) sur les zones de cuivre à enlever, et plonger-la directement dans le bac d'eau pour arrêter la réaction chimique.
NB : si vous tarder, tout le vernis va partir !


Aller rincer au robinet le bac d'eau avec la carte. Égoutter la carte et la sécher sans la frotter.
NB : si vous frottez la carte, vous risquez de griffer le vernis et de provoquer des micro-coupures dans vos pistes !!!


Remettre le révélateur dans la bouteille jaune, il peut en effet être utiliser plusieurs fois de suite. En cas de doute, demander à l'enseignant s'il n'est pas saturé et s'il ne doit pas être renouvelé.

Toutes les étapes ci-dessus doivent s'enchaîner sans délais, une fois la carte séchée vous pouvez soigneusement l'emballer dans une feuille de papier pliée en deux (pour ne pas la griffer), et la stocker quelques jours dans votre casier avant de la graver. Vous pouvez bien entendu aussi la graver immédiatement sans séchage.

Corriger manuellement les éventuelles imperfections avec le feutre à vernis.


Gravure du PCB au perchlorure de fer

G.1) Mettre 1L d'eau à chauffer dans la bouilloire.

Préparer un bac propre avec un fond d'eau (2cm).
Mettre la carte dans un second bac côté cuivre vers le haut, et verser une petite couche (3mm) de perchlorure sur la carte.


Secouer gentiment durant 2min, incliner ensuite le bac pour vérifier que l'ensemble du cuivre non protégé par le vernis est bien attaqué par le perchlorure, le cuivre non protégé prend alors une couleur rose saumon uniforme.
NB : Si ce n'est pas le cas, ou qu'un grillage (buses de dépôt du vernis à la fabrication de la carte) apparaît sur les zones attaquées, c'est que le vernis qui a réagit aux UV n'a pas été totalement enlevé. Il faut alors retirer la carte avec la spatule et soigneusement la rincer à l'eau, ensuite tenter de reprendre l'étape P.2 avec l'enseignant pour retirer les restes de vernis (ce n'est pas garanti si la carte a été révélée quelques jours auparavant, ou si le temps d'exposition au UV a été inférieur à 5min...).


Verser alors le reste du perchlorure sur la carte, placer le bac dans le bac brun rempli d'eau chaude de la bouilloire pour activer la réaction (chauffage du perchlorure au bain-marie).



Secouer gentiment en vérifiant régulièrement que du cuivre non protégé est encore présent.


Avec la spatule, retirer  la carte dès qu'il n'y a plus d'ombre de cuivre à enlever, et plonger-la directement dans le bac d'eau pour arrêter la réaction chimique.
NB : si vous laisser trop longtemps la carte dans le perchlorure, tout le cuivre, y compris vos pistes, va partir !


Aller rincer au robinet le bac d'eau avec la carte. Égoutter la carte et la sécher.



Remettre le perchlorure dans sa bouteille, il peut en effet être utiliser plusieurs fois de suite. En cas de doute, demander à l'enseignant s'il n'est pas saturé et s'il ne doit pas être renouvelé.


Forage et préparation de la carte avant le soudage des composants

Forer en premier lieu tous les trous avec un foret de 0.7mm de diamètre (suffisant pour la plupart des composants électroniques).
Forer ensuite avec un foret de 1mm les trous des résistances de puissances, gros condensateurs, diodes de redressement, les "pin_array" et autres borniers.
Pour certains composants il faudra peut-être reforer à 1.2mm 1.5mm voire 1.7mm
Forer les trous de fixation à 3.2mm

Découper les cartes à la cisaille si plusieurs circuits sont imprimées en même temps.


Juste avant de souder (sinon le cuivre va se ré-oxyder) :
Retirer le vernis avec un papier absorbant imprégné d'acétone (à faire dans le couloir et jeter le papier dans la poubelle du couloir, car toxique par inhalation).
Poncer la face cuivre avec du papier de verre n°170 ou plus fin, pour enlever les bavures du forage et la couche d'oxydation du cuivre.
Pour faciliter la soudure, vous pouvez passer les pastilles au flux et les étamer.


Auteur : Philippot Marc - 01/12/2021