Comment fabriquer des PCB à la maison

Pour tout amateur d'électronique, fabriquer des PCB pour un projet électronique peut être très amusant. Une carte de circuit imprimé ou un PCB aide non seulement à construire des projets de circuits compacts, mais garantit également le fonctionnement du circuit à l'épreuve des défaillances et plus précis.

Dans cet article, nous apprenons en détail un processus par étapes de fabrication de petits PCB de bricolage à la maison avec un minimum d'effort et une précision maximale.

Procédures de bricolage par étapes

Cela implique essentiellement les étapes cruciales suivantes:

1. Couper le stratifié revêtu de cuivre à la bonne taille.
2. Indentations de poinçonnage pour percer des trous pour les conducteurs des composants, selon le schéma.
3. Dessiner des tampons autour des indentations avec de la peinture résistante à la gravure et relier les tampons à travers des pistes à l'aide de la peinture résistante à la gravure.
4. Immerger le panneau peint dans une solution de chlorure ferrique, jusqu'à ce que le produit chimique ronge le cuivre exposé, laissant les sections de mise en page peintes intactes.
5. Séchage de la planche et frottement de la peinture résistante à la gravure des pistes et des tampons.
6. Perçage de trous sur les indentations.
7. Polir le carton fini avec du papier émeri fin.
8. Utilisation du PCB prêt pour l'assemblage et le soudage des pièces.

Voyons maintenant les étapes ci-dessus en détail. La première étape de la production de PCB serait d'acquérir les ressources et articles essentiels. Nous allons nous concentrer sur toutes ces choses qui sont fondamentales.

Matériaux nécessaires pour fabriquer des PCB

Pour démarrer le processus, nous allons d'abord rassembler tous les ingrédients ou matériaux vitaux nécessaires à la fabrication du PCB. Les éléments fondamentaux suivants seront nécessaires pour la production

• Stratifié plaqué cuivre
• Solution de chlorure ferrique
• Etch Resist Chemical ou peinture.
• Pinceau ou stylo
• Conteneur pour graver le PCB
• Perceuse et foret.
• Décapant Etchant
• Tampon à récurer, papier de cuisine

Gaine de cuivre Stratifié

L'élément le plus basique sera le revêtement en cuivre pour fabriquer le circuit imprimé seul, et vous en trouverez une variété.

Le matériau de base (isolant) est généralement soit en fibre de verre, soit en SRBP (feuille de papier lié à la résine), et ce dernier est généralement l'option la plus abordable.

Cependant, la fibre de verre est devenue la plus largement utilisée par les consommateurs commerciaux et récréatifs car elle est dotée de quelques aspects positifs.

Le premier est essentiellement qu'il est plus résistant et pour cette raison moins sensible à la flexion et à la rupture que le SRBP. La durabilité améliorée est également très utile pour les cartes qui supportent des pièces lourdes, par exemple des transformateurs.

Un avantage supplémentaire est que la fibre de verre est translucide et nous permet donc généralement de visualiser les chemins de cuivre à travers la zone supérieure (composant) de la carte, ce qui est souvent utile lors de l'examen et de la recherche de pannes.

Cela dit, la norme des cartes SRBP est plus que satisfaisante pour de nombreuses exigences. Les campagnes de marketing font généralement référence au carton comme 1 mm, 1,6 mm, etc., et cela se réfère en fait à l'épaisseur du matériau de base.

Épaisseur du panneau

Naturellement, les cartes plus épaisses (environ 1,6 à 2 mm) ont tendance à être plus robustes par rapport aux modèles plus minces (environ 1 mm), mais les cartes de qualité plus lourdes ne sont cruciales que pour les gros circuits imprimés ou lorsque des pièces lourdes seront probablement installées sur la carte.

Pour la majorité des applications, l'épaisseur du panneau n'a en fait que peu d'importance.

Parfois, un panneau stratifié de cuivre sera probablement choisi comme une qualité d'une once, ou peut-être de deux onces, ce qui dépend du poids du cuivre sur un pied carré de panneau.

La plupart des circuits ne traitent que des courants assez faibles, et planche régulière d'une once est à peu près tout ce dont vous avez besoin. En réalité, une carte d'une once est souvent satisfaisante même pour des circuits impliquant des courants formidables.

La peinture Etch Resist

La méthode fondamentale par laquelle une carte de circuit imprimé est fabriquée consiste généralement à couvrir les régions de cuivre nécessaires sur la carte terminée à travers une réserve de gravure, puis à tremper la carte dans un agent de gravure qui enlève les régions indésirables (non couvertes) de cuivre. .

La réserve de gravure est ensuite retirée pour exposer les pistes et les plots de cuivre.

Quelle que soit la peinture capable d'éloigner l'agent de gravure de la disposition en cuivre pendant le processus de gravure, elle peut être utilisée comme réserve.

Personnellement, je préfère utiliser des vernis à ongles ou des vernis à ongles, n'importe quelle marque bon marché peut être utilisée et fonctionnera très bien comme résistance à la gravure.

Propriétés de Etch Resist

Professionnellement, les résists les plus utilisés sont probablement les peintures et les encres imperméables. Les variétés solubles dans l'eau ne sont certainement pas adaptées à l'usage simplement parce qu'elles se dissolvent et se lavent dans la solution de gravure.

Une peinture ou une encre qui sèche rapidement est plus avantageuse car elle élimine le besoin d'attendre longtemps avant que la carte puisse être gravée.

Même les modèles de circuits imprimés les plus basiques semblent avoir une grande quantité de pistes de cuivre minces dans une zone de carte relativement compacte de nos jours, et un pinceau compétent pour créer des lignes extrêmement fines devient nécessaire.

Dessin de la disposition des pistes

Une solution simple serait d'utiliser un stylo à pointe de fibre usé à la manière d'un pinceau, ce qui peut aider à obtenir des résultats finaux exceptionnels, même si cela ne semble pas être un moyen tout à fait exquis pour résoudre le problème. Une manière plus simple de mettre en œuvre la réserve est d'utiliser l'un des stylos de réserve de gravure disponibles dans le commerce qui peuvent être facilement achetés chez n'importe quel revendeur de composants électroniques.

Tout type de stylo qui utilise une encre à base de spiritueux et une pointe acérée devrait être réalisable avec cette application. Dans le cas où vous n'êtes pas sûr de la pertinence d'un stylo, vous pouvez facilement retirer quelques traces sur une plaque de cuivre laminée jetée, puis graver la carte pour vérifier si l'encre maintient correctement l'agent de gravure.

Un autre type de réserve sont les transferts résistants à la gravure qui sont disponibles auprès de plusieurs marchands de composants et qui peuvent souvent fournir des résultats vraiment exceptionnels et spécialisés, comme le montre l'exemple suivant.

En fait, vous pouvez constater qu'il existe de nombreux produits chimiques qui peuvent être appliqués comme agent de gravure, mais la majorité d'entre eux sont dangereux pour une raison ou une autre et ne sont probablement pas adaptés aux panneaux conçus à la maison.

L'Etchant

L'agent de gravure est un produit chimique qui réagit avec la zone de cuivre exposée du stratifié de cuivre et la décompose de la carte. Il est utilisé pour décoller les régions de cuivre sur la carte qui ne sont pas peintes par la réserve de gravure et les zones qui ne contribuent pas aux tracés et aux plots de piste.

L'agent de gravure généralement utilisé pour les cartes développées à domicile est le chlorure ferrique, et bien que cela soit moins dangereux par rapport à la majorité des choix, c'est néanmoins un produit chimique qui doit être mis en œuvre avec prudence.

Cela doit donc toujours être rincé rapidement à l'eau courante au cas où vous en renverseriez sur votre peau. Assurez-vous de ne pas stocker le chlorure ferrique dans des conteneurs métalliques, car ce produit chimique est réactif aux métaux et rend le métal poreux et provoque des fuites.

Comme le chlorure ferrique est toxique (et au cours de nombreuses utilisations se transforme progressivement en chlorure de cuivre qui est également extrêmement toxique), il doit évidemment être stocké loin des aliments et des ustensiles, etc.

Types de chlorure ferrique

Le chlorure ferrique peut être obtenu sous différentes formes. Le type le plus pratique à avoir est probablement une solution prête à l'emploi du produit chimique. De nombreux fournisseurs de composants le commercialisent sous une telle forme liquide, généralement dans des récipients de 250 ml et sous une forme concentrée.

Vous devez le diluer un peu avant utilisation, conformément aux directives données sur la bouteille. Il peut ne pas nécessiter beaucoup de dilution, et une bouteille de 250 ml ne permet normalement que 500 ml ou un litre après l'avoir diluée avec de l'eau.

Certaines entreprises peuvent fournir le chlorure ferrique sous forme de cristaux, parfois également appelés «roches de chlorure ferrique». Cette étiquette est très appropriée car sous cette forme, elle ressemble certainement à des morceaux de roche jaune plutôt qu'à de minuscules cristaux, ce qui est à peu près solide.

Dans ce type, le chlorure ferrique est normalement disponible en emballages de 500 g, ce qui est suffisant pour générer un litre de solution de gravure.

Vous pouvez également l'obtenir dans des emballages plus grands, mais comme 500 g suffisent pour graver un très grand nombre de planches de taille régulière et peuvent facilement survivre très longtemps même à un constructeur assidu, il n'est probablement pas gratifiant de devenir plus gros que 500 g.

Comment créer une solution de chlorure ferrique

Dans des conditions cristallines, le chlorure ferrique ne se dissoudra pas facilement en particulier, mais quand il est agité régulièrement, il peut tôt ou tard se décomposer complètement et, avec un mélange constant, il peut fondre assez rapidement.

Enfin, le chlorure ferrique peut être acquis sous forme anhydre, ce qui signifie essentiellement qu'il s'agit d'un véritable chlorure ferrique sans pratiquement aucune eau. Il possédera un léger degré d'eau sous sa forme cristalline en aparté.

Ce qui cause en fait ce type de chlorure ferrique si difficile à travailler, c'est l'effet de chauffage qui est généré lorsqu'il est mélangé à de l'eau. Même si vous commencez avec de l'eau refroidie, elle peut rapidement devenir assez chaude à un niveau auquel le récipient devient très chaud au toucher, ce qui présente un risque de fusion pour les récipients en plastique.

Une autre préoccupation est que le produit chimique se dissolve correctement et crée une formulation de gravure décente. Pour une raison quelconque, vous pouvez vous retrouver avec une grande quantité de produit chimique qui ne se décomposera jamais, ainsi qu'une solution qui ressemble à du chlorure ferrique mais qui a très peu ou pas de potentiel d'attaque.

C'est pourquoi il faut utiliser de l'eau fraîche (idéalement réfrigérée ou avec de la glace). Il est également possible qu'il y ait une infime quantité de produit chimique qui ne fond pas, qui peut soit être expulsée du liquide, soit comme cela ne semble pas gêner la gravure, il pourrait simplement être laissé dans la solution.

Taille du foret

Le prochain ingrédient important pour fabriquer des PCB à la maison est le foret, qui est nécessaire pour percer des trous sur le PCB pour les conducteurs des composants.

Le diamètre typique des trous de connexion des composants est de 1 mm, bien qu'un certain nombre de composants tels que les résistances préréglées, les gros condensateurs électrolytiques, etc. exigent un diamètre un peu plus grand. Un diamètre de trou d'environ 1,4 mm convient pour ces types de composants.

En règle générale, il est recommandé d'utiliser un diamètre inférieur à 1 mm pour les semi-conducteurs et un certain nombre d'autres composants dotés de conducteurs plus minces. 0,7 mm ou 0,8 mm semblent être un diamètre acceptable pour ces composants.

Si vous avez accès à des forets de haute qualité, ils doivent être assez résistants.

Cependant, les forets d'un diamètre d'environ 0,7 mm à 1,4 mm peuvent être assez faibles et doivent être manipulés avec une certaine prudence.

S'ils sont maintenus avec une pression verticale droite vers le bas, cela peut être bien, mais si l'orientation n'est pas maintenue à angle droit par rapport à la planche, un trou approprié ne sera pas créé, ce qui est tout à fait possible que le foret se brise en deux.

Pour cette raison, vous devez prendre des précautions réalistes lorsque vous percez des trous à l'aide de ces forets, et de préférence, la machine doit être utilisée avec un support réglable comme indiqué ci-dessous.

Nous avons jusqu'ici discuté des éléments clés qui sont nécessaires lors de la fabrication d'une carte de circuit imprimé, et il peut y avoir d'autres probabilités et fins qui pourraient être essentielles.

Cependant, ce sont généralement des objets domestiques de base, et ceux-ci seront dévoilés au fur et à mesure que nous avancerons avec le plan d'action de la gravure. Vous trouverez de nombreuses méthodes différentes pour fabriquer une carte de circuit imprimé.

Malgré le fait que tous sont fondamentalement identiques et que les différences majeures ne sont que la séquence à travers laquelle les différentes mesures en cours de route sont effectuées.

Nous allons donc commencer par prendre en considération une approche de fabrication d'une planche, après quoi quelques techniques alternatives seront expliquées.

Premiers pas avec la fabrication de PCB

La toute première étape serait de vérifier avec le livre ou le magazine où le circuit imprimé est présenté afin d'obtenir les bonnes dimensions de la carte.

Vous pourriez généralement avoir un schéma de circuit, diagramme de superposition de composants et motif de piste de circuit imprimé reproduit en taille réelle, comme indiqué respectivement dans les 3 figures suivantes.

La taille du circuit imprimé doit être disponible dans le texte ou le schéma, mais dans de nombreux cas, il sera nécessaire de considérer les proportions à travers le motif de piste en cuivre de taille réelle.

Marquez la limite de la carte finalisée sur le côté cuivre du panneau stratifié, puis tirez un jeu supplémentaire de lignes d'environ 2 mm environ sur le côté extérieur du marquage précédent.

En coupant prudemment entre ces contours, vous devriez être en mesure de générer une section de planche avec une précision décente et des bords droits avec un minimum de problèmes.

Les côtés du panneau pourraient être lissés à l'aide d'une petite lime plate et avec un panneau en fibre de verre qui élimine les extrémités abrasives qui peuvent être indésirables.

Sachez que les marquages ​​doivent être faits sur le côté cuivre de la planche et sciés du même côté pour éviter le pelage du cuivre lors de la découpe de la planche. Par conséquent, assurez-vous de couper ou de percer la planche toujours du côté cuivre et non du côté stratifié

L'étape suivante consisterait à dessiner les positions des trous pour les composants et, le cas échéant, les trous de fixation pour le montage de la carte.

La méthode rapide pour y parvenir consiste à fixer le dessin schématique sur la planche sur la piste en cuivre, en alignant avec précision le dessin et les bords de la planche.

Ensuite, avec un bradawl ou un outil pointu similaire, marquez soigneusement et précisément le schéma sur la carte en perforant de petites indentations dans le cuivre.

Il n'est pas nécessairement essentiel de marquer la planche en la perforant avec un outil pointu, et une autre façon consiste simplement à aligner et à coller le dessin sur la planche à l'aide de ruban de violoncelle, puis à parcourir le dessin qui agit maintenant comme des marqueurs de perçage.

Peindre les pistes avec Etch Resist

Une fois la planche découpée et tous les trous percés, la tâche suivante consiste à peindre la planche avec la réserve de gravure. Cela implique essentiellement de nettoyer la planche aussi largement que possible.

Des blocs de nettoyage spéciaux peuvent être obtenus sur le marché et ceux-ci fonctionnent apparemment assez bien. Les panneaux stratifiés de cuivre peuvent généralement montrer un peu d'oxyde et de corrosion sur la surface du cuivre, et il est très important de l'enlever, sinon cela peut empêcher la carte de se décaper correctement.

Par conséquent, il est recommandé d'utiliser un agent de nettoyage raisonnablement puissant qui éliminera parfaitement tout oxyde, saleté et corrosion de la surface du cuivre.

Une fois que la planche a été complètement lavée et que la couche de cuivre semble luisante, rincez la planche sous l'eau tiède pour éliminer les restes de nettoyant ou d'ingrédient huileux. À ce stade, assurez-vous de ne pas toucher la surface en cuivre, ce qui pourrait sinon provoquer des traces de doigts graisseuses et ralentir le processus de gravure.

Ensuite, prenez la peinture résistante à la gravure pour tirer des pastilles de cuivre autour des trous percés pour les conducteurs des composants.

Une fois les pastilles dessinées avec une résistance à la gravure, il est temps de peindre les pistes en cuivre afin qu'elles relient les pastilles conformément à la conception du circuit. Assurez-vous toujours de garder vos mains éloignées de la surface en cuivre pendant cette opération. Commencez par le bord d'un bord et procédez systématiquement vers l'autre bord, au lieu de le faire au hasard (ce qui pourrait probablement entraîner des erreurs)

Pour les conceptions complexes de circuits imprimés

Plusieurs conceptions de circuits imprimés contemporains peuvent être extrêmement sophistiquées et difficiles à reproduire.

Lors de la conception d'une carte de ce type, il est recommandé de travailler avec un stylo de résistance de circuit imprimé (ou une alternative appropriée) avec une pointe encore plus fine. Dans les endroits qui peuvent avoir de nombreuses pistes parallèles étroites et serrées, vous devez utiliser une règle pour permettre de dessiner de fines lignes droites.

Si vous voyez les pistes ou les pads fusionner les uns avec les autres, attendez que la résine sèche, puis utilisez une pointe de boussole ou une autre pointe pointue pour éliminer l'excès de résine qui se chevauchent.

Dès que la réserve a séché et que le PCB est inspecté, la tâche suivante consiste à plonger la carte dans la solution de gravure jusqu'à ce que finalement tout le cuivre exposé ait été enlevé.

Comment la gravure de PCB se produit

Ce qui se passe essentiellement au cours de la gravure, c'est que le cuivre remplace le fer dans le chlorure ferrique pour former du chlorure de cuivre, tandis que le fer se précipite.

Au début, le processus de gravure se produit assez rapidement et ne peut prendre que quelques minutes, mais à mesure que le chlorure ferrique se transforme progressivement en chlorure de cuivre, l'action de gravure devient progressivement lente, et après que plusieurs cartes sont gravées, on peut observer que le temps de gravure est plutôt prolongé ou pas accompli du tout.

Dans ce cas, l'agent de gravure devra être remplacé par un nouveau lot de solution de chlorure ferrique. Comme vous remarquerez que le chlorure ferrique a une couleur rouge-jaune tandis que le chlorure de cuivre est de couleur bleue, donc lorsque vous trouvez que la solution de gravure devient lentement plus verdâtre, cela indique que le produit chimique approche de la fin de sa durée de vie.

Lors de la gravure de la carte à la maison dans un petit plat, assurez-vous que le côté en cuivre de la carte est orienté vers le haut et que le processus est effectué dans un plat non métallique de taille adéquate.

Vous voudrez peut-être ajouter un couvercle décent sur le dessus et retirer périodiquement le couvercle pour vérifier le résultat jusqu'à ce que la gravure soit terminée. Un problème principal avec ce procédé est qu'une couche de fer et de chlorure de cuivre a tendance à se développer sur le dessus de la carte, ce qui peut prolonger considérablement le temps de gravure. Cela peut être contrecarré en faisant doucement basculer le plat de temps en temps pour déplacer cette couche de sorte que la gravure s'accélère.

Utilisation de conteneurs spéciaux pour la gravure

Vous pouvez en fait trouver assez facile de mettre en place un conteneur afin d'activer le PCB près d'une position verticale avec le côté cuivre de la carte orienté vers le bas.

Dans cette situation, le processus de gravure se produit très rapidement car le précipité de fer est incapable de développer une couche et a tendance à tomber de la planche vers le bas. Cela garantit que la gravure n'est pas gênée. Néanmoins, une agitation périodique de la carte et de l'agent de gravure peut aider à éliminer tout petit revêtement de suppression qui peut se développer, permettant une gravure encore plus rapide.

La figure ci-dessus montre quelques options simples pour y parvenir. Sur la figure (a), une assiette incurvée est utilisée qui garantit que la planche est maintenue en place à travers les quatre coins, et n'entre en contact avec la cuvette en aucun autre point.

La technique démontrée en (b) est un bon choix pour les PCB plus gros qui peuvent nécessiter un plat plutôt énorme pour permettre la procédure. Le récipient doit être assez volumineux, tout ce qui ressemble à un pot de café instantané classique fonctionnerait.

Une grande quantité de décapant sera probablement nécessaire pour remplir pratiquement le pot. Cela peut sembler un peu cher au début, mais l'agent de gravure durera certainement proportionnellement plus de temps qu'une quantité plus petite.

En variante, une quantité moindre d'agent de gravure peut être diluée avec une plus grande quantité d'eau, mais cela pourrait considérablement ralentir la gravure et n'est pas conseillé.

Pour des planches sensiblement grandes, la seule méthode fonctionnelle de gravure de la planche pourrait être d'utiliser une grande assiette plate (comme une assiette photographique) avec la face en cuivre tournée vers le haut. Une agitation fréquente peut être utilisée pour accélérer le temps de gravure.

La gravure se produira plus rapidement sur les zones où il y a de plus petites régions de cuivre ouvert, et prendra beaucoup plus de temps sur les zones de la carte où il y a des zones relativement plus larges de cuivre ouvert. La gravure a également lieu plus rapidement autour des périmètres de la planche.

Une méthode qui fonctionne généralement plus efficacement et qui est généralement beaucoup plus facile dans la pratique est présentée ci-dessus. Ici, une paire de tiges en bois ou en plastique est posée sur toute la longueur du plat, sur les côtés opposés. Ceux-ci sont relativement plus longs que le plat pour leur permettre de reposer sur le dessus. La planche est ensuite suspendue aux tiges supportées par deux morceaux de fil, un à chaque extrémité de la planche.

Un seul fil est illustré sur la figure pour une meilleure compréhension. Si un fil de cuivre est utilisé, assurez-vous qu'il s'agit d'un fil de cuivre super émaillé d'une épaisseur de 18 SWG. Les fils sont attachés aux tiges simplement en tournant les extrémités autour du diamètre de la tige une ou deux fois.

Une fois la gravure terminée

Lorsque la gravure semble être terminée, vous devez examiner attentivement la carte pour vous assurer qu'il n'y a plus de poches de cuivre ouvertes et rechercher les parties de la carte où les pistes et les pastilles de cuivre sont étroitement dessinées (par exemple, des groupes de pastilles IC) .

Une fois que vous avez confirmé que la gravure est totalement accomplie, gardez le panneau verticalement sur la solution de gravure pendant quelques instants pour permettre à l'agent de gravure dégoulinant de s'échapper du panneau, puis essuyez le panneau à l'aide d'un morceau de papier de soie ou d'un chiffon.

En passant, il s'agit d'une sage décision de maintenir un morceau de papier absorbant à proximité tout au long du processus de gravure pour s'assurer que les restes de solution de gravure peuvent être essuyés des pinces ou des gants chaque fois que nécessaire. Le panneau doit ensuite être soigneusement lavé à l'eau pour éliminer toute trace finale de solution de gravure.

Retrait de la résistance

Enfin, à la fin, la résine collant sur le cuivre doit être éliminée, ce qui pourrait autrement gêner sérieusement le processus de soudage sur les plots de cuivre. Vous pouvez acquérir n'importe quel dissolvant de réserve standard, et cela peut être sous la forme d'un esprit léger qui décomposera la majorité des peintures et des encres.

Il peut également être possible d'obtenir des blocs de polissage de circuits imprimés qui se trouvent être également bien adaptés au frottement de la réserve. Une autre technique consiste à essayer d'utiliser un tampon à récurer ou une poudre, et c'est fondamentalement l'une des activités les plus simples de la production de circuits imprimés qui ne devrait certainement pas présenter de défis.

Pour permettre l'assemblage final des composants sur le PCB prêt avec une soudure parfaite et absolument pas de joints `` secs '', les pistes et les patins en cuivre doivent être polis pour obtenir une finition brillante avant que le soudage des composants puisse être réellement commencé.

À vous

Comme expliqué ci-dessus, la fabrication de PCB à la maison semble assez simple, et ce n'est qu'une question de quelques heures pour créer des PCB de qualité professionnelle exceptionnels en utilisant des matériaux de bricolage prêts à l'emploi du marché. Cela dit, le processus peut nécessiter une certaine prudence et précision pour atteindre les résultats souhaités, de sorte que le projet de circuit prévu soit accompli avec succès.

Si vous avez des doutes sur le sujet, laissez-nous maintenant à travers les commentaires ci-dessous, nous serons très heureux de vous aider!