Support de formation PCB de l'Electrolab

INTRODUCTION
Le document sous forme pdf se trouve ici

 NIVEAU 1 - INITIATION 

Ce document est destiné à être le support de formation à la création de PCB à l’Electrolab, niveau 1 - Initiation.

Il n’a pas objectif à être support d’auto-formation mais simplement pour rappel de ce qui a été transmis lors de la formation.

Contacts

En cas de doute ou de question, n’hésitez pas à contacter l’un des membres suivant :





Conception
Une fois que l’on a une idée sur comment faire (oui, ça peut servir), on utilise des outils pour la mettre au propre et vérifier (en théorie) qu’on a bien tout ce qu’il faut. Il existe des dizaines de produits pour nous aider.

Parmi les plus connus et gratuits (si si, la loi il faut aussi la respecter) il y a :


 * Eagles (versions gratuite) - Attention, son utilisation est gratuite pour un usage personnel uniquement, si vous voulez vendre le produit vous devez acheter la version pro
 * gEDA,
 * KiCAD (mon préféré, mais cela n’engage que moi - d’ailleurs, qui c’est moi ?).

L’objectif : avoir ça ->  (le typon)

Réalisation (Résumé)
Tout le reste de ce document décrit comment on passe du typon au circuit imprimé.

Montage et Tests
A l’ancienne (au fer à souder) ou à la nouvelle (Reflow), on soude les composants, on vérifie que tout fonctionne comme on voulait (sinon on bidouille) et on prend une bière (ou un café, ou autre chose - il ne faut pas être sectaire).

Le reflow fera d’ailleurs l’objet d’une autre formation.

En Résumé
Puisqu’une image vaut mille mots :

Prérequis
Cette formation se concentre UNIQUEMENT sur comment faire le circuit imprimé (ou PCB : Printed Circuit Board). Il est cependant rappelé quelques points importants :


 * Avoir son PCB imprimé avec les caractéristiques suivantes :


 * Résolution d’impression au maximum (600 DPI min recommandée)


 * Vérifier l’échelle 1 :1


 * En mode ‘miroir’ afin d’avoir l’encre coté plaque (mettre un texte côté cuivre est pratique)


 * Opacité maximum (quitte à doubler si besoin)


 * Mettre des plans (par exemple plan de masse) afin de limiter la pollution lors de la gravure

Sécurité
Chaque étape sera présentée avec ses consignes de sécurité.

Elles sont OBLIGATOIRES et NON NEGOCIABLES.

Si vous ne pensez pas à votre sécurité, pensez à celle des autres !

Sécurité
Un plan de travail propre et nettoyé est la BASE.

Cela parait une évidence mais peu y prête attention jusqu’à ce qu’un problème survienne.

Donc, PREPAREZ TOUJOURS votre espace de travail :


 * Vérifiez que tout le matériel est disponible (blouse, gants, plaques, produits, typon, appareils, …)


 * Vérifiez que la ventilation fonctionne bien ainsi que les robinets d’eau


 * Gérez les personnes présentes (visiteurs, autres membres qui utilisent le labo,…)


 * Vérifiez les prérequis des typons: Impression (votre travail) et limites du labo chimie telles que la classe de fabrication possible d’obtenir au labo (classe 5). Les paramètres à retenir pour la conception des PCB sont résumés en annexe.

La porte du labo chimie est munie d’une serrure à contrôle par badge. Lorsque vous entrez dans le labo, vous devenez responsable de sa bonne utilisation. Donc :


 * REPORTEZ sur la feuille à l’entrée votre présence (nom, date et heure)


 * RAPPORTEZ à Coline et/ou au bureau l’état du labo si celui-ci n’est pas conforme lors de votre arrivée. Ceci signifie que si vous laissez quelqu’un dedans quand vous partez, vérifiez qu’il est bien noté sur la feuille de présence car s’il laisse un foutoir et que seul votre nom y est « VOUS SEREZ RESPONSABLE ».

Attention, la cisaille pour découper les plaques coupe très bien aussi les doigts, les vêtements, etc… donc FAITES GAFFE !

Matériel
En plus du matériel du labo, vérifiez que vous avez :
 * Gants, blouse, lunettes,
 * vos typons.

Processus
Préchauffez le perchlorure de fer si besoin, cela met du temps pour l’avoir à bonne température (environ 35-40°C – Attention plus chaud (>42°C), des vapeurs toxiques apparaissent).


 * Nettoyez / rangez les plans de travails. Equipez-vous (gants, blouse, lunettes…)
 * Découpez la plaque, le film vernis épargne si besoin -> Payer en fonction de votre besoin - 5€ / dm2 si vous prenez de la plaque au labo, ou 3€ / dm2 si vous avez la vôtre.
 * Vérifiez les typons à la loupe / lampe si besoin

Conseil : si c’est la première fois (ou pas) que vous suivez ce processus, faite un essai sur un petit bout de plaque afin de déterminer les temps et qualité qui vous conviennent.

Sécurité
Les UV ne sont pas les meilleurs amis pour vos yeux. Donc veillez à limiter la (voire ne pas avoir de) vue directe sur les tubes de l’insoleuse en fonctionnement.

Matériel

 * Insoleuse 2 * 6 tubes UV 15W avec option sous-vide pour plaquer le typon sur la plaque
 * Table blanche et loupes pour vérification des pistes des typons

Processus

 * Placez votre/vos typon(s) et plaque sur la vitre de l’insoleuse. Côté encre contre la plaque. Vérifiez le sens de pose.
 * Activez la succion (vérifiez que ça marche) et sélectionnez simple ou double face
 * Réglez le timer et … Attendre (environ 60 secondes, soit 1 min pour les meilleurs en math !)
 * Lorsque l’insolation est finie, vérifiez le résultat et corrigez au feutre si besoin

L’instant académique (pour se la péter) : Le film photosensible des plaques de l'Electrolab réagissent de façon optimale aux UV de 365nm

Sécurité
Pour l’usage du révélateur, mettre des gants et/ou utiliser des pinces pour plonger et retirer le PCB.

Lorsque le révélateur ne sert plus, il faut stocker le produit restant et pour le produit ne pouvant plus être utilisé (trop chargé/usé), suivre les instructions des fiches de sécurité présentes dans la bannette à l’entrée du labo chimie pour son élimination et évacuation du lab (ou celles des fiches techniques que vous retrouverez en annexe).

Matériel
Bac, gants et pinces pour l’utilisation du révélateur. Loupe et feutre de correction pour les pistes

Processus

 * Versez un peu de révélateur (positif si votre plaque est sensibilisée positive) dans le bac et déposez le PCB sans faire d’éclaboussure.
 * Remuez un peu le bac et retirez le PCB à l’aide des pinces au bout de 30s environ.
 * Rincez doucement sous l’eau. Vérifiez si le résultat convient sinon…replouf
 * Vérifiez le résultat et corrigé au feutre si besoin

L’instant académique : le révélateur est de composition NaOH (de la soude caustique en gros)

Sécurité
Le perchlorure de fer salit (c’est un euphémisme !). Donc veillez à porter une blouse ou un vêtement qui ne risque plus rien et à ne pas avoir trop de monde autour de vous lorsque vous manipulez le perchlo (petit nom pour les amis).

Faites très attention lorsque vous mettez et retirez le PCB du bain (la durée de vie de vos vêtements et des éléments du labo en dépende) et lorsque vous rincez le PCB.

Il n’y a AUCUN moyen (du moins efficace) pour retirer une tache faite avec du perchlo. En cas d’utilisation de persulfate d’ammonium ou persulfate de sodium, assurez-vous que l’aération du labo est fonctionnelle et en route.

Matériel
Machine à perchlorure de fer (ou autre bac si autre), gants, blouse

Processus
GRAVURE


 * Placer votre PCB sur le support et le mettre (doucement) dans le bac
 * Surveillez de temps en temps jusqu’à ce que tout le cuivre (hors-pistes) soit disparu. Comptez environ de 5 à 45min (selon la température du perchlo, son niveau de saturation, le artwork…). Quand cela vous convient, arrêtez la machine si personne d’autre ne l’utilisera et sortez délicatement votre PCB (Attention aux gouttes de perchlo)
 * Rincez abondamment (attention aux éclaboussures et aux gouttes) puis séchez à l’aide de chiffon (ou …PQ) Il faut maintenant enlever le reliquat de film pré-sensibilisé au-dessus des pistes.
 * Placez le PCB sec sur l’insoleuse et allumez pour 10 à 15s.
 * Passez au révélateur, rincez et séchez.

Ou utilisez de l’acétone sur un chiffon et frottez.

L’instant académique (pour ceux qui voyagent) : l'agent corrosif utilisé pour graver se dit en anglais « Etchant ». Youtube est votre ami pour trouver d’autres compositions tel que le persulfate de sodium (Na2S208) ou le persulfate d’ammonium.

Sécurité
La perceuse inversée fonctionne à l’air comprimé. Donc avant de commencer à l’utiliser, bien s’assurer que l’air arrive bien (robinet ouverts) et qu’il y a suffisamment de pression (compresseur en route et personnes averties que vous utilisez la perceuse). Un manomètre de contrôle devrait être installé sous peu. Attention, seuls les diamètres 0.8mm et 1mm sont à utilisés au plus petit (pas prévu pour du 0.3mm ou 0.45mm par exemple).

Matériel
Perceuse inversée, forêts adéquats

Processus

 * Branchez le transformateur de la perceuse pour avoir de la lumière dans le viseur,
 * Ouvrir et bien vérifier que l’air arrive correctement (avertir les autres utilisateurs de NE PAS COUPER l’arrivée d’air pour le labo chimie),
 * Vérifiez que le bon foret est placé dans la perceuse, au besoin changez le.
 * Placer le PCB sur la table de perçage, visez…feu (euh non, je voulais dire appuyer sur la pédale en prenant garde à ne pas laisser trainer vos doigts ou autres à proximité du trou de sortie de la mèche).

L’instant académique : Chez les pro (les board houses) la vitesse de rotation du forêt est supérieure à 140 000 tr/min... ça fuse!

Finition
Sécurité et Processus

Une fois votre PCB en main, il reste encore un truc à faire TRES IMPORTANT :

Rangez, nettoyez, videz les poubelles si pleines….

Bref, laissez l’endroit propre et rangé comme vous AIMERIEZ le trouver (cette phrase dépendant du niveau de bordel auquel vous êtes habitué, disons plutôt « comme vous espérez qu’un laboratoire de chimie le soit »).

Si vous êtes le dernier à partir, soyez encore plus attentif (lumière, ventilation, perçeuse, produits chimiques qui trainent…).

Ah oui…Champagne quand tout est fini (ou bière, café, thé selon les goûts) !

Références des produits utilisés
Plaque pré-sensibilisée positive Révélateur positif Solution d’étamage à froid Film vernis épargne et révélateur Feuille dynamask : http://www.octamex.de/shop/?page=shop/flypage&product_id=31

Persulfate de sodium http://www.stquentin-radio.com/?page=info_produit&info=2439&color=3&id=0&act=0

Vidéos intéressantes sur le sujet
Making PCB with solder resist : https://www.youtube.com/watch?v=SHDI18pIv68

Paramètres de routage recommandés
Les paramètres suivants sont recommandés lors de l’étape de routage du PCB (afin d’être compatible avec la classe de fabrication possible au labo chimie). Ils n’ont vocation qu’à aider le débutant dans la réalisation de PCB au labo (chacun est libre de choisir ce qui lui convient…ou pas).

Il est considéré que l’on utilise des plaques FR4, à température ambiante, simple/double face, 1,6mm d’épaisseur, de 35µm de cuivre et pour une utilisation générale (pas de grande puissance ou haute fréquence).

Liens vers des paramètres de board house (fabricant de PCB) à titre d'information
 * http://www.imdes.de/pdf_pooling/imdes_desig-rules_uk_marc_test2_23_12_2013.pdf.
 * http://www.eurocircuits.com/PCB-design-guidelines
 * https://oshpark.com/pricing#Specifications