Revision as of 17:00, 5 February 2016

Formation: Initiation fabrication circuit imprimés (presensibilisé)

Cette formation permet d'être autonome dans la fabrication de circuits imprimés au lab. Elle permet de prendre en main les équipements requis pour effectuer le procédé de fabrication 'standard' au lab.

Informations pratiques

• Durée: 3h
• 3 personnes max par session à cause de l'exiguité de la zone PCB
• Public visé: tous les membres (aucun prérequis particulier)

Formations liées

Prérequis: aucun

Idéalement: création de schéma & routage avec kicad

Suites: autres procédés de fabrication de PCB ; voir notamment toner transfert, plus facile à mettre en oeuvre chez soi.

Matériel requis

• matériel présent au lab dans la zone PCB
• EPI: attention, les process chimiques utilisés risquent d'endommager vos vêtements: portez blouse, gants, lunettes lorsque c'est nécessaire.
• Si vous avez un projet en tête: fichiers CAD prêts à l'emploi, c'est à dire idéalement typons prêt à être imprimés (voir recommandations ci dessous)

Ressources additionnelles

{documentation en ligne}

{ouvrages papier}

{shops pour achat de matos}

{documentation spécifique sur le wiki?}

TODO: merge avec PrintedCircuitBoard:Habilitation

Contenu détaillé

Introduction

But de la formation: partir d'un fichier CAD tout beau tout propre (ou presque), et arriver à un proto fabriqué. Au passage, se familiariser avec les équipements disponibles au lab pour faire cela - avec un passage par la pratique.

La partie CAD en elle même (schématique/routage) est hors sujet de cette formation. Voir la formation spécifique: TODO ajouter lien.

PCB quoicéti?

• Historique (quand et comment c'est apparu)
• à quoi ca sert un PCB (cf Wikipedia), cad pourquoi.
• Eléments constitutifs, exemples de PCB (industriels/fabriqués au lab)
• schéma/routage, workflow.
• Paramètres/ordres de grandeur

Notre laboratoire de fabrication de PCB

• Motivation pour avoir un atelier à dispo au lab : proto simples, délai court, cout minimal
• Ce qu'on peut/ne peut pas faire au lab, c'est à dire capacité techniques, et quand est-ce que l'utilisation de ce laboratoire est pertinente.
• Autres approches, c'est à dire quoi faire quand le lab n'est pas adapté:
  • Board houses: fabrication professionnelle en europe ou en asie
  • Fabrication à la maison: procédés simples
  • Se passer d'un PCB: veroboard, breadboard.

Vue d'ensemble des techniques de fabrication

• macro étapes de fabrication:
  • CAD
  • typon/imaging
  • gravure
  • percage
  • finish
  • test

• • process standard de fab au lab: présensibilisé. Avantages/inconvénients.

• variantes de process:
  • gravure à l'anglaise
  • toner transfert
  • LDI
  • presensibilisé/dryfilm
  • multilayer
  • soldermask, legende
  • PTH

Visite de la zone PCB

• Tour des équipements:
  • stock consommables + fonctionnement (5€/dm²)
  • cisaille
  • imprimantes laser
  • insoleuse
  • paillasse chimie
  • perceuse inversée

• Fonctionnement de la zone PCB
  • règles de sécurité: rule 0
  • règles de fonctionnement: gestion du rangement, de l'équipement, des consommables ; accès à la zone
  • projets en cours: ameliorations de process à l'étude

Création de fichiers d'entrée

La partie CAD (schématique routage) à proprement parler est hors sujet: voir la formation dédiée.

Une fois qu'on a son schéma/routage 'terminé', il y a un ensemble de choses à faire avant de passer à la fabrication.

Design Rule Check: fabricabilité

Il faut utiliser le Design Rule Check, qui vérifie la fabricabilité d'un design. Prendre les paramètres du wiki (taille min de pistes, etc) ou de la boardhouse, et utiliser l'outil de votre soft (exemple avec eagle. Kicad, aussi?).

Ca ne sert à rien d'aller chercher la petite bête/d'etre en limite à des endroits non indispensables. Plus ya de marge mieux c'est coté fiabilité/chance de réussite de la fab! Et ce en particulier quand on fabrique nous meme au lab...

Pas de piste inutilement fine, attention à la taille des pastilles (idéalement trou faible juste pour pointage/centrage, et pastille plus large en fab@home que ce que sait faire une boardhouse, pour compenser l'alignement top/bottom sur double face).

Mettre du texte sur les faces cuivre pour l'orientation/le mirroir. Par exemple un nom de projet, et numéro de version. On peut aussi transférer des infos de la couche legend vers le cuivre (vu qu'on ne fait PAS de couche de legend: orientation d'un connecteur, d'un composant, etc...)

Verifier la taille des trous (lab standard: 0.8 et 1.0mm).

Verifier les aspects meca: dimensions, trous de fixation, etc.

Verifier l'accessibilité en soudure sur les double face sans trous métallisés.

On imprime les couches cuivre top et bottom : bien sélectionner les layers qu'on veut. Penser à mettre les options de qualité d'impression au max. Penser à mirror le top, pour avoir l'encre contre le photosensible (pour limiter la diffraction lors de l'insolation).

Idéalement, on passe par une image (pour verification, panelisation, "release").

Archiver proprement/numéro de version de ses fichiers CAD pour un proto donné est une bonne idée: permet d'avancer/de se souvenir de ce qu'on avait fait...

Impression typons

On utilise la Dell 1720 (1200dpi), en attendant que l'agfa accuset 1500 soit opérationnelle... ainsi que d'autres équipements (LDI).

Réglage resolution : max

Set qualité/toner MAX/best.

Impression sur calque (attention, pas donné! Chaque page coute pratiquement 50cts: ne pas gaspiller).

Attention aux erreurs d'échelle: il faut que ce soit 100% exactement, sinon, les composants ne vont pas tenir sur notre carte. Vérifier le scaling avec un composant (eg pas 2.54mm)

Rappel: on veut que le toner se retrouve CONTRE la résine photosensible, pour éviter la diffraction sur l'épaisseur du calque (pas énorme, mais ca joue sur des dixièmes de mm...). Cela permet de retrouver ses petits quant aux mode mirroir, etc... C'est aussi pour cela qu'ajouter du texte sur chaque face est important.

Préparation matériaux & zone

(description)

Présentation & check des équipements

On commence par un tour rapide de la zone... perceuse inverse, cisaille, paillasse, armoire stockage consommables, insoleuse. => referrer vers les infos de la zone PCB/Chimie...

Verifier l'air comprimé pour la perceuse inversee

En profiter pour rangement/nettoyage si nécessaire (vidage de poubelle, etc).

Verifier l'état des consommables, des machines et équipements divers.

Prendre note/signifier à core/coordinateur de zone en cas de pépin détecté.

Attention: le perchlo en particulier tache. Gants, blouse, etc ne sont pas superflus.

Note: le bain de perchlo doit être chaud! Idealement il faut le lancer en début de soirée pour qu'il ait le temps de monter en temperature.

Préparation matériau

On sélectionne un bout de brut simple ou double face. On coupe aux dimensions un peu plus large (au moins 20mm de marge pour manutention sur un bord, au moins 5mm sur les autres bords).

Pour cela, utilizer la cisaille à PCB. Utiliser la lampe pour bien visualizer le trait de coupe.

Pour simple face: on coupe, et on peut aller insoler direct.

Pour double face:

• on prend une chute
• on scotch une face dans le bon sens
• on aligne la 2nd face sur la table éclairante (avec plaque plastique meme epaisseur)
• on scotch.
• on revérifie une nieme fois que c'est ok (sinon, ca ne marchera PAS).

Insolation

insolation

On retire le(s) films de protection. Attention, on ne pose pas les doigts sur les faces, juste sur la tranche.

On positionne le pcb par rapport au film. Simple face: insole par le haut.

On referme le couvercle, et allume la machine, qui fait le vide. Aider si nécessaire (légère fuite sur la droite: appuyer dessus).

On choisit simple (switch vers haut) ou double face (vers le bas).

Le temps d'insolation avec ce process (eg présensibilisé, impression laser/calque) est de 60s voire moins. Sélectionner le temps sur la molette de gauche (graduée en minutes: mettre un peu moins de 1).

Pas besoin de temps d'attente une fois ce délai écoulé. Attention toujours à tenir le PCB par les tranches!

D'autre part, idéalement il faudrait un environnement avec lumiere inactinique pour ne pas attaquer la résine. Ce n'est pas indispensable, à condition de ne pas trainer lorsqu'on manipule la carte "en pleine lumiere".

Insert pic here. On voit légèrement le trace des pistes...

revelation

On va utilizer le révélateur POSITIF. Il y a une bouteille de 1L sur la paillasse. Si elle est de couleur sombre: elle est probablement usagée.

On peut alors en prélever dans le bidon de 5L dans l'armoire sous la paillasse. Si celui ci aussi est vide, il faut en préarer à nouveau en suivant la recette indiquée sur le wiki (page PCB ici/insert link). => soude dans de l'eau tiède. Proportions (à revérifier).

Toujours rincer les contenant au cas ou l'utilisateur precedent ne l'a pas bien fait...

On peut mettre des gants (indispensable si on manipule la soude en poudre pour préparer la solution).

On peut utiliser un pinceau doux pour brosser la carte et chasser les résidus de résine degagés par la solution chimique. On voit des traces violettes (resine qui a pris des UV et se fait dégager par la soude). Rincer à grande eau (idem, pinceau doux pour nettoyer). On peut repasser dans le bain un petit coup.

Attention: si solution trop forte/puissante, on degage TOUTE la résine.

Le process doit durer quelques 10aines de seconds environ avec la concentration habituelle. S'il ne se passé rien au dela: probleme avec la solution (ou le brut: ca arrive qu'il vieillisse mal...).

Une fois bien rincé, ca ressemble à ca: (insert pic).

On peut alors passer au bain de gravure.

Gravure

On clip le PCB par le coté ou on a laissé 20mm de marge, et on plonge dans le bain.

Verifier que tout est bien immerge (sinon refaire le niveau avec du perchlo/de l'eau chaude).

Pas de temps predetermine, cela depend de l'etat du bain, etc. Verifier l'etat après 30s: le pcb sur les zones à nu doit avoir commence à etre grave: le cuivre prend une couleur rose saumon bien vif. Si ce n'est pas le cas: problem de revelation (insolation insuffisante, solution pas assez concentrée ou incorrecte, nettoyage incorrect, etc). Sortir, rincer, repasser au révélateur pour tenter de sauver la situation.

En conditions optimales, la gravure prend quelques minutes. Verifier periodiquement l'avancement de gravure. Les zones ou on veut éliminer le cuivre doivent faire apparaitre le substrat (jaune translucide).

Lorsqu'on se rapproche de la fin, sortir, rincer, et observer à lumiere rasante: s'il reste du rose saumon: ce n'est pas fini!

S'il reste du rose saumon de facon inhomogene (eg juste quelques spots), remettre dans le bain si la finesse des pistes n'est pas importante (eg, pas très sensible aux variations de gravure).

En effet, une fois qu'on a tout grave, ca attaque par le coté des pistes (eg sous la résine), ce que l'on appellee overcut. Sur les pistes fines, ca devient catastrophique...

Si pistes fines et seulement quelques spots rose saumon, on peut finir à la main. Prendre des gants, un peu de coton, et on tamponne gentillement sur les zones pas finies de graver (sans attaquer les zones terminées).

Rincer et verifier periodiquement à lumiere rasante, voire à la bino (rincage séchange).

En cas de gros rate (eg overcut, ou problem de développement/insolation), il peut etre nécessaire de recommencer à zero (coupure de matériau, insolation, etc...).

Une fois la gravure terminée, on nettoie et on strip.

stripping

Il y a de la résine sur le cuivre qui n'a pas été gravée. On veut maintenant l'enlever.

Trois approaches:

• acetone sur chiffon, on frotte, ca dissout tout. Probleme: toxique, et on a jamais d'acetone bien longtemps dans la zone (on se le fait piquer !)
• rincage séchage, direction insoleuse pour 60s, puis bain de révélateur: toute la résine disparait ce coup ci.
• on passe direct au brossage...

Ensuite, on prend de la paille de fer fine, et on brosse gentillement mais fermement toute la surface (deux faces si double face), en rincant bien. Le cuivre doit etre bien brilliant/propre. Attention, on manipule par la tranche toujours (traces de doigt: pas bon pour l'étamage)

On est pret à passer à l'étamage.

Finish

etamage

L'etamage permet d'éviter l'oxydation (tres rapide) du cuivre, qui le rend impossible à souder.

On dispose d'une solution d'étamage chimique à froid. Prendre le circuit bien proper/brossé, et le plonger dans la solution. La reaction est immediate, la couleur passé de cuivré à argenté.

Si ce n'est pas le cas: carte mal nettoyée ou solution d'étamage fatigue (recyclage & prise dans la solution mere dans l'armoire, voire preparation d'un nouveau batch).

A ce stade, on peut examiner en detail son PCB à la bino, voire au testeur de continuité en cas de doute.

Vernis epargne

On peut à ce moment appliquer du vernis epergne (soldermask). On ne le fait pas dans le cadre de cette formation initiation... mais pour info, c'est à ce moment là qu'on le fait!

percage

On va utilizer la perceuse inversee pour tous les trous en 0.8 et 1.0mm.

Verifier taille foret (et etat): manette sous la table pour lever la tete. Attention lors de la manip des deux clés de serrage/desserage: la casse foret arrive vite (et chacun coute 3€).

ATTENTION: presence air comprimé INDISPENSABLE pour cette machine, sous peine de destruction rapide de l'ensemble!

• Verifier l'etat du compresseur & circuit air comprimé (zone meca).
• ouvrir vanne.
• mettre machine sous tension, vitesse 1: verifier jauge air comprimé. En cas de pépin: ARRET D'URGENCE.
• vitesse stabilisée en palier 1. Puis palier 2, stabilization: on est pret!
• brancher le transfo pour éclairage. penser à le débrancher quand on a fini.

Viser les trous, appui pédale: hop!

Pour double face: commencer par trous non critiques (aux angles, plan de masse) pour jauger de l'alignement... et de l'offset manuel à ajouter si nécessaire ;)

En cas de problem avec le foret: le remplacer...

Utiliser une dremel + stand pour les trous plus gros.

On peut monter un foret 0.4 et 0.6 dans la perceuse inverse, mais ce n'est pas recommandé (mauvais guidage avec le canon standard).

Une fois tous les percages fait, le circuit est sensiblement terminé!!!

test&verif, ménage

On peut tester (testeur de continuité) et verifier (loupe binoculaire) le circuit produit.

Reprise possible au cutter/fil pour reprendre les pistes bouffées.

Penser à prendre des notes vs le routage si on se rend compte d'erreurs ou optimisations possibles suite à des galeres de fab...

On passe ensuite au rangement (s'il y a pas d'autres pcb à faire):

• nettoyage paillasse
• rangement typon
• eteindre bains
• rangement des consommables, mise à la poubelle des déchets, etc...

On pense également à mettre une piécette dans la boite PCB: 5€ par decimetre carré (eg 10cm x 10cm). Attention, meme les echecs comptent et sont à payer!

Conclusion

• ce qu'on a appris en synthétique: fabriquer un circuit simple/double face "simple" avec du présensibilisé.
• comment mettre en pratique avec un truc cool: exemples de realization...
• Autres formations qui s'ouvrent à nous désormais
• Approfondissement: prendre de la pratique en faisant plusieurs PCB, lamination (dryfilm, soldermask), PTH (quand ce sera opérationnel :p), voire toner transfert
• Une fois qu'on est à l'aise: se proposer pour animer la formation & encadrer les petits camarades qui débutent!
• développements/gestion de la zone: stock de consommables, nouvelles techniques/machines, ...