PrintedCircuitBoard:ThruHole

Cette page rassemble les informations rassemblées sur la métallisation des trous. Ce procédé est en cours de R&D au lab, mais n'est pas opérationnel.

Il y a plusieurs approches envisageables pour faire une connexion entre deux faces d'un circuit imprimé:

• A la main:
  • souder un fil des deux cotés: c'est ce qu'on veut éviter d'avoir à faire ;)
  • rivets
• process 'industriel' de prototypage:
  • process lpkf:rivets, métallisation classique et sans chimie !.
  • process bungard: rivets, métallisation classique. On a un devis & de la doc détaillée pour ce dernier process.
  • process megauk: métalisation classique (voir en fin de page pour les pdf détaillés du process).
  • process MG chem: métallisation classique
• process DIY: activation des trous au graphite
  • http://wiki.032.la/nsl/Through_hole_plating
  • http://www.youtube.com/watch?v=KTNuTv_IQp4
  • Assez proche de ce que propose Thinktink | ici, avec une encre magique & chère.

La différence entre les approches "industrielles" et l'approche DIY se situe au niveau de l'activation des trous:

• l'approche "industrielle" implique plusieurs bains successifs relativement couteux (en centaines d'euros), notamment parce qu'il contiennent du palladium. L'avantage principal est la disponibilité immédiate (pour quiconque a le cash...) et la potentielle reproductibilité (une fois les étapes maitrisés...).
• l'approche DIY repose sur:
  • l'emploi de graphite, déposé dans les trous comme précurseur pour l'électrodéposition. Le solvant reste à déterminer... la source vue utilise de l'encre de chine, mais sans qu'on puisse voir exactement la qualité des résultats.
  • l'emploi de l'encre conductrice de thinktink. Manifestement, le "solvant" est une résine qui durcit à la chaleur.

L'une et l'autre approche nécessitent ensuite une électrodéposition de cuivre.

A ce jour, il n'a pas été pris de décision quant à l'approche qui allait être testée en priorité... stay tuned !

Test du 12/07/2012

• Du PEG a été acheté sur ebay (uk) : 500g de PEG6000, provenant de Magnacol Ltd. en poudre. Cout: 19€ fdp + taxes compris
• D'après http://www.youtube.com/watch?v=KTNuTv_IQp4 (3:04), il faut environ 10g/L. Le bain faisant 7L, on ajoute 70g.
• Test selon la procédure habituelle:
  • percage, brossage, nettoyage à l'acide sulfurique dilué
  • passage de peinture acrylique avec graphite, séchage au décapeur thermique, brossage très léger
  • trempage dans le bain d'électrodéposition "un certain temps (environ 10mn)" dans un sens, puis idem dans l'autre ; courant un peu moins d'un ampère pour une taille de pcb de 35x55mm environ
  • rincage à l'eau
  • gravure par isolation à la mano autour de chacun des trous pour les mesurer indépendamment
  • mesure au miliohmmètre
• résultat:
  • sur 15 trous de 0.8mm, 14 ont une résistance mesurée de moins de 400mohm. La majorité est à 200miliohm. Un est non conducteur. C'est donc un net progrès par rapport aux tests précédents ! En réfléchissant un peu mieux au temps & courant, on devrait donc obtenir un plating plus épais et donc moins de résistance.
  • l'état de surface est perfectible, principalement du fait que la peinture acrylique + graphite avait commencé à sécher et était d'une consistance perfectible.
• Bilan/todo:
  • peaufiner la recette de la peinture d'activation des trous (viser plus de fluidité et parfaire également le mode d'application/séchage: raclette + souflette semblent appropriés)
  • peaufiner le bain (prévoir un bulleur pour faire un peu d'agitation, prévoir des pièces pour support de fil de cathode/anode)
  • reprendre calmement la spec pour sélectionner el courant de manière appropriée selon la surface + temps de déposition.

Test du 30/05/2012

Passage préliminaire à l'acide sulfurique dilué ; 1 couche d'encre. Lamination: s'est moyennement passé. Résultat: 4 trous diametre 0.8mm avec résistance en dizaines de miliohm, deux autre dans les 10^5 ohm :/

double couche d'encre, nettoyage préliminaire classique (laine d'acier mais pas d'acide). Lamination s'est moyennement passée. Résultat similaire au #1

simple couche d'encre, nettoyage classique. Lamination: epic fail ! Résultat: pas un seul trou correct...

Bilan:

• l'activation des trous avec la peinture acrylique de modélisme semble assez efficace. La question de la quantité de graphite, de la consistance, et du mode d'application reste entière... mais petit à petit, ca se passe de mieux en mieux.
• à noter que le bain est toujours "bête et méchant" : le PEG arrive fin de semaine... pas d'agitation ni de chauffe, et une seule électrode (quoique de cuivre de bonne qualité).
• environ 1A & 1v, pendant 1h environ. Les trois pcb dans le bain en simultané ; je les ai retournés/changés de place régulièrement.
• le nettoyage une fois que l'encre a séché est toujours autant l'étape potentiellement délicate : si on détruit la connexion entre le plan de cuivre & l'intérieur du trou, c'est perdu ! Cette fois, je l'ai fait sans laine d'acier, avec de l'acide sulfurique & du papier de verre grain 600 sans trop insister. Peut être que j'ai trop insisté, encore une fois...
• il faudrait peut etre aussi faire un test en gravure anglaise (eg, sans passage par le bain de perchlo) pour estimer l'impact de la lamination & du tenting coté protection du via. A noter que les gros trous (diametre 3mm) ont TOUS foiré.
• il serait également peut être plus judicieux de prendre des designs plus gros, plus faciles à manipuler, et de le faire avec plus d'application (là, j'ai laminé méthode rache... et le résultat est en conséquence :/)
• difficile à dire ce qui joue réellement en faveur ou non de l'activation & du dépot...

Le prochain test pourrait être:

• une "vraie" carte, une seule, en s'appliquant bien comme il faut.
• tests en gravure à l'anglaise pour évacuer la question du tenting/gravure au perchlo
• attendre d'avoir un bain correctement constitué...!

De toute manière, il va me falloir recommander des consommables... Affaire à suivre !

Test d'électrodéposition du 26/05/2012

On suit la recette de think tink: On va préparer 7L:

• 3L d'eau distillée (en réalité, eau normale)
• 500g de CuSO4 (bouille bordelaise) dans 2L d'eau distillée (en réalité, eau normale)
• 2L d'acide sulfurique de batteries (35%)
• HCl 23% 2ml (en réalité, quelques gouttes à vue de nez)
• pas de PEG sous la main, en attendant d'en avoir, on ne tente pas non plus le tensioactif bête et méchant (liquide vaisselle) pour éviter que ca bulle pour rien...

On constate que le bain est en 2 phases:

• peut être que la bouillie bordelaise était trop concentrée...
• celle du bas semble contenir des particules en suspension, bleu (presque) clair
• celle du haut semble être bleu profond (limite vert)

Deux phases bien visibles...

On installe du fil de cuivre en travers de la cuve pour suspendre les pièces à cuivrer (coté anode), et on suspend le bloc de cuivre pur (coté cathode). On relie à une alim stable, et pour de petites surfaces de test (2inch² environ) on oscille entre 0.5 et 1A de courant. On laisse un certain temps de chaque coté.

bain résultant

On mélange du graphite dans de l'encre de chine (en réalité, encre à tampon, tout ce qu'on a pu trouver). On en dépose sur les trous, qu'on souffle pour éviter qu'ils soient remplis. On sèche au décapeur thermique, et on nettoie le surplus délicatement.

• Test #1: on tente sur une plaque complete: semble ok là ou il y avait de l'encre en surface, & aussi dans les trous
• Test #2: test du niveau de courant adéquat...
• Test #3: Vias 0.8 : sur 6 vias, seul un est OK (eg 8ohm)... ce qui semble indiquer que la méthode peut peut être fonctionner, et qu'il serait intéressant de continuer les investigations !

En fait, manifestement l'encre testée est pourrave: elle ne laisse pas de trace, et donc ne "colle" pas le graphite. En prenant de la peinture acrylique de modélisme, ca donne de bien meilleurs résultats coté activation/dépot de graphite:

• tous les vias du 2e batch de tests ont été activé & platé plus ou moins bien (au pire: de l'ordre de 10^5 ohm: mauvais mais pas non connecté)
• certains vias ont été très bien platé (résistance inférieure à 1 ohm ; la meilleure valeur mesurée est à 25mOhm - avec un vrai ohm mètre de précision, mesure 4 points.