Gravure des circuits imprimés

0 - Avant de commencer

Je vais expliquer ici comment graver vos propres circuits imprimés par des méthodes photographiques. Avertissement d'usage : les produits chimiques utilisés sont tous dangereux à des degrés divers, il est important de lire les fiches toxicologiques avant de les utiliser. Lors des diverses opérations porter un équipement de protection est obligatoire. Vous pouvez décider de ne pas le faire et de voir par vous même ce que fait la soude aux doigts après quelques heures, ou encore la sensation qu'on a après s'être pris un éclat de résine époxy à 5mm de l'oeil, ou bien vous pouvez me croire sur parole : j'ai déjà fait l'expérience pour vous :-).

• Soude
• Perchlorure de fer
• Acide chlorhydrique
• Peroxyde d'hydrogène
• Acétone

Une magnifique paire de gants résistants aux produits chimiques, de plus ils sont idéaux pour sortir en soirée

Une paire de lunettes de protection, fait fureur avec l'accessoire précédent

Un masque anti particules (bloque uniquement les particules d'usinage des plaques, pas les gaz)

1 - Le typon

La première étape nécéssaire à la gravure photographique est la réalisation d'un typon. Pour celà il y a plusieurs solutions, tout d'abord si vous recopiez un schéma d'une revue le plus simple est d'utiliser une photocopieuse et de reproduire le typon sur un transparent spécial laser, ou bien une simple feuille de papier de faible grammage. Si le schéma est simple il est également possible d'utiliser des tranferts 'mécanorma', je pense que tout le monde est passé par là au moins une fois ;-) Dans ce cas armez-vous de votre cutter préféré et de pas mal de patience.

Deuxième solution, vous réalisez vos propre circuits. Là encore vous pouvez utiliser des transferts mecanorma, mais dès que le circuit devient un peu complexe cette solution est à abandonner. Je vous conseille d'utiliser un logiciel de conception sur ordinateur, ce qui facilite le travail et le rend beaucoup plus rapide une fois qu'on l'a bien pris en main, de plus les erreurs sont faciles à corriger, le dessin est plus "propre", et ces logiciels offrent des fonctions non faisables à la main, comme des plans de masse. Personnellement j'utilise Eagle, il est gratuit pour un usage non commercial, la seule limitation étant la taille des plaques qui ne peuvent pas dépasser 100x80 mm, ce permet déjà de faire de beaux circuits.

Pour l'impression du typon, vous pouvez utiliser des transparents spécial imprimante, ou bien simplement du papier de faible grammage (<80), pour lequel j'obtiens de bons résultats avec une imprimante laser. Si le noir est trop peu opaque, superposez plusieurs couches, ou bien faites une photocopie du typon en poussant le contraste de façon a avoir un noir le plus profond possible.

2 - Préparation de la plaque de cuivre

Avant de vous lancer dans l'insolation il faut préparer la plaque sur laquelle votre circuit sera imprimé. Il en existe plusieurs sortes, pour la méthode photographique il faut une plaque présensibilisée, il en existe en epoxy ou bakélite, la bakélite étant beaucoup plus facile à découper surtout si vous n'avez pas de massicot.

Pour découper la plaque sans massicot faites la chose suivante : dessinez sur le coté cuivre (sans enlever la protection) le contour de votre typon, puis venez tracer un sillon sur ce contour à l'aide d'une règle et d'un cutter. Ensuite il ne reste plus qu'à casser la plaque ce qui devrait se faire selon ces lignes. Pour une plaque epoxy assurez vous de faire un sillon suffisamment profond sans quoi il vous faudra énormément forcer pour la casser, l'époxy a un résistance mécanique impressionante car c'est un composite de fibres de verre.

Vous pouvez également découper la plaque à la dremel ou à la scie, dans ce cas évitez de respirer les poussières libérées par l'epoxy.

Prévoyez quelques millimètres en plus de la taille du typon pour faciliter le positionnement par la suite.

Dernière étape avant de poursuivre, ébarbez soigneusement le bord des plaques, pour que le typon puisse bien se plaquer sur le cuivre :

Avant ébarburage

Après ébarburage

3 - L'insolation

Une fois la plaque préparée, il faut procéder à l'insolation. Mettez tout d'abord le typon à plat contre la plaque de verre de l'insoleuse, "à l'envers", les éventuelles inscriptions doivent apparaitre inversées quand on regarde d'au dessus. Ensuite, enlevez la feuille de plastique protegeant la face sensible de la plaque cuivrée, et mettez la sur votre typon, cuivre au contact du typon. Il faut éviter de laisser la face sensible sans protection trop longtemps, surtout si la lumière du soleil peut frapper la plaque. La lumière artificielle ne génère pratiquement pas d'UV (sauf les hallogènes et lampes à incandescence >100W) donc il n'y a pas de problème.

Ensuite, insolez votre plaque avec de la lumière UV. Le temps nécéssaire dépend à la fois de la résine photosensible utilisée et de l'intensité de l'éclairage, donc il est difficile de donner une valeur, il vous faudra un peu expérimenter sur ce terrain. A titre d'indication en utilisant un typon en papier 80g/m² et la fameuse "valise" CIF en guise d'insoleuse, un temps de 3 minutes convient.

Une petite astuce pour assurer un plaquage du typon digne des insoleuses sous vide les plus high-tech : glissez une poche en plastique transparent légèrement gonflée sous le typon (par exemple un sachet 'zip' ou un coussinet utilisé pour l'emballage), de cette façon si la plaque de cuivre ou le verre de l'insoleuse ne sont pas parfaitement plans, le coussin assurera toujours un plaquage uniforme du typon. Dans tous les cas il faudra maintenir une pression sur la plaque de cuivre en posant dessus un objet lourd, un livre, un transfo etc ...

4 - La révélation

Il faut maintenant "révéler" la plaque, c'est à dire dissoudre la résine photosensible ayant été exposée aux UV, mais préserver les zones n'ayant pas été exposées, qui correspondent aux zones noires du typon, donc aux pistes. Vous comprenez maintenant pourquoi il faut un noir aussi noir que possible, c'est pour éviter que le révélateur n'attaque la résine des pistes ce qui serait catastrophique pour le circuit imprimé.

La révélation se fait grâce à une base forte, il existe des petits sachet contenant la quantité nécéssaire à dissoudre dans 1L d'eau, on peut les trouver dans n'importe quelle boutique d'électronique.

Cependant vous pouvez réaliser cette solution vous-mêmes, en effet ce n'est rien d'autre qu'une solution de soude. Vous trouverez dans tous les supermarchés de la soude en pastilles pour déboucher les éviers, ou bien de la lessive de soude. Attention pour la soude en pastilles "à froid", elle contient des petites particules d'aluminium qui risquent de contaminer la solution. La lessive de soude est préférable. La concentration exacte à obtenir est de 7g/L. Par exemple si vous utilisez de la lessive de soude à 36° soit 30.5% en masse, de densité 1.33, il faudra en mettre 7/0.305/1.33 = 17mL dans un récipient, puis compléter pour obtenir 1L de solution.

Trempez simplement votre plaque dans cette solution, vous verrez alors rapidement la résine s'enlever pour laisser apparaitre le dessin des pistes. Enlevez la plaque quand toute la résine a été dissoute, il ne doit absolument rien rester aux endroits qui ne comportent pas de pistes. Si nécéssaire frottez délicatement la plaque avec un cotton-tige ou votre doigt si vous avez des gants. Une fois la plaqué révélée, rincez-la abondamment à l'eau. Vous pouvez garder la solution tant qu'elle n'est pas saturée de dépots de résine.

Précautions : la soude est un produit dangereux, il est tentant de tremper ses doigts dans la solution pour récupérer la plaque, ne le faites pas. En effet la soude comme toute base forte donne une réaction de saponification sur les proteines lipidiques de vos cellules, ce qui les détruit. Contrairement à un acide vous ne ressentirez par de sensation de piqûre à moins d'avoir une plaie, mais l'effet sera retardé et vous le regretterez au bout de quelques minutes ou quelques heures. La solution utilisée ici est peu concentrée donc le danger reste tout de même faible.

Attention, n'utilisez pas le produit appellé "cristaux de soude", contrairement à ce qu'on pourrait croire ce n'est pas de la soude NaOH mais du carbonate de sodium Na2CO3 (+10 H20), ce qui ne convient pas ici.

5 - La gravure

Passons maintenant à la gravure proprement dite. Vous pouvez faire une pause à ce stade si vous voulez il suffit de garder la plaque en sécurité et à l'abri de la lumière.

La gravure consiste à ronger le cuivre aux endroits non protégés par la résine photosensible, il existe pour ce faire plusieurs méthodes utilisant des produits différents que je vais décrire.

a) Perchlorure de fer

C'est la méthode la plus classique. Ce produit chimique s'achète facilement dans les magasins d'électronique, aussi bien sous forme de bidons de produit liquide que sous forme solide en boulettes qu'il faut dissoudre dans la quantité adéquate d'eau. Le perchlorure de fer demande une agitation permanente pour bien agir, il faudra donc utiliser une graveuse à mousse ou à bulles. Si vous disposez d'une machine à jet c'est encore mieux car celà favorise une attaque perpendiculaire à la plaque ce qui permet de faire des pistes plus fines. Si vous n'avez pas du tout de machine un simple bac peut suffire, mais il faudra agiter à la main. Notez également que le perchlorure doit être légèrement chauffé à environ 40-50°C pour être efficace, mais pas plus. Le produit est relativement peu dangereux, par contre il est extrêmement salissant (vêtement tâché = vêtement à jeter), et peu respectueux de vos canalisations.

b) Persulfate d'ammonium

Là encore ce produit se trouve facilement en magasin d'électronique, je n'utilise pas cette méthode donc je ne ferai pas d'autre commentaire.

c) Acide chlorhydrique + eau oxygénée (peroxyde d'hydrogène)

Materiel : Eau oxygénée, Acide chlorhydrique.

Eau oxygénée achetée chez HMB-BDA, 8 rue de Prague 75012 Paris

Acide chlorhydrique

Cette méthode est moins courante, et cependant beaucoup plus efficace que les précédentes. Elle est par contre sensiblement plus dangereuse, c'est pourquoi vous ne trouverez pas la solution en magasin d'électronique et il faudra la faire vous-mêmes si vous voulez la tester. Il vous faudra vous procurer de l'acide chlorhydrique 23% (tous les supermarchés et magasins de bricolage) et de l'eau oxygénée 130 volumes (Leroy Merlin, magasins spécialisés pour antiquaires). Vous pourrez trouver également en pharmacie de l'eau oxygénée 110 volumes. Les proportions (obtenues expérimentalement) que j'utilise sont les suivantes : 3 volumes d'eau, 2 volumes d'acide chlorhydrique et 2 volumes d'eau oxygénée. vous pouvez utiliser de l'eau chaude pour que la réaction s'ammorce plus rapidement.

Dès que vous plongerez votre plaque dans la solution, il se produira un intense bouillonnement avec dégagement de chaleur, et le cuivre sera entièrement rongé en l'espace de quelques secondes. La solution reste limpide durant l'opération ce qui permet de voir facilement où on en est. Le gaz dégagé est de l'oxygène mais il faut tout de même procéder en milieu ouvert pour cette méthode. Inutile de recourir ici à une graveuse, un simple bac en plastique résistant ou en pyrex suffit.

Précautions : cette méthode est relativement dangereuse et vous ne devez l'utiliser que si vous savez exactement les dangers encourus. L'eau oxygénée en particulier est un produit extrêmement réactif, qui n'a rien à voir avec l'eau oxygénée 10 volumes de votre armoire à pharmacie. Elle était utilisée au milieu du siècle dernier comme réactif pour la propulsion des fusées. A prendre en compte également la très grande réactivité de l'eau oxygénée et des produits organiques. Ne conservez en aucun cas la bouteille d'eau oxygénée à proximité d'acétone, de white spirit ou de tout autre produit organique, la réaction donnerait lieu à une combustion spontanée, voire une explosion.

La solution H202 + HCl est transparente et incolore.

La réaction débute aussitôt qu'on plonge la plaque dans le bain.

Encore plus beau que l'eau de l'atoll de Mururoa.

La solution continue à pétiller après usage : on ne peut pas la conserver.

La plaque après gravure.

Il existe également d'autres procédés comme l'électrogravure que je développerai peut-être si jamais j'ai l'occasion de l'expérimenter.

Pour ces trois méthodes, il faut enlever la plaque quand tout le cuivre a été rongé, ce qui est très facile à voir. Rincez la plaque abondamment à l'eau une fois terminé.

6 - Dernières opérations

Matériel : Acétone, Etamag.

Acétone

Etamag

Vous pouvez maintenant enlever le restant de résine photosensible à l'aide d'un chiffon et d'un peu d'acétone :

Si vous n'avez pas d'acétone, la résine peut être également enlevée avec de la soude concentrée ou du papier de verre.

Pour obtenir un meilleur finish et faciliter la soudure, vous pouvez utiliser une solution d'étamage chimique, si la lecture de l'étiquette ne vous fait pas peur ... :

Evitez juste de le boire ou de vous en servir pour remplir votre aquarium

Quelques minutes de trempage

Résultat

Voilà! Vous avez maintenant votre plaque prête à être percée et soudée :-)