PCB présensibilisés : guide définitif de conception et fabrication

Les circuits imprimés (PCB) sont l'épine dorsale de tout appareil électronique. Comprendre leur fonctionnement est primordial pour les apprenants de la fabrication PCB et même les techniciens de réparation les plus expérimentés. Un PCB typique contient de nombreux composants passifs et actifs avec des connexions via quelques pistes sur le circuit. Il existe deux types principaux de PCB : les PCB traditionnels et les PCB présensibilisés. Ce guide aborde ce qu'impliquent les PCB présensibilisés, leur processus de conception et fabrication, comment en graver un, et les avantages qui les accompagnent.

Qu'est-ce qu'un PCB présensibilisé ?

Un PCB, aussi appelé circuit imprimé, remplit deux fonctions principales pour le fonctionnement d'outils automatisés : c'est un support pour monter les composants et assure la connectivité électrique entre eux.

Il existe différents types de PCB sur le marché. Mais qu'est-ce qu'un PCB présensibilisé ? PCB conventionnels et PCB présensibilisés. Un PCB présensibilisé est un PCB fabriqué en usine ou professionnellement dont la surface est revêtue d'une émulsion photosensible.

Aujourd'hui, presque tous les produits électroniques du marché utilisent des PCB présensibilisés. Ce sont l'un des dispositifs électroniques les plus courants utilisés dans de nombreux composants électroniques actuellement en vente.

Processus de conception et fabrication

Pensez-vous à créer votre PCB comme le font les entreprises professionnelles ? Avez-vous un projet électronique en tête ? Si oui, détendez-vous, vous êtes au bon endroit. Voici un guide étape par étape pour créer votre PCB. Commençons !

2.1 Articles à acheter

Vous sentez-vous prêt à créer votre PCB présensibilisé ? Voici ce qu'il faut acheter :

• Boîte d'exposition UV
• Forets
• FeCl3 (chlorure de fer III)
• NaOH (hydroxyde de sodium)
• Lunettes de protection
• Solution d'étain
• Époxy présensibilisé
• Alimentation électrique
• Blouse de protection
• Minuteur
• Seaux pour produits chimiques
• Soudure

2.2 Dessinez votre PCB

En supposant que vous ayez le design envisagé pour votre produit fini (PCB présensibilisé), passez à l'étape suivante. Sinon, continuez.

Le logiciel Proteus est souvent utilisé pour dessiner les PCB, mais Fritzing est une excellente alternative. L'avantage est qu'il devient facile d'exporter le design dessiné en fichier .pdf.

Beaucoup préfèrent exporter en PDF car un fichier PDF maintient la taille réelle, signifiant qu'à l'échelle 1:1, vous n'aurez pas de problèmes d'échelle après impression.

2.3 Impression de l'artwork

Maintenant que les feuilles transparentes ont votre design PCB, imprimez au moins trois copies de votre artwork. Pourquoi ? Cela assure de meilleurs résultats car l'opacité se transmet correctement à l'étape suivante.

Il peut être nécessaire de miroiter votre image, assurant que tous les textes apparaissent correctement sur les feuilles transparentes. Pour imprimer le circuit souhaité, vous devrez peut-être activer uniquement le Top Layer, Dimension, Vias et Pads.

Après avoir correctement complété l'étape ci-dessus, le layout est prêt à travailler.

2.4 PCB présensibilisé – Configuration chimique

La configuration chimique est l'une des étapes les plus critiques où vous devez faire preuve de grande prudence. Vous devez porter gants de protection, lunettes et assurer une bonne ventilation de votre zone de travail.

Pourquoi ces précautions ? À ce stade, vous manipulerez des acides et bases forts, certains s'évaporant rapidement. Comme une tache de chlorure de fer est difficile à nettoyer, portez une blouse de laboratoire pendant cette procédure.

Après cette étape, préparez une autre solution de Chlorure de Fer III (FeCl3). Pour accélérer la réaction, vous pouvez catalyser la réaction du cuivre et de l'acide (FeCl3). Sans cela, les résultats pourraient être décevants.

Enfin, préparez un bain d'eau ; un bain d'eau distillée est préférable pour laver votre PCB entre toutes les étapes. Gardez du papier absorbant à portée de main pour drainer l'excès d'eau de votre PCB après lavage.

2.5 Exposition du PCB

La boîte d'exposition UV doit être configurée. Cela bloquera les rayons UV de traverser les lignes noires de votre design. Ensuite, fixez soigneusement votre premier artwork avec du ruban adhésif sur la vitre. Puis ajoutez soigneusement les designs restants, améliorant l'opacité globale.

Une fois terminé, vous travaillerez avec une résine photosensible, nécessitant un espace à luminosité réduite.

Avec beaucoup de précaution, retirez le film protecteur du PCB en plaçant les faces sensibles en position, sans oublier de le fixer sur un site avec du ruban. Assurez-vous de les placer tous dans la boîte d'exposition, face sensible vers les tubes UV. N'oubliez pas de sceller.

Ensuite, réglez sur 2' à 2'30'' sans dépasser. Pendant ce temps, portez des gants et une fois le temps écoulé, éteignez la boîte d'exposition et récupérez votre PCB.

2.6 Développement du PCB

Placez votre PCB dès que possible dans un bain d'hydroxyde de sodium, face sensible vers le haut. Immédiatement, une couleur bleu-violet apparaît, parfois grise.

Secouez doucement le bain pour que le design soit visible vers 30" à 60". Ensuite, placez le PCB dans le bain d'eau et lavez-le.

2.7 PCB présensibilisé – Gravure de votre PCB

Ici, la photosensibilité de votre PCB n'est plus minimale, vous pouvez allumer les lumières. Placez soigneusement votre PCB face cuivre vers le haut dans le bain d'acide FeCl3 en l'agitant doucement.

La solution doit être en mouvement pour permettre la réaction. Vers 20' à 40' – selon la température du bain d'eau, la surface de cuivre se dissoudra. Retirez immédiatement votre PCB, rincez-le dans un bain d'eau séparé, puis laissez-le sécher.

2.8 PCB présensibilisé – Lavage de votre PCB

La résine restante collée au circuit a besoin d'être grattée. Pour faciliter, placez le PCB lentement dans un bain d'acétone, et si vous êtes attentif, vous verrez l'acétone jaunir.

Vers 10" à 20", le cuivre restant est exposé. Maintenant, placez doucement le PCB dans l'eau et frottez-le.

2.9 PCB présensibilisé – Étamage de votre PCB

L'étamage est optionnel, mais recommandé car il sera utile, surtout si vous soudez vos composants et voulez éviter la corrosion qui pourrait endommager votre PCB.

Pour ce faire, placez le PCB presque prêt dans un bain vide en saupoudrant doucement une solution de chlorure d'étain II dessus.

Si vous avez terminé l'étape ci-dessus, vous avez seul fabriqué un PCB présensibilisé prêt à l'emploi.

2.10 Perçage du PCB

Utilisez une perceuse verticale avec un foret de 0,8 mm pour percer tous les trous de votre PCB. Cependant, quelques cas peuvent nécessiter un foret plus grand pour certains composants.

Si vous rencontrez ce scénario, ne paniquez pas. C'est courant. Si le composant est trop gros, un foret de 1,2 mm permet d'élargir le premier trou. Encore une fois, prudence nécessaire.

Comment graver les PCB présensibilisés

La gravure PCB est l'une des étapes les plus vitales du traitement chimique soustractif. Ce processus consiste à retirer le cuivre pour obtenir les motifs de circuit désirés. Pour la gravure PCB, vous devez retirer tout le cuivre sauf le circuit protégé par l'étamage, crucial lors du traitement précédent.

Graver des PCB présensibilisés peut sembler complexe, mais ce n'est pas si difficile. Après avoir rassemblé tous les matériaux, imprimez le layout puis commencez par imprimer votre layout de circuit. Pour que tout sorte comme souhaité, écrivez le design sur un matériau transparent comme l'acétate.

L'impression sur acétate doit se faire avec une imprimante laser, pas une jet d'encre ordinaire. L'encre laser sur acétate ne colle pas et n'apporte pas de résultats indésirables.

Un toner d'imprimante laser fera l'affaire. Si vous n'avez pas d'imprimante laser chez vous, cherchez le photocopieur le plus proche et demandez une photocopie sur acétate.

Les solutions de gravure locales comme le chlorure ferrique sont en poudre ou solution. Le révélateur vient en poudre à dissoudre à l'eau chaude, et vous avez un révélateur PCB universel ! En cas de poussière, même processus avec le révélateur, et votre circuit est prêt.

PCB présensibilisé – Photorésist UV

Le photorésist ultraviolet est l'une des caractéristiques les plus critiques dans le développement de film sec. C'est une réaction chimique simple initiée par la lumière UV, d'où son nom de photorésist activé par UV.

Le processus commence par le revêtement du substrat avec un matériau organique photosensible. Un solvant appelé révélateur est soigneusement appliqué sur la surface. Ensuite, un matériau structuré est appliqué lentement pour bloquer la lumière, assurant que seules les régions non masquées du PCB sont exposées à la lumière.

Dans un événement photorésist positif, le matériau photosensible est dégradé par la lumière. Le révélateur dissout les régions exposées, laissant un revêtement sur la zone masquée. Dans un événement négatif, le matériau est renforcé par la lumière. Le révélateur dissout les régions non exposées, laissant un revêtement où le masque n'atteignait pas.

Beaucoup de PCB présensibilisés et développeurs de film sec utilisent le même principe. Le circuit est revêtu d'une encre pigmentée bleue ou teinte similaire, stable en stockage dans l'obscurité et réagissant positivement à une solution activateur mélangée lors de l'exposition UV. La réaction provoque une fixation complète de l'encre sur le PCB jouant le rôle de photorésist.

PCB présensibilisé – Avantages des PCB présensibilisés

Plusieurs avantages sont associés aux PCB présensibilisés, en faisant le choix parfait pour de nombreux fabricants d'instruments, équipements et composants électroniques. Les avantages sont :

• Les PCB présensibilisés sont compacts et économisent beaucoup de fil. Ils utilisent des pistes en cuivre pour l'interconnexion au lieu de multiples câbles. Les interconnexions sont moins encombrantes.
• Les PCB présensibilisés sont simples à réparer en cas de dysfonctionnement. En cas de dommage, ils sont faciles à vérifier et remplacer les composants défaillants. Les composants et leurs polarités sont correctement conçus et clairement étiquetés.
• Les PCB traditionnels prennent beaucoup de temps pour connecter leurs composants. Les PCB présensibilisés prennent beaucoup moins de temps, c'est pourquoi beaucoup les préfèrent.
• Beaucoup de PCB présensibilisés sont immunisés au mouvement. La plupart des composants ont une prise ferme sur le circuit. La soudure empêche tout mouvement quel que soit le mouvement du circuit, ils sont stables.
• Ils sont très fiables par rapport aux PCB conventionnels. Pour la fiabilité et la performance, les PCB présensibilisés offrent les meilleurs résultats, c'est pourquoi de nombreux fabricants électriques les préfèrent aux PCB traditionnels.

Conclusion

Récemment, l'utilisation des PCB présensibilisés semble augmenter massivement. Premièrement, fabriquer ces dispositifs n'est pas aussi compliqué qu'il n'y paraît, à condition de suivre soigneusement toutes les étapes nécessaires du début à la fin. Outre la conception et la fabrication, il y a plusieurs avantages associés aux PCB présensibilisés ; comme mentionné, de nombreux fabricants électroniques mondiaux les préfèrent aux PCB conventionnels. Les PCB présensibilisés peuvent être un excellent circuit d'essai pour expérimenter grâce à leur faible coût et peu d'étapes de fabrication. Chez WellPCB, nous sommes très impatients de travailler avec vous et de livrer votre commande de PCB présensibilisé !