Faire un circuit imprimé

Un montage électronique se réalise sur un circuit imprimé, c'est-à-dire un support isolant, de type verre époxy, sur lequel des pistes de cuivre exécutent la quasi totalité des connexions entre les composants qu'il supporte. Comme faire un circuit imprimé ? Plusieurs méthodes.

Pourquoi faire un circuit imprimé ? Les solutions alternatives

Tout d'abord la question à se poser est : "dois-je faire un circuit imprimé ?". En effet, si vous voulez simplement faire un prototype, il n'est pas forcément indispensable de perdre beaucoup de temps à étudier, dessiner et graver un circuit imprimé. Il existe des solutions alternatives :

La plaque pastillée : c'est une plaque d'époxy ou de bakélite sur laquelle sont fixées des pastilles de cuivre percées. On enfiche les composants sur la plaque, côté isolant, puis, côté pastilles, on soude ou on wrappe des fils recréant le circuit que l'on veut réaliser (l'époxy ou le Verre/Téflon ou céramique est impératif en HF).
La plaque à bandes cuivrées : c'est presque le même principe, si ce n'est que les liaisons entre composants sont réalisées par les bandes de cuivre, et l'on coupe ses bandes lorsqu'on ne désire pas que la liaison existe.
La "gravure anglaise" : C'est la méthode la plus simple à mettre en œuvre car elle permet beaucoup de modifications. Elle consiste à prévoir l'emplacement des composants puis creuser des "canaux" entre les pistes les reliant. On crée ainsi des îlots reliant entre eux les composants, en retirant un minimum de cuivre (avec une petite fraise par exemple) et si l'on veut rajouter un composant en série, il suffit de couper en deux un îlot et poser ce composant entre les deux nouveaux îlots. On peut même ensuite, utiliser ce procédé pour graver en série soit par électrochimie plus difficilement par fraiseuse numérique. Il faut compter environ 1 matinée pour faire 4 petits circuits de 8cm x 10cm de classe 3 en fraisage.

Création d'un circuit imprimé par gravure chimique

Il faut en premier étudier l'implantation des composants sur le futur circuit et les relier par des pistes. Ce travail est maintenant facilité par des logiciels spécialisés que l'on peut trouver sur Internet (KiCad).
Deux possibilités s'offrent ensuite à vous, soit la méthode manuelle soit la méthode par photogravure.

La méthode manuelle

La méthode manuelle consiste à préparer la plaque cuivrée en en retirant la couche d'oxydation de la face cuivrée, par abrasion (un produit de nettoyage pour salle de bain, type "crème à récurer" convient parfaitement en association avec une brosse à ongles) ou un flux pour machine d'étamage à base d'acide Chlorhydrique fait mieux le travail et quasiment sans effort.
Lorsque le cuivre de la plaque est devenue brillant (le cuivre est à nu, mais sans rayures), rincez abondamment et essuyez la plaque avec un mouchoir en papier en prenant garde de ne pas poser les doigts sur la face cuivrée.
Ensuite, poser les pastilles et les bandes les reliant en utilisant des feuilles "transfert" prévues à cet usage. Prenez toujours garde à ne pas mettre vos doigts sur la plaque, (en utilisant une feuille de papier pour isoler votre main du cuivre), ces traces en oxydant la plaque risqueraient de créer des ponts entre les pistes car elle empêcheraient l'attaque par l'acide.

La méthode avec une plaque "pré-sensibilisée":

Ces plaques comportent un film noir couvrant la face cuivrée. Cette méthode est différente puisqu'elle ne nécessite pas de décapage du cuivre, mais une exposition aux rayons ultra-violets, avec interposition d'un film sur lequel est déjà imprimé le circuit. Pour de telles plaques, la procédure est détaillée avec votre "matériel d'insolation" UV.
Cette technique nécessite ensuite une phase de révélation du circuit (dans un bain de "révélateur" spécifique). Ensuite la plaque est traitée comme dans le tracé manuel.

La gravure chimique

Il faut préparer un bain de gravure dans un bac à graver ou une machine à graver. Ce bain était composé de perchlorure de fer, ou persulfate d'ammonium moins salissant, voire acide chlorhydrique + eau oxygénée à 130 volumes pour ceux qui savent manier des produits chimiques hautement corrosifs.
La plaque à graver y sera soit plongée soit fixée de telle façon que le produit actif soit projeté sur la face cuivrée.
Le bain pourra être chauffé 40 - 50°C, remué, aéré par un bulleur, ou pulvérisé afin d'en accélérer l'attaque.
Le contrôle de l'état d'avancement de la gravure peut se faire par transparence, en plaçant un éclairage derrière le bac et en vérifiant qu'il ne reste plus de cuivre entre les pistes.
La gravure décrite ici est une gravure pour "amateur" et en simple face. On peut faire du "double face simple" en retournant la plaque et en exposant à l'insoleuse l'autre coté. Les insoleuses pro insolent les deux cotés simultanément. "Double face simple" = circuit double face simplifié aux niveaux des vias (vias accessibles, réalisés par une queue de composant soudée des deux cotés de la carte) et simplifié au niveau de la couche composants pour ne pas avoir de départ de piste nécessitant une soudure irréalisable sur la face composants. On peut à la limite en superposant des "doubles faces simples" augmenter les couches, mais attention aux raccordements entre les couches !
La gravure en vrai double face (voire en multicouches) - classes de circuits 4 à 7 - devra être confiée à un laboratoire professionnel car elle demande des techniques hors de portée de l'amateur.
Lorsque les pistes sont bien séparées et qu'il ne reste plus de cuivre "à découvert", il faut minutieusement et abondamment rincer la plaque pour arrêter le processus d'attaque chimique. On retire aussi les bandes et pastilles (la méthode de la crème à récurer peut encore être utilisée, suivie d'un rinçage et d'un essuyage), ou on utilise de l'acétone pour le vernis photosensible.
Une phase facultative peut être rajoutée ici, c'est celle de l'étamage à froid réalisée par trempage ou par passage d'un coton imbibé de la solution spécialement prévue à cet effet (du temps des développement argentique en photographie, le révélateur usé et saturé en argent pouvait être utilisé de la même façon pour créer une "argenture" à froid.)
Cette dernière phase est suivie d'un rinçage minutieux et d'un essuyage.
Le circuit est enfin prêt à être percé ou directement utilisé en cas de "montage en surface des composants" (utilisation de CMS).
Après perçage on peut décaper la carte avec un flux qui améliorera l'accroche de la soudure et on soudera les vias (double face simple) et les composants.
Après les tests de fonctionnement on peut vernir la carte pour la protéger, bien plus efficacement qu'un étamage chimique, qui s'oxyde en 1 an à peine.