Circuits imprimés : comment les concevoir et les protéger ?

Très souvent, dans un projet d’électronique, la conception d’une carte contenant un circuit imprimé est une étape centrale qui requiert minutie et efficacité. Cependant, il arrive qu’un autre module du projet retienne notre attention. Il en résulte ainsi qu’on accorde qu’une place secondaire à la conception du circuit imprimé. Finalement, le passage de la modélisation à la réalité pourrait être catastrophique par manque de consécration de temps et d’efforts ciblés à la conception de votre circuit imprimé. Qu’est-ce qui permet de concevoir une carte qui est réaliste en théorie comme en pratique ? Cet article présente quelques étapes de la conception à connaître pour concevoir un circuit imprimé fiable, fonctionnel et pratique.

Circuit imprimé : des pistes de cuivre sur une plaquette isolante

Un circuit imprimé est avant tout un circuit électrique dont les composants et conducteurs sont intégrés à une structure mécanique. Ces conducteurs sont composés des pistes de cuivre, des pastilles, des dissipateurs thermiques et aussi des plans conducteurs. La structure mécanique est mise au point à partir d’un matériau isolant sous forme de lame entre plusieurs couches formées d’un matériau conducteur. La structure principale est plaquée, puis couverte d’un masque de soudure non conducteur et d’une sérigraphie, qui montre l’emplacement des composants électroniques sur la carte. Vous pourriez en apprendre davantage sur la carte de circuit imprimé en vous rendant sur ce site.

 

 

Quelques étapes pour la conception des circuits imprimés

La conception d’un circuit imprimé ne peut se faire sans une ligne directrice bien établie d’avance.

Ainsi, voici pour vous quelques étapes de conception de circuit imprimé.

Étape1 : Le matériel

Pour réussir à créer un circuit imprimé, la première étape consiste à réunir le matériel nécessaire. Il s’agit notamment de :

  • Boîte d’exposition ;
  • Époxy pré sensibilisé ;
  • Solution d’étain (facultative, mais recommandée) ;
  • NaOH (hydroxyde de sodium) ;
  • FeCl3 ;
  • Acétone (vous pouvez le trouver dans un supermarché).

Étape 2 : Dessin du circuit imprimé

Cette étape est valable dans le cas où vous n’auriez pas encore le schéma de votre circuit. Mais, si vous avez déjà la conception de celui-ci dans un fichier, vous pouvez ignorer cette étape.

Plusieurs personnes du domaine utilisent des logiciels pour dessiner leurs circuits imprimés. Le plus important est que vous puissiez exporter votre dessin dans un fichier PDF, car celui-ci conserve sa taille réelle. Ainsi, si vous imprimez ce fichier à l’échelle 1:1, vous ne rencontrerez aucun problème de dimensions après l’impression.

Étape 3 : Impression de l’œuvre

Si le dessin du circuit imprimé est totalement prêt, alors imprimez-le sur des feuilles transparentes. Nous vous conseillons d’imprimer au moins 3 copies du dessin ; vous obtiendrez de meilleurs résultats, car l’opacité sera meilleure lors de l’exposition.

Étape 4 : Configuration des produits chimiques

  • Pendant ces étapes, portez des gants, travaillez dans un endroit bien ventilé et portez une paire de lunettes de protection. Vous allez manipuler des bases fortes et des acides. Certains d’entre eux s’évaporent facilement. Nous vous conseillons également de porter une blouse de laboratoire ou de vieux vêtements, car une tache de chlorure de fer ne peut être nettoyée. Elle laisse une couleur jaune-marron pas très plaisante.
  • Il ne faut jamais verser de liquides contenant des métaux dans l’environnement ni utiliser une bouteille de déchets chimiques.
  • Préparez un bain de liant d’hydroxyde de sodium (concentration 15g/L). Laissez-le reposer à la température ambiante.
  • Préparez un autre bain avec une solution de chlorure de fer III (FeCl3).
  • Si vous souhaitez accélérer le processus, vous devez catalyser la réaction entre l’acide (FeCl3) et le cuivre de la carte. Vous ne devrez pas chauffer la solution de chlorure de fer III. Pour ce faire, utilisez un bain d’eau chaude. Sans cela, le résultat ne serait pas celui qui est l’idéal.
  • Chauffez l’eau dans une chaudière à une température d’environ 80 ° C. Une fois qu’il est chaud, versez l’eau dans un récipient plus grand que celui en FeCl3. Placez le bain FeCl3 dans celui d’eau chaude.
  • Préparez également un bain d’eau (l’eau distillée est préférable) pour laver la carte entre chaque étape. C’est aussi une bonne idée de garder le papier absorbant à côté de vous. Lorsque vous lavez le circuit imprimé, absorbez-en de l’eau pour ne pas diluer le prochain bain.

Étape 5 : Exposition de la carte imprimée

C’est à cette étape que vous allez configurer la boîte d’exposition aux rayons UV.

  • Prenez le premier dessin de la carte imprimée et fixez-le à la vitre avec du ruban adhésif. (Faites attention à l’orientation de l’œuvre !)
  • Ajoutez ensuite le deuxième et ensuite le troisième motif au premier afin d’améliorer l’opacité. Cette astuce empêchera les rayons UV de traverser les lignes noires du motif.
  • Vous êtes prêt. Vous travaillerez avec une résine photosensible. Vous devez donc travailler dans un endroit où la luminosité est réduite jusqu’à ce que le circuit imprimé soit développé. Prêt à commencer ? Mettons-nous-y donc!
  • Retirez soigneusement le film protecteur du circuit imprimé. Placez le côté sensible dans le motif et fixez-le avec du ruban adhésif. Mettez tout cela dans la boîte d’exposition, le côté sensible face aux tubes UV et fermez la boîte.
  • Ne l’allumez plus entre 2h et 2h 30min. Pendant ce temps, mettez des gants et des lunettes de protection pour vous protéger des produits chimiques. Une fois le temps écoulé, éteignez le boîtier d’exposition, ouvrez-le et prenez le circuit imprimé.

Étape 6 : Développement du circuit imprimé

À cette phase, vous avez essentiellement deux pas à poser.

  • Le premier consiste à placer la carte du circuit immédiatement dans le bain d’hydroxyde de sodium, sensible vers le haut. Vous devriez immédiatement voir une couleur bleu-violet (parfois grise) pénétrer dans l’hydroxyde de sodium. Secouez lentement le bain jusqu’à ce que vous voyiez bien le dessin.
  • Et le second consiste à laver le circuit imprimé dans le bain-marie.

Étape 7 : Gravure du circuit imprimé

À ce stade, le circuit imprimé n’est plus du tout photosensible, vous pouvez rallumer les lampes !

Maintenant, placez la carte imprimée en cuivre face à l’air dans le bain d’acide (FeCl3) et secouez-le lentement. La solution doit toujours passer à la réaction. (Environ 20 « à 40′ en fonction de la température du bain-marie, de la surface de cuivre à dissoudre et de la concentration de la solution de FeCl3.)

Lorsque tout le cuivre a été dissous par l’acide, retirez la carte, lavez-la dans un autre bain-marie et séchez-la.

Étape 8 : Lavage du circuit imprimé

  • Vous devez maintenant retirer la résine restante sur le circuit. Pour ce faire, placez la carte dans un bain d’acétone. L’acétone deviendra violette. (Environ 10-20min) Le cuivre est désormais exposé.
  • Ensuite, lavez la carte dans l’eau et vous en avez terminé !

Étape 9 : Étamage de la carte

Ici, c’est l’avant dernière étape, et elle facultative. Mais nous vous recommandons de ne pas la négliger, car cela vous aidera à souder des composants et à prévenir la corrosion. Elle ne consiste pas en grande chose. Vous avez juste à placer le circuit imprimé dans un bain vide et y verser un peu de solutions de chlorure d’étain II. Il va s’étendre naturellement sur le circuit.

Bravo, vous venez de fabriquer un circuit imprimé professionnel. Enfin presque !

Étape 10 : Perçage du circuit imprimé

C’est ici la dernière étape où vous aurez à passer au perçage du circuit imprimé. Ainsi, utilisez un foret vertical et un foret de 0,8 mm pour percer tous les trous. Si la broche du composant est trop grosse pour être traversée, utilisez un foret de 1,2 mm pour agrandir le premier trou. (Commencez toujours par le foret le plus petit dont vous disposez, pour percer un trou précis ! C’est très important !)

Et votre circuit imprimé est terminé !

Si tout ceci vous parait complexe, nous vous conseillons de découvrir une autre méthode réalisable avec une imprimante laser ou d’une photocopieuse !

Comment protéger les cartes de circuits imprimés

Les cartes de circuit imprimé sont incorporées dans presque tous nos appareils électroniques. De nos smartphones au four à micro-ondes, les cartes de circuit imprimé assurent leur rôle de support central. Le type exact de circuit imprimé varie en fonction de l’application : certains ont plusieurs couches, d’autres sont flexibles. La plupart des cartes de circuit imprimé ont en commun une méthode de protection contre l’environnement. Voici pour vous quelques méthodes qui vous aideront à préserver un circuit imprimé.

  • Le revêtement conforme

Il existe quelques options en matière de protection des circuits imprimés. Le plus courant est le revêtement conforme, dans lequel le circuit imprimé est recouvert de telle sorte que les traces de cuivre soient généralement recouvertes d’un revêtement de couleur rouge ou verte. Celui-ci protège la carte de la corrosion et empêche la brasure de s’écouler au mauvais endroit lorsque la carte est remplie. Pour l’appliquer, vous devez d’abord masquer le circuit imprimé afin d’éviter que les plaquettes de cuivre ne soient recouvertes.

Après cela, le revêtement est appliqué par diverses méthodes telles que la pulvérisation ou le trempage. Dans certains cas, le revêtement conforme peut être appliqué sur une carte après son remplissage, de sorte que les composants soient également revêtus. Ceci est fait quand une protection environnementale extrême est nécessaire, comme dans un environnement marin. Mais il existe également d’autres méthodes aussi bien efficaces.

  • La méthode qui consiste à englober la matrice brute

Une autre méthode utilisée pour protéger les composants électroniques est appelée « globe top ». Elle est généralement utilisée lorsque de grandes quantités sont fabriquées. Cette méthode est utilisée lorsque la puce en silicium est placée directement sur le circuit imprimé, car elle réduit le coût d’emballage du circuit intégré. Pour protéger la matrice brute, un globe de matériau d’encapsulation est placé sur le dessus. Cela apparaît généralement sous forme de goutte noire sur le circuit imprimé.

  • Le rempotage et l’encapsulation

Le rempotage et l’encapsulation d’une carte de circuit imprimé impliquent de recouvrir complètement la carte de circuit imprimé rempli d’une résine ou d’un revêtement époxy de manière à ce qu’il soit complètement scellé. Cette méthode présente plusieurs avantages.

L’un des avantages est que le circuit imprimé et ses composants sont complètement protégés de l’environnement, y compris des chocs et des vibrations, ainsi que des problèmes de corrosion. Le rempotage d’un circuit imprimé fournit également un niveau de sécurité contre la copie du dessin source. Il existe des composés d’encapsulation conçus pour être difficiles à éliminer et opaques afin qu’aucune information ne puisse être extraite. Il est également possible d’améliorer la sécurité en empotant une carte de circuit si des tensions dangereuses sont présentes sur la carte.

Par ailleurs, le Blog d’Altium développe de façon claire et pratique comment le placement et le routage des composants peuvent aider à protéger vos circuits imprimés par rapport à l’électricité statique. Nous vous conseillons de vous rendre sur ledit site pour découvrir comment cela marche étant donné que nous ne l’avons pas abordé ici.

Quelques effets négatifs de la protection des cartes de circuit imprimé

Certains facteurs négatifs liés à l’encapsulation d’une carte de circuit incluent l’augmentation du poids du matériau d’empotage. L’encapsulation rend également la réparation peu pratique, voire impossible. La chaleur est un autre problème en fonction de la conception du circuit et du composé utilisé. Bien que la plupart des encapsulant retiennent la chaleur, il existe des composés spéciaux contenant des oxydes métalliques conçus pour conduire la chaleur et qui peuvent réduire ou éliminer les problèmes de chaleur.

En règle générale, l’encapsulation est réalisée lorsque des chocs et des vibrations élevés peuvent causer des problèmes aux engins tels que des véhicules automobiles ou des véhicules aérospatiaux.

Ces méthodes peuvent être très efficaces lorsqu’elles sont utilisées correctement. Bien que les méthodes varient en ce qui concerne leur implication et leur réalisation, à peu près toutes les cartes de circuit imprimé possèdent une forme de protection contre les problèmes environnementaux. Dans certains cas, un circuit imprimé peut même utiliser plusieurs méthodes, par exemple un circuit imprimé avec un sommet supérieur recouvert d’un revêtement conforme sur la carte et ensuite encapsulé.

Vérifier votre travail

Il est facile de se laisser dépasser alors que vous vous approchez de la fin de votre projet de conception. Cependant, le fait de vérifier plusieurs fois l’absence d’erreurs dans votre travail à ce stade est gage d’une grande différence entre une production réussie ou ratée. Pour vous aider à réussir ce processus de contrôle de la qualité, nous vous conseillons de toujours commencer par une vérification des règles électriques (ERC) et une vérification des règles de conception (DRC) afin d’avoir la certitude que vous avez respecté toutes les contraintes que vous vous êtes imposées. Avec ces deux systèmes, vous aurez la facilité d’appliquer les règles dédiées de fabrication, les exigences concernant un design comportant des signaux rapides, les largeurs d’isolation, les largeurs de pistes et les courts-circuits.

La meilleure connaissance des méthodes de conception d’un circuit imprimé est d’une grande importance en ingénierie électronique. Mais, l’application de ces bonnes pratiques de conception est essentielle pour réussir. Ainsi, ces étapes de conception vous serviront de base pour améliorer vos pratiques fabrications des circuits imprimés. Par ailleurs, attachez un grand prix à la protection de vos circuits dès lors que vous les réalisez. Nous avions beaucoup parlé des méthodes de protection dont vous pouvez vous servir pour y arriver.

Manuel
News Reporter
Un peu geek sur les bords, j'aime tout ce qui est lié aux nouvelles technologies, au point d'en avoir fait un blog !

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