Circuits imprimés en pratique

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE

Dans la série

INITIATION

Michel Archambault, Formation pratique à l'électronique moderne Michel Archambault, Guide pratique des montages électroniques B. Fighiéra R. Knoerr, Pour s'initier à l'électronique Claude Galles, Astuces et méthodes électroniques Guy Isabel, électronique à la portée de tous (L'j (2 volumes) J.-P. Oehmichen, Apprendre l'électronique fer à souder en main J.-P. Oehmichen, Progressez en électronique René Râteau, Mes premiers pas en électronique

Dans la série

MONTAGES

ÉLECTRONIQUES

Jean Alary, Réalisations pratiques à affichages Led P. Bajcik P. Oguic, Electronique pour modélisme radiocommandé Francis Bernard, Montages didactiques J.-P. Braun B. Farraggi A. Labouret, cellules solaires (Les) Hervé Cadinot, Alarmes et sécurité Marc Couedic, Circuits intégrés pour thyristors et triacs B. Fighiéra R. Bessorr, Electronique auto et moto B. Fighiéra R.`Besson, Electronique jeux et gadgets B. Fighiéra R. Besson, Electronique laboratoire et mesures (2 volumes) B. Fighiéra R. Besson, Electronique protection et alarmes Claude Galles, Electronique pour camping-caravaning Patrick Gueulle, Alimentations à piles et accus Patrick Gueulle, Cartes à puces Patrick Gueulle, Circuits imprimés Patrick Gueulle, Montages à composants programmables Patrick Gueulle, Télécommandes Guy Isabel, Construire ses capteurs météo Guy Isabel, Détecteurs et autres montages pour la pêche Bruce Pétro, CMS (Les) René Râteau, Oscilloscopes Herrmann Schreiber, 75 montages à Led Herrmann Schreiber, infrarouges en électronique (Les) Christian Tavernier, Faites parler vos montages Christian Tavernier, Montages domotiques Jean-Luc Tissot, Electronique et modélisme ferroviaire Jean-Luc Tissot, Modélisme ferroviaire

JEAN ALARY

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE

£TSF EDITIONS TECHNIQUES ET SCIENTIFIQUES FRANÇAISES

© D U N O D , Paris, 1 9 9 9 ISBN 2 10 0 0 4 7 0 5 1

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TABLE DES MATIERES

CHAPITRE

1

2

3

4

PAC!

Avant-propos

1

Choisir la méthode adaptée à ses besoins

3

1.1

Investir en connaissance de cause

4

1.2

Les diverses solutions possibles

6

1.3

Procédé photographique ou n o n ?

12

1.4

Bien s'organiser

12

1.5

Les erreurs à ne pas commettre

20

Les outils et produits indispensables

29

2.1

Les accessoires fort utiles

30

2.2

Quelques produits chimiques incontournables

33

2.3

Choix des outils de perçage

36

2.4

Choix du support

42

Les gravures directes

45

3.1

Le « pelage >» et autres gravures mécaniques

46

32

Les feutres spéciaux

48

3.3

Les transferts

50

3.4

La sérigraphie

51

La séquence d'un circuit imprimé «amateur»

53

4.1

Tracé des pistes sur le cuivre

54

4.2

Graver, ou éliminer le cuivre inutile

55

4.3

Nettoyage

57

4.4

Protection des pistes

58

4.5

Perçage

59

4.6

Coupe et finition

60

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

5

6

7

8

Les méthodes photographiques

63

5.1

Confectionner un film

64

5.2

Insoler un support photosensibilisé

69

5.3

Révéler soigneusement

71

5.4

Ensuite

73

Les outils informatiques

77

6.1

Les logiciels

78

6.2

Le traçage

86

6.3

Le phototraçage

94

6.4

Quels documents fournir à un sous-traitant ?

104

Le double face

111

7.1

La solution *< amateur », ou prototypes

112

7.2

Des astuces pour tous

116

Sécurité et documents utiles

123

8.1

La sécurité avant tout

124

8.2

Quelques documents utiles

8.3

Conclusion

<

125 129

VI

AVANT-PROPOS

Réaliser soi-même ses circuits imprimés (à l'exception des circuits multicouches) est quasiment à la portée de tous, car même la métallisation peut être contournée par un dessin astucieux des pistes. Nous allons donc détailler ici des solutions éprouvées, car il faut bien avouer que certaines méthodes bien étranges parviennent trop souvent aux oreilles de l'auteur. Aussi, faire le point une bonne fois ne semble pas inutile. Il est étonnant, en effet, de constater que même certains professionnels adoptent des solutions coûteuses, voire ruineuses, pour arriver à des cartes dont les prototypes étaient réalisables en amateur pour une somme dérisoire, dans des délais rapides, et sans oublier un aspect très important : la confidentialité du projet ! 2

Pour avoir réalisé plusieurs centaines de m de PCB en trente années d'expérience, nous avons estimé pouvoir donner quelques astuces et conseils simples tant au débutant qui hésite à réaliser son premier circuit qu'au professionnel désirant lancer une série. On trouvera donc dans ces pages des méthodes pratiques ayant fait leurs preuves, une liste de produits magiques et incontournables pour obtenir d'excellents résultats, les erreurs à ne pas commettre, les règles de fabrication à partir des fichiers issus d'une CAO, mille astuces pour garder le sourire ou optimiser ses fabrications, sans oublier les règles de sécurité fondamentales. Que l'on grave son premier circuit dans une cuvette, ou que l'on veuille découvrir comment procéder pour ne faire métalliser que les trous utiles dans une série, tout sera détaillé clairement dans cet ouvrage. Bien entendu, l'aspect économique ne sera pas négligé, et quelques exemples chiffrés serviront à illustrer des écarts de coûts parfois très importants. Les sommes données à titre indicatif

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE

permettront de se faire une idée, par exemple, du budget à envisager pour une sous-traitance par de vrais professionnels. Le sérieux et la rigueur ne doivent jamais interdire un peu d'humour, et on trouvera dans cet ouvrage un exercice de routage, dont le défi est à relever (test Bartels). Enfin, si le « nous » est souvent utilisé dans ces pages, c'est par respect pour tous ceux qui - au fil des ans - ont partagé avec moi des expériences parfois exaltantes, mais bien trop souvent désolantes, épuisantes ou ruineuses. Je ne suis ici que le transcripteur de ces souvenirs et d'une passion intacte que nous souhaiterions vous transmettre ! Jean ALARY.

REMERCIEMENTS

Remerciements à MM. Christophe Picaud, Gilles Haéri, Alain Bouteveille, Henri Toussaint, David Alary, Alain Capo, Gérard Nefkens, Marc Gironce, ainsi qu'à Valérie Herbert et M. Cordion, pour leur élégance et leur savoir-bien-faire. Merci aussi très sincèrement à toutes celles et ceux qui ont participé de près ou de loin à la confection de cet ouvrage. Merci enfin à Gabrielle Jaume pour ses photos, ses lectures et relectures à haute voix, sa patiente et douce tolérance, et ses suggestions pertinentes.

1

CHOISIR LA MÉTHODE ADAPTÉE À SES BESOINS 1.1 Investir en connaissance de cause 4 1.2 Les diverses solutions possibles

6

1.3 Procédé photographique ou non ?

12

1.4 Bien s'organiser

12

1.5 Les erreurs à ne pas commettre

20

2

Les outils et produits indispensables

29

3

Les gravures directes

45

4

La séquence d'un circuit imprimé «amateur»

53

5

Les méthodes photographiques

63

6

Les outils informatiques

77

7

Le double face

111

8

Sécurité et documents utiles

123

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE

1.1 I N V E S T I R E N C O N N A I S S A N C E D E C A U S E

Comme pour tout investissement, il est important d'abord de réfléchir attentivement et raisonnablement aux besoins réels auxquels on destine le nouvel achat. C'est en fait une simple question de bon sens : on n'imaginerait pas acheter, par exemple, une pelleteuse pour planter une fleur dans son jardin, pas plus qu'une petite tondeuse mécanique pour un terrain de 3 hectares ! En dehors de ces extrêmes, le bon choix n'est pas toujours aussi facile à faire et les erreurs de jugement peuvent coûter parfois fort cher, autant par sous-estimation que par excès. 11 faut déjà distinguer deux catégories d'utilisateurs : • ceux qui se contentent de reproduire des dessins publiés dans la presse technique (ou déjà tracés); • ceux qui créent leurs propres réalisations, et dessinent donc des PCB (circuits imprimés) originaux. Ces deux situations bien distinctes ne remettent toutefois pas en cause l'importance des moyens nécessaires. En effet, on peut très bien reproduire des dessins existants à l'unité comme en grandes quantités, ou créer son propre circuit pour n'en faia` qu'une pièce ou 500! Toutefois, on constate souvent que la catégorie des créateurs a tendance à se piquer au jeu, et prend un réel plaisir à concevoir, adapter, modifier, personnaliser, etc. De ce fait, il est assez fréquent que le matériel qui avait servi aux premières expériences s'avère vite peu confortable ou totalement inadapté. Malgré tout, en commençant « petit », on ne risque pas de trop se tromper. Il est préférable d'avancer doucement et de faire ensuite les modifications idéalement adaptées à ses propres besoins, soit en investissant dans de nouvelles machines, soit en décidant d'opter, à l'extrême, pour la sous-traitance. Si nous nous permettons dans cet ouvrage de donner des conseils, c'est à l'appui de trente années d'expérience, pendant lesquelles toutes les méthodes (des plus farfelues aux plus dangereuses, en passant par les plus prestigieuses) ont été expérimentées. Pelage au cutter, feutre et cuvette de perchlorure de fer dans la cuisine, enduction à la bombe (!), pastillages de films à l'échelle 2, sérigraphie et gravure dans un bac contenant 11 litres de «bouillon», passage à l'informatique en concevant nos propres programmes (avec M. Capo), évolution vers PC et table traçante.

CHAPITRE

CHOISIR LA M E T H O D E A D A P T E E A SES B E S O I N S

puis phototraçage et fabrication de prototypes en moyennes séries (50 pièces) : tout a été fait à la maison. De nombreuses erreurs ont été faites - soyez-en assuré -, et beaucoup de nos modestes revenus sont parfois partis en fumée à vouloir comprendre par la pratique. Le but ici est d'éviter les impasses désolantes, mais surtout pas de donner des leçons. Pour un investissement de base d'environ 500 F, il est parfaitement possible de réaliser chez soi ses premiers circuits imprimés, en simple ou double face. La méthode photographique, plus confortable, coûtera environ 200 F de plus à condition de bricoler soi-même l'insoleuse, ce qui est facile. Tous les autres processus sont rapidement plus onéreux, et nous avons arrêté les frais à environ 45 kF (PC compris), étant arrivés à une petite unité de production capable d'exécuter des prototypes ou des moyennes séries dans d'excellentes conditions. Ces prix datent de 1990, et désormais (certaines machines étant devenues inutiles), une installation similaire coûterait moins de 25 kF, ce qui - pour une PME - reste fort acceptable. Décider à 16 heures un mardi de lancer un prototype, disposer de la carte percée, étamée à chaud, détourée, donc prête à être câblée une à trois heures plus tard suivant son importance, est un privilège. Une fois la carte implantée et testée le mercredi, toutes les améliorations pourront être faites le jeudi et la maquette «tournera» le vendredi au plus tard avec la confidentialité du projet en prime ! Autre exemple vécu : un ami habitant à 800 km téléphone un dimanche à 15 heures et dit : « on y va : les études du PCB envoyées par fax sont vérifiées, on lance un proto ». A 1 8 heures la carte est prête, puis implantée et vérifiée dans la nuit, emballée et envoyée le lundi matin par les transports rapides. Le mardi à 10 heures, elle peut être raccordée à la machine principale pour des tests plus longs de fiabilité réelle. Le débutant pourrait penser que tout ce qui va suivre n'est pas dans ses moyens, ou ne correspond nullement à ses besoins et le pro imaginer que les solutions des amateurs ne le concernent pas. Ce serait une grave erreur de jugement ! En effet, un débutant a le droit de connaître les astuces du professionnel afin d'éviter les déboires et - en juste retour - ce dernier ne doit pas oublier certaines méthodes simples et très économiques. Prenons un exemple précis : un passionné décide de mettre au point une carte destinée à porter les éléments d'un filtre à inclure dans une enceinte acoustique, et un constructeur fait la même

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE

démarche. Dans un cas comme dans l'autre, la solution la mieux adaptée est évidente : la gravure mécanique, qu'elle soit manuelle ou automatisée. Une fois le prototype parfaitement au point, les moyens de production divergeront naturellement, mais il serait ridicule de foncer tête baissée daas les films, fichiers Gerber, Excellon, frais d'outillage, etc. Nous allons voir tout cela en détail.

1.2 L E S D I V E R S E S S O L U T I O N S P O S S I B L E S

Elles sont en effet nombreuses et méritent toutes d'être connues ; mais avant, observons simplement le principe : une pellicule de cuivre est collée sur une plaque isolante. Le but de l'opération étant de créer des pistes capables de remplacer le câblage traditionnel par fils, il faut donc retirer une part de cuivre afin d'isoler les fils. La gravure consiste alors à séparer les pistes. On pourrait - et à juste raison - se demander pourquoi ne pas déposer que le cuivre utile, au lieu de retirer l'excédent? Cette remarque pertinente est souvent faite par les néophytes, et l'auteur montre encore parfois des bandes de cuivre adhésives qui avaient jadis tenté de résoudre le problème. Leur état de conservation élimine vite les longs discours : aucune colle sérieuse n'a pu assurer la longévité du p x`essus. Par ailleurs, la reproductibilité était aléatoire, comme on peut s'en douter. Certains produits permettent des «réparations» délicates (le dépôt d'argent par exemple), mais ils sont très coûteux et ne doivent être utilisés que dans les cas extrêmes. Il faut donc partir du principe que l'on a une surface totalement cuivrée, dont on va supprimer l'excédent. Néanmoins, tout est possible, et des solutions fiables se sont parfois imposées dans les années 60, tels la pose de rivets à souder sur un support isolant ou le wrapping (photo 1.1), encore pratiqué pour les prototypes. Ce sont la modernisation des composants et le souci de reproductibilité qui ont conduit à l'avènement du circuit imprimé tel qu'on le connaît actuellement. Quand les supports de composants actifs (tubes par exemple) étaient à fixation mécanique (par vis ou rivets), le câblage s'imposait naturellement. Depuis les semiconducteurs, il est bien difficile de se passer d'un circuit imprimé. Il ne faut pas oublier toutefois que certains composants lourds nécessitent encore une attention particulière : transformateurs, selfs, relais, radiateurs, gros condensateurs, etc., car leur poids est parfois capable de briser certaines cartes au moindre choc.

CHAPITRE

CHOISIR LA M E T H O D E A D A P T E E A SES B E S O I N S

Photo 1.1 Exemple de wrapping

Voici une liste - non exhaustive - des solutions possibles.

La carte d'essai ou d ' e x p é r i m e n t a t i o n ( p h o t o 1.2) Il s'agit d'un circuit imprimé percé au pas de 2,54, avec ou sans cuivre, en simple ou double face, ne comportant que des pastilles, voire des pistes à couper au cutter, parfois des connecteurs, etc. Il en existe dans de nombreux formats, en époxy ou en carton bakélisé. Nous déconseillons vivement cette formule, pour son coût prohibitif et son aspect provisoire. Toutefois, dans certains cas précis, elle peut s'avérer intéressante, comme les cartes pour PC ou composants PGA et CMS. Pour un prototype de carte PC, il est évident qu'un parfait détourage du ou des connecteur(s) est une garantie de sécurité pour la machine, mais la reproductibilité reste nulle. Certaines de ces cartes admettent les supports wrapping, et très souvent le câblage est effectué de cette façon, mais, une fois encore, le coût d'un prototype est très important, et tout le travail sera à refaire pour lancer une série. A notre avis, seule la nécessité de faire appel ensuite au multicouche justifie une telle approche. Enfin, le perçage au pas de 2,54 s'avère très limité à certains composants standards, et interdit (ou complique) la mise en place de pièces utiles telles que les commutateurs, claviers, relais, etc., souvent allègrement hors pas... À proscrire donc pour les réalisations audio analogiques et les circuits HF.

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

Photo 1.2. Une carte d'essai.

CHAPITRE

CHOISIR LA M É T H O D E A D A P T É E À SES BESOINS

La gravure anglaise Cette méthode est revenue à la mode grâce aux machines et logiciels permettant de l'automatiser mais elle peut très bien rendre encore de grands services pour quelques protos faits à la main. Le principe est simple : un outil va isoler les fils ou plans portés à des potentiels différents. On ne retire donc ici que le strict nécessaire du cuivre par un procédé mécanique quelconque : fraise ou cutter Il est arrivé parfois que des circuits réalisés en gravure anglaise soient reproduits par chimie. Dans ce cas, ne pas improviser, et respecter la procédure originale pour une reproductibilité parfaite. De vieux tuners VHF ou UHF ont été construits etfiabiUsés ainsi ; toute modification risquerait d'engendrer des oscillations, instabilités, etc. On trouvera au chapitre 3 des précisions concernant cette méthode économique, mais qui demande un peu de patience et de savoir-faire.

La gravure directe Le procédé consiste à protéger le cuivre à conserver et à supprimer l'excédent par chimie cette fois. Pour tracer manuellement le PCB, deux méthodes sont possibles : soit par dessin au feutre spécial (photo 1.3) soit par collage d'éléments à transférer. Cette dernière solution est proprement ruineuse, et nous la déconseillons vivement car les planches

Photo 1.3. Tracé direct sur cuivre.

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transferts se conservent très mal. De plus, la reproductibilité est encore inexistante : une fois la carte gravée, tout le travail de pastillage et de tracé des pistes est perdu. Le feutre est alors beaucoup plus économique, simple, et les quelques astuces que nous donnerons au chapitre 3 permettront de réaliser des cartes assez audacieuses. Cette méthode a toutefois ses limites : pas question par exemple de faire passer trop souvent des pistes entre deux pastilles espacées de 2,54 mm, ni de vouloir reproduire avec précision une self imprimée. Une troisième possibilité, plus industrielle, ne doit surtout pas être oubliée pour les « séries de l'amateur ». II s'agit de la sérigraphie (photo 1.4). Le principe consiste à déposer de l'encre résistante aux acides par sérigraphie. L'intérêt majeur du système est qu'il permet de préparer un film, lequel sera insolé en négatif sur le cadre de la machine; la série sera alors très économique. De plus, rien n'interdit en une seconde passe de reporter au verso l'implantation des composants. Le luxe! Bien entendu, il reste à graver, étamer, percer; mais, à titre d'exemple, des cartes en époxy de 200 x 300 mm sérigraphiées des deux côtés se vendaient en 1985 environ 30 F l'unité, marge confortable pour le sérigraphe comprise (séries de 50 pièces).

Photo 1.4. PCB sérigraphié et gravé. Toutefois nous déconseillons d'investir dans les machines de sérigraphie, sauf si on en a un usage intensif pour d'autres tâches : réalisation de faces avant, autocollants, affiches, etc.

CHAPITRE

CHOISIR LA M É T H O D E A D A P T É E À SES BESOINS

À noter que les lycées, collèges, maisons des jeunes en sont assez souvent équipés et que certains professionnels peuvent aussi les mettre aimablement à disposition.

La méthode photographique Elle consiste à préparer un film qui servira à insoler un support photosensibilisé, le révéler, puis graver, etc. À l'évidence c'est une formule souple, car elle permet de mettre en veille l'aspect «série», tout en gardant les bénéfices d'une reproductibilité assurée : on peut tirer un prototype, le modifier aisément, en faire deux ou cinquante exemplaires, le remodifier, puis passer enfin - à coup sûr - à une série sous-traitée par de

vrais professionnels, ou aussi le garder précieusement et n'en retirer qu'un exemplaire deux à trois ans plus tard. Cette fois, il faut impérativement disposer d'une insoleuse UV ; 2 tubes de 15 W peuvent parfaitement convenir. Inutile de s'équiper d'une machine prévue pour le double face, car on peut procéder en deux fois (par retournement), au prix de quelques minutes supplémentaires. Nous verrons tout cela en détail au chapitre 7.

La conception assistée par ordinateur De nombreux logiciels à prix abordables (à partir de 400 F) permettent de dessiner un circuit très facilement. Il faut veiller toutefois à ce qu'ils disposent de sorties Gerber et Excellon (si on souhaite faire sous-traiter ses cartes) ainsi que des drivers d'imprimantes ou de traceurs compatibles avec l'équipement périphérique dont on dispose. :

I n elfet, un logiciel qui ne permet un dessin qu'à l'écran est sans aucun intérêt ! II faut au moins pouvoir imprimer parfaitement les diverses couches, et disposer impérativement de la fonction miroir, car nous verrons qu'il est très important de respecter la notion de

couche d'un film. Cette formule est certainement la meilleure, car le coût du logiciel est très vite amorti si on le compare aux investissements en signes transferts par exemple. De plus, elle ouvre la porte à des méthodes passionnantes, tels le traçage ou le phototraçage, la gravure anglaise automatisée, l'usinage et fraisage de faces avant, etc. Bien entendu, les machines additionnelles nécessaires sont hors de portée de l'amateur (60 kF ou plus), mais le marché de l'occasion commence à s'ouvrir et il est bon d'être en mesure

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

de fournir des fichiers parfaitement contrôlés, avant de les confiera un sous-traitanl ( ertains sont très sérieux el n'hésitent pas à demander des précisions avant de commencer un travail alors que d'autres improvisent sans vergogne, ce qui conduit immanquablement à la catastrophe, conformément à la loi de Murphy. Nous verrons dans ces pages qu'un amateur peul très bien (avec un PC et une bonne imprimante) faire des merveilles même en double face et surprendre les professionnels par la qualité du produit fini obtenu en un temps record, pour peu que quelques règles soient scrupuleusement respectées.

3 PROCÉDÉ

P H O T O G R A P H I Q U E OU N O N ?

Si on a lu attentivement les paragraphes précédents, il faut se poser cette question assez rapidement. En effet, une réponse négative réduit considérablement les possibilités. On sera contraint à se limiter à des cartes unitaires, non reproductibles, mais cette solution peut convenir au débutiml ou au bricoleur occasionnel, l'investissement étant alors réduit au strict minimum (von chapitre2). Il est à noter que les produits el outils cités dans ce chapitre sont incontournables, et qu'ils seront toujours utiles, quelle que soit la méthode retenue L'évolution naturelle est bien entendu de passeï à la photographie, comme indiqué aux chapitres 5 et 6. Toutefois, il est important de comprendre parfaitement les différents processus avant d'opter pour telle ou telle méthode, sans jamais oublier pourtant qu'elles peuvent harmonieusement se compléter Aussi, nous verrons au chapitre 4 la séquence la plus simple : la gravure directe. Il suffira ensuite d'adapter la première étape (tracé des pistes ^ur le cuivre) en fonction du procédé choisi, les étapes suivantes restant strictement identiques.

1.4 B I E N

S'ORGANISER

est impératif de prendre conscience que la réalisation des circuits imprimés fait appel à des produits qui ne sont pas inoffensifs et peuvent même être toxiques ou corrosifs, sans oublier les poussières générées par le perçage. Aussi est-il fondamental de respecter les règles de sécurité dictées au chapitre 8. Certaines concernent directement la santé de

CHAPITRE

CHOISIR LA M E T H O D E A D A P T E E A SES BESOINS

l'opérateur et de ses proches, mais d'autres précautions doivent aussi être prises. Les conditions de travail (lieu, aération, élimination des produits, environnement, etc.) interviennent fortement : si on ne dispose que d'un petit studio, il est évident qu'il serait criminel et absurde d'y introduire des produits toxiques et corrosifs, sans assurer un minimum de sécurité!

Lieu et sécurité Avant donc de se lancer dans l'aventure, il faut choisir soigneusement un endroit adapté à la situation. Ses caractéristiques principales sont : • un sol qui ne risque rien, ou soigneusement protégé (linoléum ou autre revêtement plastique et étanche) ; • une ventilation efficace ou un espace suffisamment vaste (grange, garage, jardin); • un lieu dans lequel on ne fera que passer (surtout ne pas y dormir!); • un point d'eau courante; • l'interdiction d'accès aux enfants et aux animaux de compagnie pendant le travail. Tout cela peut sembler restrictif, voire contraignant, mais découle du simple bon sens. Il faut en effet avoir conscience que quelques étapes de fabrication (la gravure chimique particulièrement) mettent en œuvre des produits capables de tacher, brûler, oxyder très rapidement certains objets par leurs seuls effluves, laisser des cicatrices sur la peau, etc. Il n'est pas question ici de décourager les âmes sensibles par excès de précautions, mais de prévenir. Toutes les bêtises à ne pas faire, l'auteur les a testées (!) et a payé de sa personne; aussi peut-on lui accorder un certain crédit... Des taches de perchlorure de fer sur un superbe parquet en chêne, des acides divers (plus performants) mais qui font tousser pendant deux jours et dont on ne sait ensuite comment se débarrasser, des mains nues plongées dans 11 litres de perchlorure de fer suractivé porté à 50 °C pour graver en urgence à un ami une dizaine de plaques de 2 0 0 x 3 0 0 en une nuit (le lendemain ses mains ressemblaient à celles d'une momie et l'ont fait souffrir pendant presque quinze jours) en passant par de modestes coupures en contact avec l'acide et qui ne cicatrisent pas : tout ou presque lui est connu.

13

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

Aussi voudrait-il éviter au lecteur - autant que faire se peut certaines souffrances physiques totalement inutiles. C'est peutêtre un vœu pieux, car suffit-il de dire par exemple à un enfant que la vitre d'un four est chaude, avant qu'il ne fasse son expérience personnelle de la brûlure? Pour les dégradations purement matérielles, il est toujours possible - même à grands frais - de réparer ensuite. Pour ce qui est des taches, nous verrons qu'il existe des produits très efficaces à condition de les employer à bon escient. Sur un parquet par exemple, on peut attendre le « grand nettoyage de printemps » car tout disparaîtra, y compris la cire. Le bois reviendra à sa couleur naturelle et il faudra le laver à grande eau, le sécher soigneusement, puis le cirer de nombreuses fois avant qu'il retrouve son aspect d'origine. C'est assurément un gros et long travail, mais néanmoins possible. Par contre, la moindre tache sur un vêtement devra être traitée immédiatement, sinon le tissu sera très vite brûlé et la tache transformée en trou !

Conditions de gravure Parmi les effets insidieux, on ne se méfie pas assez souvent des vapeurs acides. C'est quand on remarque une oxydation anormale d'une colonne de perceuse, de certains outils ou que la pompe destinée à agiter le « bouillon » tombe en panne, que l'on découvre l'origine des dégâts. Ainsi, l'agitation du produit est souvent confiée à une petite pompe d'aquarium et, quand on la démonte, on est effrayé de son état : les tôles du vibreur fleurissent de rouille, idem pour les prises secteur, au point qu'elles deviennent parfois très dangereuses. J'ai éclaté de rire en voyant la conception d'une machine à graver que j'avais en test : des jacks en laiton nickelé pour raccorder le boîtier d'alimentation, un petit moteur pour faire tourner un fort ingénieux système de pulvérisation placé au-dessus de la cuve! Assurément, une telle machine ne pouvait fonctionner correctement et en toute sécurité plus d'un an sans avoir à échanger le moteur (axe en acier...), la connectique et le boîtier d'alimentation. Aux dernières nouvelles, il semblerait que le constructeur ait apporté quelques modifications. À voir. Toutes les machines abordables financièrement sont superbes quand elles sont neuves, mais il faudrait être candide pour imaginer qu'elles vont le rester longtemps : c'est un peu comme les plaquettes publicitaires des machines offset de bureau, sur lesquelles on voit une très jolie jeune femme aux mains blanches

r HAPITRI

CHOISIR LA M É T H O D E A D A P T É E À SES B E S O I N S

et délicates sourire d'aise en observant les feuilles tomber... Assurément, ce n'est pas elle qui a encré la machine, nettoyé le blanchet, etc. Dans notre cas précis, la règle d'or consiste à très vite enfermer le perchlorure de fer dans un récipient étanche, puis à rincer la machine (ou le bac) à grande eau. Mais attention : si un système de chauffage du type thermoplongeur est en place, il est vital d'attendre que le bain soit revenu à température ambiante, car l'ampoule du thermo peut éclater à cause du choc thermique violent. Une astuce consiste à préparer un bocal d'eau chaude capable de recevoir le thermo, et faire très rapidement le transfert afin qu'il se refroidisse en douceur. Pendant ce temps, on peut alors vider et nettoyer la machine tranquillement. Trop souvent, par ailleurs, de nombreuses situations sont passées sous silence tant dans la presse technique que dans les lycées, les collèges ou les clubs. A titre d'exemple, il faut parfois se battre pour accéder à certaines informations, telle la détoxication au niveau de l'amateur, car les normes draconiennes applicables aux industriels ne le concernent pas, et ne seront alors jamais respectées. Entre silence et démesure, il doit bien exister un juste milieu raisonnable? Imposer les mêmes obligations à un «bricoleur du dimanche» (qui ne consommera qu'un ou deux litres de perchlorure de fer par an) qu'à un passionné épuisant allègrement 20 litres ou qu'à un industriel recyclant et déversant des tonnes de produits dans la nature est proprement ridicule. Autre exemple classique : quand on achète un sachet de granulés de perchlorure de fer à dissoudre dans 0,75 litre d'eau chaude (40 à 50 °C), tout est parfait : le bouillon est prêt à l'emploi pour une utilisation immédiate. C'est magique, mais ensuite! Rien n'indique ce qu'il va devenir : • comment le réchauffer pour une seconde utilisation ? • que faire de l'oxyde de cuivre (pâte orangée résultant de l'attaque acide) présente au fond du bac de gravure ? • quand faudra-t-il le remplacer? • où et comment se débarrasser d'un bouillon épuisé? Nous allons donc répondre précisément à ces quatre interrogations.

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CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

Le perchlorure de fer, pour être efficace, doit être à la fois agité (ne pas laisser une plaque passivement dans le bouillon, mais créer des vagues) et porté à une température d'environ 40 à 50 °C La première fois tout va bien, puisqu'on part d'eau chaude; mais comment procéder pour les prochaines utilisations? Surtout ne pas mettre le perchlorure dans une casserole et sur une gazinière, ni même dans un récipient en Pyrex, pas plus qu'au four à micro-ondes ! Cela peut sembler évident à certains, mais comme des amis l'on fait - avec les conséquences qu'on imagine - autant le dire clairement une fois au moins. Trois cas de figures sont à considérer : • le bain-marie : on fait chauffer de l'eau à 60 ou 70 °C dans un grand récipient, puis on prépare un bocal en verre du genre bocal à cornichons de un litre, en le passant sous l'eau chaude afin qu'il ne vienne pas ajouter son « froid » à celui du perchlorure. Puis, hors feu, on verse le bouillon dans le bocal et on plonge le tout dans l'eau chaude. Au bout d'une dizaine de minutes, le perchlo sera utilisable correctement; • si l'on dispose d'un thermoplongeur (ne pas utiliser celui de votre aquarium, en acheter un autre qui sera exclusivement dédié à cette tâche...), préparer deux bocaux. Dans le premier, verser le perchlorure à température ambiante et y plonger le thermo également à 20 °C environ. Brancher l'objet et attendre que le bouillon soit passé à environ 50 °C. Remplir alors d'eau chaude à 50 °C le second bocal, débrancher le thermo du secteur et le transférer rapidement - sans le choquer - du perchlo au bocal d'eau. Le perchlorure peut alors être versé dans la cuvette de gravure contenant la carte à traiter; • utilisation chauffage. ambiante, soit chaud

d'une machine à graver équipée d'un système de D suffit alors de verser l'acide à température d'allumer le thermo, et d'attendre que le bouillon avant d'y plonger la carte.

Réglage d'un thermoplongeur Les thermoplongeurs disposent d'un mécanisme de régulation faisant appel à un simple bilame (interrupteur agissant en toutou-rien, en fonction de la déformation d'une des lames par élévation de la température). Un petit néon s'allume quand l'interrupteur est fermé (résistance en chauffe) et s'éteint quand la lame s'est «cabrée», une fois la température désirée atteinte. Pour régler cette dernière, une vis vient plus ou moins s'appuyer sur la lame, lui facilitant ou non sa cambrure (photos 1.5 a et b).

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Photos 1.5. a. Thermoplongeur Itétine de réglage). b. Thermoplongeur (la résistance de chauffe).

11 est donc très important de régler correctement cette vis qui se situe sous la petite tétine étanche emboîtée au-dessus de l'ampoule. En tournant progressivement à droite on monte en température, vers la gauche nous vous laissons deviner... Pour régler un thermo, la meilleure façon consiste à le plonger dans l'eau et à surveiller la montée en température au moyen d'un thermomètre classique. Quand le néon s'éteint, la résistance n'étant plus en chauffe, on peut admettre que la température lue est atteinte.

// faut assister impérativement à l'opération, car il n'y a aucune garantie de préréglage à l'achat. L'auteur a été appelé au téléphone pour des conseils techniques alors qu'il mettait en route une petite machine à graver toute neuve et très sympathique. La conversation ayant été longue (une heure), de retour vers la machine, l'eau était à 88 °C au point que la cuve en plastique s'était déformée (gonflée...). Aussi, accorder au maximum une vingtaine de minutes à surveiller l'évolution, en agissant ainsi : • partir par défaut du réglage existant et mettre en chauffe en surveillant le thermomètre et le néon du thermo; 1 "7

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si le thermo s'éteint avant que l'eau soit portée entre 40 et 50 °C, le rallumer en tournant doucement la vis cachée sous la tétine, attendre qu'il s'éteigne à nouveau et procéder ainsi par approches successives ; si on est pressé, on peut faire tourner plusieurs fois la vis dans le sens des aiguilles d'une montre afin d'être quasiment assuré d'être allé trop haut, mettre en chauffe et surtout ne pas répondre au téléphone... Dès que l'eau est à 45 °C, tourner rapidement la vis dans le sens inverse afin de tout juste éteindre le néon. Ce doit être bon, à confirmer toutefois dans les dix minutes qui suivent. Le thermo est alors réglé; mais pour remplacer l'eau par du perchlorure de fer liquide et graver un premier circuit, il est nécessaire d'attendre le retour général à température ambiante. Si on a opté pour du perchlorure de fer en granulés à dissoudre, tout est prêt et on peut alors verser ces derniers directement dans l'eau qui a servi au réglage. Bien évidemment, l'ajout des granulés froids va déstabiliser le bel équilibre thermique, et le thermo va très vite se rallumer. Lancer la pompe afin de créer rapidement un produit homogène prêt à l'emploi.

Entretien du bain de gravure Que faire de l'oxyde de cuivre, cette pâte orangée qui finit par se déposer au fond des cuves au fil des gravures ? Il est important de l'isoler régulièrement, soit par filtrage (un morceau de coton au fond d'un entonnoir en plastique), soit par décantation naturelle et versement délicat de la seule partie supérieure. Si on la laisse dans le bain de gravure, ce dernier va très vite s'obscurcir et l'oxyde risque de se déposer malicieusement sur les futures cartes à traiter, produisant un masque de protection, donc des petits points - voire des taches - de cuivre non éliminé, entraînant des micro- ou des macroliaisons entre pistes. Le résidu d'oxydation peut provisoirement être versé dans un récipient à jeter ensuite, du genre cubitainer de vin ou autre contenant d'une capacité d'environ 5 litres, facile à refermer par un bouchon en plastique ou PVC (surtout pas de métal ni d'aluminium). Nous verrons un tout petit peu plus loin comment faire ensuite pour s'en débarrasser. Le troisième point abordait une question fréquente : quand fautil remplacer le perchlorure de fer? 11 est bien difficile d'y répondre avec précision et seule l'expérience permet de déterminer le moment opportun. Voici toutefois une indication basique: quand le temps de gravure initial a triplé, il faut agir.

C H A H 1 RI

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Bien évidemment, chacun cherche à atteindre la limite d'efficacité des produits chimiques utilisés, essentiellement pour des raisons bassement matérielles, mais aussi - avouons-le - parce qu'il n'y a rien d'envoûtant à préparer des bains... En photographie par exemple, il est plus agréable de voir naître dans une cuve l'image tant espérée, que de mettre à jour les produits pourtant indispensables! De

nombreux

paramètres

peuvent

intervenir

de

façon

signifiante : la fréquence d'utilisation, les conditions de conservation, la décantation soigneuse, et surtout les surfaces de cuivre à supprimer. Si par exemple on ne grave qu'une fois de temps en temps de petites cartes implantées correctement (au moins autant de cuivre que d'isolations), un litre de perchlorure de fer soigneusement conservé peut parfois durer deux à trois ans. À l'inverse, une petite unité de fabrication (prototypes) peut être conduite à renouveler ses produits presque tous les mois, voire tous les 15 jours, suivant les formats, le nombre et le type de cartes traitées. La règle que nous proposons est applicable dans tous les cas : si avec un agent de gravure neuf il faut par exemple 3 minutes pour un résultat parfait, on peut considérer qu'il sera saturé quand il faudra attendre 9 minutes pour une qualité identique. Il s'avère qu'il est préférable de fonctionner avec de faibles quantités (1 à 3 litres) et renouveler plus souvent plutôt que de préparer de grands volumes, même si le nombre de cartes à graver est important.

Elimination des déchets 11 reste enfin à voir comment se séparer des produits usagés. On trouve à un prix abordable des kits de neutralisation du perchlorure de fer, composés d'un sachet de produit, 5pH-mètres, un sachet de gants, une paire de lunettes, un jeu de filtres, un seau et la notice d'utilisation. Avec un tel kit, il est prévu de neutraliser 40 litres de perchlorure de fer. On optera de préférence pour cette solution, mais si les quantités utilisées sont infimes (1 ou 2 litres par an), il est évident que l'amateur n'investira pas 200 F pour neutraliser 20 ou 40 F de perchlo ! Aussi doit-on oser conseiller un pis-aller raisonnable, sous peine de voir jeter les agents de gravure saturés dans les éviers ou lavabos, ce qui est plus fréquent qu'on le croit... Si on décante régulièrement - comme nous l'avons préconisé - et si on sépare de ce fait partiellement les métaux des acides, on peut admettre qu'il y aura moindre mal, pour peu que l'on laisse déjà se cristalliser les oxydes au grand air : une fois l'évaporation achevée, on retrouvera le cuivre

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

sous forme solide, semblable à la rouille que l'on brosse parfois sur les métaux ferreux, et qu'on parsèmera ensuite dans la terre. Pour les acides non neutralisés (la partie purement liquide restante), il est acceptable de la diluer considérablement afin de la rendre quasiment impuissante : verser un quart de litre dans la cuvette des toilettes et tirer immédiatement la chasse d'eau. Attendre que cette dernière se remplisse, puis recommencer pour un quart de litre supplémentaire, etc. Détacher vigoureusement la cuvette à l'aide d'un produit adéquat (détachant en poudre pour perchlorure de fer), et ne pas hésiter à tirer encore plusieurs fois la chasse d'eau. Si nous livrons ces quelques secrets de polichinelle réservés exclusivement aux tous petits rejets, c'est afin d'éviter le ridicule : quand un produit détachant est textuellement vendu comme efficacepour les éviers..., la simple logique conduit à penser que l'on peut verser le perchlorure de fer dans l'évier, puisqu'un détachant est prévu pour cela ! Le débutant n'a alors aucune honte à procéder ainsi, mais quand il constatera que toutes les pièces en cuivre, en aluminium, laiton nickelé, etc., noircissent au fil du temps ou se soudent entre elles, il sera logique qu'il doute (mais trop tard) de la méthode. Idem pour les bijoux : bagues, gourmettes, montres, bracelets, etc. 11 est impératif de les retirer avant de procéder à une gravure de circuit imprimé ! Tout cela fait essentiellement appel au bon sens; et que les inconditionnels de l'écologie ne crient pas trop fort : un amateur ne consommant qu'un litre de perchlorure de fer par an, ne va pas le stocker ni attendre quarante ans avant de s'en débarrasser...

1 . 5 LES ERREURS À NE PAS COMMETTRE Ce paragraphe n'engage que l'auteur et n'est qu'un simple constat d'échecs divers, variés et coûteux qu'il aurait envie de vous éviter. Il n'est pas question d'interdire l'usage d'un produit d'une quelconque marque mais simplement d'éveiller votre attention: un lecteur prévenu en vaut au moins deux! Très sérieusement, il est inadmissible que certaines techniques continuent à se transmettre alors qu'elles n'engendrent que des déboires, voire ruinent - ou pire encore dégoûtent définitivement - un passionné. C'est dans la liste (non exhaustive) suivante qu'il va être tenté d'éveiller l'opinion publique à certains abus.

Les agents de gravure exotiques On peut parfois se demander pourquoi certains amateurs ne réalisant que quelques d m de PCB par an cherchent absolument 2

on

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la méthode la plus expéditive. Pourtant il se transmet sous le manteau des «astuces géniales... » qu'en aucun cas tout individu estimé responsable ne peut cautionner. Dans ces pages nous nous contenterons de ne faire appel qu'au perchlorure de fer (photo 1.6), efficace et assez facile à contrôler par tout un chacun. Il y a déjà beaucoup à dire avant de prétendre diversifier! Aussi tous les autres produits de type acide chlorhydrique, nitrique, etc., sont-ils fermement déconseillés même si parfois ça marche...

Photo 1.6. Perchlorure de fer en grains.

• Entre un pseudo-résultat et ses conséquences souvent méconnues, voire incontrôlables, n'est-il pas plus sage de rester modeste el performant à long terme?

Les protections magiques Chacun sait - ou devrait savoir - que le cuivre nu s'oxyde rapidement au simple contact de l'air. Il est donc primordial de protéger les précieuses pistes d'un circuit imprimé, sous peine de les voir se dégrader au fil du temps, jusqu'à ce que la maquette tombe en panne purement et simplement. Dans les années 70, les constructeurs économisaient souvent sur la protection du cuivre des cartes et c'est ainsi que l'auteur a dû dépanner un orgue (meuble) dans lequel un chat avait « marqué son territoire »... Il peut vous assurer que le pipi de chat s'avère un efficace agent de gravure pourtant à déconseiller! Dans le même ordre d'idée, de multiples protections ont été proposées, certaines sévissant encore à l'aube du second millénaire : de l'exploitation des bains photo usagés afin d'argenter le cuivre aux divers produits pour étamer, argenter, dorer chimiquement, en passant par les vernis multiples en aérosols, l'amateur a de quoi se ruiner et se démoraliser.

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CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE Oui, il existe de bons produits comme certains vernis thermosoudables et quelques autres permettant d'étamer à chaud «à la maison» mais il faut avouer que d'autres sont franchement catastrophiques! Essayez d'étamer chimiquement un circuit et implantez-le un mois plus tard, puis dites-nous si l'étamage favorise la soudure... Sans vouloir fâcher personne, nous proposons au chapitre 4 deux modestes méthodes qui ont fait leurs preuves au fil du temps mais chacun garde bien entendu son libre arbitre.

La métallisation à rivets (ou œillets) Sans engager de vaine polémique, l'auteur prétend pourtant que c'est une vaste fumisterie. Le principe consiste à placer des rivets dans les trous à métalliser et à les sertir manuellement un à un au moyen d'un outil spécial fort coûteux. Rien à dire jusque-là, sauf qu'il faut savoir que pour placer un rivet de diamètre intérieur 0,8 mm, on doit percer à 1,3 mm et pour un rivet de 1,1 mm, percer à 1,6 mm! C'est totalement ridicule car inutile, voire dangereux : essayez de percer des trous espacés de 2,54 mm avec un foret de 1,3 mm (un circuit intégré par exemple), et imaginez ce qu'il reste comme cuivre pour souder le rivet... Entre deux pastilles on trouve 2,54 - 1,3 = 1,24 mm uniquement pour le perçage; pour souder correctement il faut prévoir un minimum de deux fois 0,5 mm soit 1 mm. Il ne reste plus alors que 0,24 mm d'isolation dans le meilleur des cas : impossible donc de faire passer une piste entre ces deux pastilles, ni en couche supérieure, ni en couche inférieure ! Cela n'est qu'un exemple parmi d'autres de cette solution absurde, mais la liste est impressionnante : la longueur des rivets est prévue pour un support de 1,6 mm d'épaisseur. Qu'arrive-til à votre avis avec du 0,8 mm ? Plus grave encore : si le PCB a été dessiné par ordinateur, le ou les fichier(s) Excellon de perçage sont inutilisables pour lancer une fabrication. Pas question en effet de percer à 1,3 mm pour souder une patte de circuit intégré. Tout sera donc à reprendre attentivement, à partir d'un proto bâtard ! Des astuces seront données au chapitre 7, mais il est permis d'affirmer que la métallisation doit être considérée comme secondaire (une aide à la fabrication) car un dessin intelligent du PCB permet de s'en passer, tout du moins ne pas l'imposer pour un prototype. Pour sourire un instant, deux de mes fils avaient un devoir à rendre au lycée. Il s'agissait d'un schéma comportant un afficheur 7 segments, son décodeur et un compteur décimal. Le but de l'opération était d'implanter ces objets, mais la feuille de cours

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CHOISIR LA M E T H O D E A D A P T E E A SES BESOINS

mérite encore d'être citée : « Le dessin du circuit imprimé devra se limiter à une carte de 1 0 x 1 0 cm, en double face, trous métallisés...» Bien entendu, les enfants étaient surpris (on le serait à moins) et sont venus consulter leur père avec les projets qu'ils avaient laborieusement dessinés au crayon. En une heure environ, le PCB était résolu (routage manuel) en simple face et n'excédait pas 25 cm ... Mais les enfants avaient peur : le prof avait dit... ! 2

Alors, en riant comme des fous, il a été convenu de centrer dans un détourage de 1 0 x 1 0 notre implantation simple, d'en faire copie à l'identique sur deux couches et de livrer ainsi le résultat, conforme alors à la demande. Le fichier informatique avait pour nom : ridicule.tmc... Ce qui est triste, c'est que les enfants maîtrisaient parfaitement le schéma et son implantation, mais qu'humour et incompétence cohabitent rarement : au rendu des notes, ils avaient à peine plus que la moyenne, sans la moindre justification. Comme il est aisé d'engendrer le dégoût !

L'enduction manuelle et les révélateurs «économiques» Quand on opte pour le procédé photographique, il faut (comme nous le verrons au chapitre 5) que le cuivre soit enduit d'une couche photosensible puis - après insolation aux UV - soit révélé avant gravure dans une solution caustique, afin de mettre à nu le cuivre à supprimer. Il existe encore des bombes aérosols permettant de photosensibiliser (entre autres) le circuit imprimé vierge. Surtout ne pas opter pour cette formule! Il est trop délicat, au moyen d'une bombe, d'enduire parfaitement (et régulièrement) une plaque qu'il a fallu préalablement dégraisser, nettoyer, mettre hors poussières, etc. Pourquoi ne pas opter directement pour du CI présensibilisé ? Il n'en coûtera que moins cher. Ces aérosols ont toutefois leur raison d'être (artisanat d'art) mais ne conviennent pas pour les circuits imprimés. Idem pour les révélateurs : on trouve pour quelques francs sur le marché, des sachets soigneusement dosés permettant d'obtenir en quelques minutes un produit idéal et prêt à l'emploi. Alors pourquoi délirer avec la soude caustique ou les produits WC, au risque de gaspiller du support ?

Nettoyage du cuivre Tout ou presque a été conseillé ou préconisé (sauf peut-être la paille de fer...), mais rien n'est plus satisfaisant que la gomme spéciale bien utilisée. Si un investissement de 25 F tous les 5 ans (pour un usage intensif) vous semble abusif, alors nous ne

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE

pouvons rien pour vous ! Par contre, bien agir avec cette gomme est un art logique : surtout ne pas la tenir comme une gomme à encre ou à papier ! Il ne s'agit pas ici de corriger une erreur, mais de nettoyer le cuivre, donc des surfaces relativement importantes. Aussi l'astuce consiste à frotter avec la plus grande surface de la gomme, en évitant de l'incliner, ce qui l'userait inutilement pour peu d'effet.

Sécurité avant tout Le chapitre 8 tentera de faire le tour des normes de sécurité indispensables, et abordera certains cas particuliers comme les accidents physiques en cours de gravure ; mais c'est à genoux s'il le faut que je vous prie de respecter certaines règles : porter des gants, des lunettes et un masque (même si ce n'est pas très sexy) ; surtout ne pas mettre en contact une plaie si modeste soit-elle avec l'acide ; ne pas fumer pendant les manipulations (mieux encore, ne pas fumer du tout !) ; ne pas exposer vos yeux aux UV des machines à insoler, bref prendre pour règle principale qu'il est moins dramatique de rater une carte que mettre sa santé au Mont-de-Piété.

Les films 11 y aurait toute une histoire à raconter sur ces supports merveilleux mais il faudrait citer des marques, et entrer en conflit de ce fait avec certaines productions toujours disponibles. Alors, contentons-nous défaits vérifiables : l'auteur a commandé à une certaine époque 100 films A3 et 50 A4. Jolie facture payée cash quand on sait qu'une feuille A4 (21 x 29,7 cm) - A3 correspondant au double de surface - se vend actuellement environ 45 F TTC, cela équivalait à 250 A4, donc... très cher! Formidable (vrai et sincère) ; tout était parfait. Mais l'informatique offrant de nouvelles possibilités, ce type de film (au demeurant excellent) s'avérait moins utile et quand l'auteur a commandé 10 feuilles A3, ce sont des produits périmés qui lui ont été livrés (couches partant en lambeaux à la révélation, inconsommables). Très courtoisement il signale le fait au fournisseur, qui s'engage à remplacer immédiatement le produit défectueux. Par respect face à cette attitude, l'auteur retourne à ses frais la pochette défectueuse (sans qu'on le lui ait demandé), mais il note le numéro de fabrication, totalement indécodable. La nouvelle pochette revient, et très vite il se rend compte qu'elle est dans le même état que la précédente : films collés entre eux, forte odeur d'ammoniaque, et même numéro de fabrication... Renseignements pris (encore des frais téléphoniques!), il s'avère que ces films ne sont garantis que pour une durée de six mois à la

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CHOISIR LA M É T H O D E ADAPTÉE À SES B E S O I N S

Photo 1.7. Film «orange» et son révélateur spécial.

sortie des chaînes de fabrication, mais que personne n'est en mesure de décoder la date en fonction du code ! Bilan de l'opération : l'auteur est resté avec 10 films A3 payés mais inutilisables, plus un goût amer d'impuissance. Découvrir qu'ils sont encore vendus à la feuille a de quoi laisser perplexe. Serait-il honnête de le conseiller actuellement? Franchement non, et c'est dommage car c'était un excellent produit. D'autres films sont exploitables, comme le film « orange » (photo 1.7).

Les outils de coupe De nombreuses absurdités ont été écrites sur les outils, du genre « utilisez une perceuse à main avec des forets carbure... ». Il ne faut surtout pa$ percer à la volée avec des forets ou fraises en plein

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE carbure! Si ces outils sont bien plus résistants à l'usure que les modèles classiques HSS (photo 1.8), ils coûtent quatre à cinq fois plus cher, sont excessivement fragiles et ne tolèrent pas le moindre choc, ni le moindre flambage. De ce fait, pour les utiliser, il est impératif de travailler avec une perceuse à colonne parfaitement guidée, sans jeu ni vibration, et tournant au minimum à 20 000 tours. Dans ces conditions, la seule casse possible est une erreur humaine : tenter par inadvertance de déplacer la carte quand le foret n'est pas sorti totalement du trou qu'on vient de percer. C'est le genre de chose qui peut arriver par exemple si on est surpris par une présence inattendue, voire la sonnerie du téléphone, ou plus simplement la fatigue : percer plus de 2 000 trous à la file est « hypnotisant », surtout quand on les compte. Photo 1.8. Quelques forets HSS.

Donc, si vous avez une perceuse à main ou montée sur un accessoire ordinaire la transformant en perceuse à colonne, surtout n'abandonnez pas le HSS (acier super rapide). Par contre, vous pouvez parfaitement investir dans une petite pierre à affûter, (photo 1.9) et redonner vie en quelques secondes à des forets tellement usés qu'ils ressemblent plutôt à des clous. Surtout ne pas tenter de raffûter manuellement un foret carbure. Certaines sociétés se chargent de ce travail, pour un coût sensiblement égal au tiers d'un foret neuf. Il est inutile d'acheter tous

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Photo 1.9. Deux pierres à affûter (la plus longue mesure 15 cm et est de section triangulaire).

les diamètres possibles en carbure : 0,9; 1,2 et 1,35 mm suffisent parfaitement. Pour les diamètres supérieurs, utiliser alors du HSS en ayant fait toutefois un avant-trou à 1,35 mm. D'autres conseils sur les outils seront donnés au chapitre 2; mais voilà pour l'essentiel - les erreurs à éviter afin que la réalisation d'un circuit imprimé reste une joie. Toutes ces précisions peuvent sembler astreignantes à la lecture, mais soyez assuré qu'il n'en est rien : une fois la bonne méthode retenue, tout cela se transforme très vite en simples réflexes.

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LES OUTILS ET PRODUITS INDISPENSABLES 2.1 Les accessoires fort utiles

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2.2 Quelques produits chimiques incontournables

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2.3 Choix des outils de perçage

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2.4 Choix du support

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Les gravures directes

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La séquence d'un circuit imprimé « amateur »

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Les méthodes photographiques

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Les outils informatiques

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Le double face

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Sécurité et documents utiles

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CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE

2.1 L E S A C C E S S O I R E S F O R T U T I L E S

Avant de se lancer dans la réalisation d'un circuit imprimé, il est important d'avoir à portée de la main quelques objets simples mais très utiles, dont voici la liste : des cuvettes en plastique pour recevoir, voire stocker, les différents produits. Il n'est pas utile d'investir dans de très grandes cuves si on n'envisage pas - ou que très rarement - de faire de grandes cartes. Si on décide de travailler par procédé photographique, il en faudra une pour révéler et conserver le révélateur ayant peu servi. Une excellente solution consiste à demander dans de petits commerces (boucherie, alimentation, traiteur) de récupérer les boîtes dans lesquelles ils reçoivent par exemple les salades composées, taboulé, etc. (photo 2.1). De format 21,5 x 21,5 x 8 cm, elles conviennent parfaitement dans la majorité des cas et présentent le gros avantage de disposer d'un couvercle étanche. De plus, elles sont solides, rigides, opaques et très économiques : si vous êtes un client fidèle elles vous seront données, sinon pour 10 F on vous en cédera deux. Cherchez donc dans ce sens, ou prenez des cuves photo, mais il faudra alors prévoir de les vider, de les laver à chaque usage et de les réserver uniquement à cette activité ; des bouteilles d'eau minérale en plastique, solides et ne dépassant pas 1,25 litre. Sans vouloir faire de publicité, les bouteilles de Vichy Saint-Yorre sont parfaites. Le critère de sélection est simple : la bouteille vide doit être rigide et surtout ne pas se Photo 2.1. Une cuve étanche de récupération.

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LES O U T I L S E T P R O D U I T S I N D I S P E N S A B L E S

déformer exagérément quand on la serre dans la main. On y conservera par exemple le révélateur pour film, celui pour circuit imprimé (neuf), voire le perchlorure de fer. Ne pas les mettre à la portée des enfants et les repérer soigneusement afin de ne pas les confondre avec d'autres produits; • un entonnoir, qui sera - une fois encore - exclusivement réservé à votre activité de petit chimiste. Par ailleurs, essayez de récupérer un casier à bouteilles en plastique : il n'est pas évident de verser un bac de perchlorure dans une bouteille vide surmontée d'un entonnoir car l'ensemble ne demande qu'à se renverser... En mettant la bouteille dans le casier, on peut alors agir seul en toute sécurité; • du coton, quelques disques de démaquillage et Coton-Tige. L'usage de ces accessoires sera détaillé aux chapitres 4 et 5 ; • une brosse à ongles en plastique. Elle sera très pratique pour nettoyer la carte gravée puis étamée. Indispensable; • de l'essuie-tout papier en grande quantité; • une gomme spéciale (photo 2.2) pour circuit imprimé, type «Polyvit». Surtout ne pas utiliser de gommes réservées aux arts graphiques, pas plus que les « grattounettes » ménagères, encore moins les tampons Jex. Tous ces produits sont excellents, mais pour d'autres usages : ceux en fait pour lesquels ils ont été conçus! Pour les tampons Jex, si le résultat semble parfait, un «petit détail» subsiste: de très fins fils métalliques se détachent, et le fer à souder (joyeux magnétiseur) s'empresse de les attirer et de les libérer au gré des vents pendant la soudure ou l'étamage, créant de ce fait des liaisons microscopiques non désirées, bien difficiles ensuite à repérer; Photo 2.2. La gomme spéciale et ses effets.

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE une planchette parfaitement plane, et quelques feuilles de papier de verre. L'ensemble ne servira certainement pas à nettoyer le cuivre, mais à parfaire le détourage et à supprimer les escarbilles. Prévoir aussi quelques limes à métaux très douces pour les finitions des découpes particulières. Une astuce : si vous utilisez une « queue de rat » (lime fine et ronde) pour agrandir un trou, surtout ne pas tourner dans le sens des aiguilles d'une montre (elle va s'engager dans la matière et casser net). Tournez dans l'autre sens (de droite à gauche) et vous obtiendrez le même résultat, sans casse; un cutter. Cet outil dangereux permettra soit de faire du « pelage » (voir chapitre 3), soit d'éliminer des liaisons indésirables postgravure, voire de gratter un PCB tout juste révélé, avant gravure, etc. ; une scie à métaux montée d'une lame à denture fine. Prévoir quelques lames de rechange, car l'époxy les use très vite. Inutile donc d'acheter des lames coûteuses : celles vendues en promotion conviendront parfaitement, pour peu qu'on accepte de les changer souvent; une paire de lunettes (photo 2.3) (genre lunettes de tir) : du perchlorure de fer dans les yeux fait atrocement mal ! ;

Photo 2.3. Un type de lunettes de protection.

des gants fins et jetables, réservés aux manipulations chimiques, ainsi que quelques masques utilisés pour la peinture ou toute autre activité générant des particules en suspension dans l'air (ponçage, perçage, etc.) ; bien évidemment, une perceuse et quelques forets ! Cela a été abordé au chapitre précédent, mais sera détaillé plus loin (choix des outils de perçage).

CHAPITRE

LES O U T I L S E T P R O D U I T S I N D I S P E N S A B L E S

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Parmi les accessoires pratiques, on peut encore citer un vieux mandrin de perceuse monté sur un manche, une pointe à tracer, et un réglet en acier (photo 2.4). Voyons maintenant la chimie.

Photo 2.4. Un mandrin à main, une pointe à tracer et un réglet.

2.2 Q U E L Q U E S P R O D U I T S C H I M I Q U E S INCONTOURNABLES

Tous les produits cités ici sont bien entendu à ne pas mettre entre toutes les mains, particulièrement celles des enfants ! Je risque de passer pour sénile à répéter souvent «attention aux règles de sécurité », mais je préfère encore être qualifié ainsi que ne pas le dire assez. Un doigt traversé de part en part par un foret de 1 mm, les mains brûlées par les acides, des cicatrices qui restent pendant des années, je connais tout cela et n'en tire aucune gloire. Alors prudence s'il vous plaît ! Le perchlorure de fer. On le trouve en granulés ou liquide (suractivé). Après bien des expériences (on en trouvait même en pharmacie dans les années 70), il s'avère que lès granulés sont les plus souples d'emploi. En effet, on peut facilement en doser l'efficacité désirée, le stockage est aisé, et les frais de port réduits (pour les achats par correspondance). Toutefois il faut être prêt à ouvrir le ou les sachet(s) dans de bonnes conditions. Au moment de préparer un nouveau bouillon; se munir de gants ainsi que de lunettes, se protéger d'une blouse, et avoir sous la main un cutter dont la lame sera sacrifiée à cette tâche. Deux cas peuvent se présenter : soit on prépare le bain directement dans une graveuse verticale ou dans une cuve, et il est alors aisé d'y verser les granulés, soit on désire le mettre de suite dans une bouteille et c'est plus difficile, car les granulés ne sont pas tous de petite taille, certains pouvant dépasser 20 mm de diamètre. Nous déconseillons donc de procéder

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE ainsi, car il est très fréquent que de petits morceaux profitent du fait qu'on est occupé à faire rentrer les plus gros pour se disperser subrepticement sur le sol. Pire, si on en écrase un sous la chaussure, les dégâts peuvent être importants dans toute la maison. Il est donc préférable de procéder en cuve, d'attendre que tout soit parfaitement dissout, et de verser ensuite le produit liquide enfin obtenu dans la bouteille. C)n respectera les instructions notées sur les sachets (photo 2.5), comme additionner trois quarts de litre d'eau à 50 °C aux granulés dosés pour obtenir un litre, et coller sur la bouteille l'étiquette fournie, indiquant la nature du produit. Photo 2.5. Étiquette de perchlorure de fer et la fameuse Rubigine.

• Du détachant en sachet (pour les sols, les cuves, les machines) et un petit flacon de Rubigine. Ce produit magique se trouve dans toutes les drogueries et est d'une redoutable efficacité sur les vêtements. Dès qu'un accident est détecté, mettre une ou deux gouttes du produit sur la tache : elle va disparaître très vite. Ensuite, rincer abondamment et bien se laver les mains. Ne pas laisser sécher une tache sur du tissu, car même si elle disparaissait ultérieurement grâce à la Rubigine, les fibres seraient néanmoins attaquées au point de rompre facilement.

De l'acétone et du trichloréthylène (photo 2.6). Ces deux solvants ont chacun leur particularité, mais surtout des points communs : ne pas fumer ni utiliser à proximité d'une flamme, ne pas en respirer les vapeurs (à utiliser donc dans un local ventilé), vite et bien refermer les flacons, enfin ne pas laisser à portée des enfants. Attention encore : ces produits ont également la particularité d'attaquer - voire dissoudre - certaines matières plastiques !

Photo 2.6. Acétone et trichloréthylène, des solvants indispensables.

L'acétone est très volatile et inflammable. Aussi faut-il travailler vite et jeter dans un endroit sûr les tampons qui ont servi à frotter les plaques, notamment quand on élimine la protection du cuivre après gravure. Le trichloréthylène est plus lourd et peu inflammable, mais ses effluves mélangés à la fumée de cigarette, sont très toxiques. On l'utilisera par exemple pour éliminer les résidus de soudure sur une carte étamée à chaud. Son pouvoir de dissolution de certaines matières plastiques permet de l'utiliser parfois pour faire de la soudure autogène (sans apport de matière)... Éviter donc de taper sur votre clavier d'ordinateur avec les doigts imprégnés de trichlo! De l'eau de Javel. Si par hasard vous avez les mains tachées de perchlorure ou du « bleu » de la pellicule photosensible, faites couler de l'eau chaude dans un évier, ajoutez-y un peu d'eau de Javel, et plongez vos mains dedans quelques minutes. Au besoin, frotter avec la brosse à ongles, puis rincer à grande eau. De la lessive. Un petit paquet de lessive - même la plus ordinaire et la moins chère - conviendra parfaitement pour

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE nettoyer à la brosse une carte étamée à chaud, débarrassée des résidus de soudure. Avant de percer, plonger la carte dans un mélange d'eau chaude et de lessive (inutile d'en mettre des tonnes), puis brosser énergiquement et rincer à l'eau chaude. L'étain sera brillant comme aux meilleurs jours. Proscrire les crèmes (Cif et autres) : elles terniraient l'étain. Les réserver par contre au nettoyage de l'aluminium anodisé : parfaites.

• U n tube de graisse Hampton HP3 (photo 2.7). Attention: imposer cette marque et cette référence, d'autres produits sont nettement plus toxiques et ne se lavent pas à l'eau ! C'est avec cette graisse que vous étamerez parfaitement à chaud vos cartes, et laisserez pantois les plus sceptiques. Mais elle vous rendra aussi de grands services en plomberie, sa tâche originelle.

Photo 2.7. La graisse Hampton pour étamer

I

Voilà pour l'essentiel les produits chimiques qu'il est conseillé d'avoir à disposition. Ceux dédiés à la photographie (confection des films, révélation des cartes) seront abordés aux chapitres 5 et 6; mais comme ils ne concernent pas tout un chacun, la liste précédente reste donc volontairement limitée au minimum indispensable à l'usage de tous.

2.3 C H O I X D E S O U T I L S D E P E R Ç A G E

De nombreux conseils ont déjà été donnés au chapitre 1 (Bien s'organiser). On peut en faire la synthèse suivante : • soiton opte pour de très faibles productions (cas d'un amateur voulant légitimement se faire plaisir). Dans ce cas, une modeste perceuse manuelle peut parfaitement convenir, à condition de n'utiliser que des forets HSS;

CHAPITRE

LES O U T I L S E T P R O D U I T S I N D I S P E N S A B L E S

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soit les prétentions sont un peu plus grandes (mini-séries, prototypes avant fabrication ultérieurement sous-traitée) : il est indispensable d'envisager l'achat d'une perceuse fiable et solide (photo 2.8), capable d'assurer plusieurs millions de trous sans broncher. Bien évidemment, les forets « tout carbure » seront alors incontournables.

Photo 2.8. Une perceuse de précision.

Sans vouloir critiquer tout le temps, force est d'avouer qu'une perceuse alimentée par piles est un jouet. Elle a peu de couple, induit des frais élevés en source d'énergie, tombe souvent en panne sèche au moment où justement il ne faudrait pas (conformément à la loi de Murphy qui rappelle que les piles sont toujours à plat le dimanche après-midi quand tous les magasins sont fermés...), etc.

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE Un conseil pratique : si un foret cale dans un trou non débouchant, surtout ne pas insister. Couper immédiatement l'alimentation, et très délicatement délivrer le foret en le tournant à la main dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ou en « dévissant » si vous préférez. Pour les petits diamètres de forets, il n'y a pas de risque majeur d'entrée en rotation du support que l'on perce. Au pire le foret va casser, mais un trou de diamètre 10 ou 15 mm dans une plaque d'époxy, peut être excessivement dangereux: si le foret s'engage dans la matière et que la carte n'est pas parfaitement immobilisée. L'ensemble se transforme alors en une redoutable tronçonneuse, prête à entailler une main très facilement. Pour les gros trous - rares il est vrai - nous conseillons vivement l'usage d'un foret monté sur un mandrin à main. C'est peut-être « primitif», mais au moins le couple nécessaire à la coupe sera contrôlé par une main et l'immobilisation du support par l'autre. De ce fait l'équilibre sera assuré naturellement et les risques de blessures bien moindres, voire nuls. L'usage de fraises coniques appelées également «ampli-trou», doit aussi se faire à la main. Pas question de monter ce type d'outil sur une perceuse à colonne, sauf si la pièce à usiner est parfaitement bridée mécaniquement, et encore... Mais revenons aux faibles diamètres, les plus courants. Comme il n'est pas question de conseiller une perceuse de type et marque précis, on peut quand même attirer l'attention sur certains points mécaniques, permettant d'aider au choix. Tout d'abord une petite précision de vocabulaire. Quand l'outil est directement fixé dans l'axe du moteur, on parle alors de broche. C'est important, car il n'y a pas d'embrayage capable de glisser, comme les courroies des perceuses à poulies par exemple. En cas de blocage, c'est la broche (ou son alimentation) qui vont « tout se prendre dans la tête» : on est en prise directe si vous préférez. Les qualités fondamentales d'une broche, pour ce qui nous concerne, sont une vitesse de rotation élevée (24 000 à 30 000 rr/min) et un excellent guidage de l'axe. Ces conditions excluent naturellement les mandrins classiques (trop lourds et bien difficiles à équilibrer correctement), aussi on devra préférer les pinces, en veillant à bien les adapter aux queues des forets utilisés. Si les forets HSS ont en général une queue de même diamètre que les trous qu'ils devront percer, ce n'est pas le cas des forets plein carbure. La queue de ces derniers est souvent de diamètre constant (3 ou 3,17 mm) : ainsi, d'auta*s outils de taille tels que fraises de formes diverses peuvent se substituer. À ce propos, il n'est peut-être pas inutile de rappeler que le listel d'un foret (la partie hélicoïdale)

CHAPITRE

LES O U T I L S E T P R O D U I T S I N D I S P E N S A B L E S n'a rien à voir avec une fraise 3 tailles ! Ne pas chercher de ce fait à faire des rainures ou du détourage avec un foret, la casse serait assurée. Pour les rainures (passages de brides, supports de thermocouples, trous oblongs, etc.), en absence de fraise, procéder par multiples perçages tangents, et ce en maintenant

très fermement la carte. Le problème majeur du perçage est essentiellement visuel : erreur de parallaxe, éclairage souvent rasant et troublant. De nouvelles machines proposent des solutions révolutionnaires et attirantes dans leurs principes. Par exemple, la carte à percer est posée sur un plateau incliné d'environ 60 °. On vise avec un collimateur le point souhaité, on appuie, et le foret situé derrière (sous la carte) vient la traverser. En toute franchise, au moment où sont écrites ces lignes, je n'ai pas pratiqué sur de tels objets, aussi n'émettrai-je qu'un avis, une réflexion personnelle. Outre le coût assez élevé pour un amateur (environ 2 500 F), la surface de travail relativement modeste (250 x 200 mm) et - il est vrai - un changement fondamental des habitudes, ce qui surprend le plus est le perçage par l'arrière. 11 y a intérêt en effet à ce que les forets soient parfaitement affûtés, sinon l'arrachage des pistes s'avère en alerte rouge \ Mais comme en général on ne perce pas avec des clous, seuls certains des conseils donnés dans cet ouvrage quant à la méthode de perçage que nous préconisons (voir chapitre 4) pourront sembler antinomiques. Toutefois, je n'ai pas la prétention de détenir la Vérité, mais plus modestement de transmettre ici des méthodes éprouvées, pour une satisfaction garantie. La qualité mécanique de la colonne de perçage est essentielle : un excellent guidage (pas de jeu latéral), une douceur de descente de la broche agréable, sans oublier une distance colonne-broche suffisante! Certaines cartes peuvent faire 300 mm pour leur plus petite cote, et si par exemple on a une distance colonne-broche de 120 mm, il n'est pas difficile de comprendre qu'une zone centrale de 60 mm sera inaccessible : 120 + 120 (retournement) = 240 ; 300 - 240 = 60. Alors une bonne distance colonne-broche de 150 mm est judicieuse, mais le coût de la machine risque d'augmenter sérieusement, voire de dissuader l'amateur. En effet, la rigidité de la colonne doit être proportionnelle à son porte-à-faux, le coût (justifié) allant derechef dans le même sens ! A priori, une carte de 300 x 300 mm peut sembler hors de portée de l'amateur, ou rarissime. C'est à la fois faux et vrai : par assemblage de films, rien n'interdit de telles dimensions. Mais s'il faut reconnaître

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CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

que c'est assez peu fréquent pour les montages amateurs, certains prototypes n'hésitent pas à déborder largement ! Mon record actuel est de 280 x 390 mm, double face, réalisé à la maison; alors conclusion? Avec un recul broche-colonne limité à 110 mm, il restait une zone centrale de 60 x 170 mm, inaccessible à la perceuse à colonne. N'ayant donc pas d'autre choix, force a été de terminer avec un modèle à main, donc en HSS et à raffûter tous les 200 trous environ (dans de l'époxy). Il serait ridicule de prétendre indiquer une « quantité moyenne » de trous au dm , les implantations et les conditions de travail pouvant les faire varier dans des proportions considérables. En 1 dm , on peut facilement arriver à 1 600 trous (40 fois 40 au simple pas de 2 3 4 ) , comme se limiter à 30 (filtre passif pour enceinte par exemple)! II est donc important d'être conscient de l'état d'usure des outils et pour 1 600 trous, le même foret HSS devra être affûté au moins 7 ou 8 fois en cours de travail (toujours dans de l'époxy), alors qu'un plein carbure (photo 2.9) assurera sans broncher, pour peu qu'il soit correctement utilisé. Il faut savoir qu'un foret usé ou mal affûté, outre faire des trous très laids (arrachés), fatigue exagérément la broche ou la perceuse. On trouvera au chapitre 8, quelques indications utiles pour affûter correctement les forets HSS. 2

2

Une vision claire et précise de l'endroit à percer est indispensable pour travailler correctement et éviter la casse. Après diverses tentatives insatisfaisantes, j'ai finalement trouvé une

Photo 2.9. Quelques forets en plein carbure.

LES O U T I L S E T P R O D U I T S I N D I S P E N S A B L E S

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solution simple et quasi parfaite. Le principe consiste à éclairer la zone à percer par le dessous. C'est très facile à mettre en œuvre, pour peu que l'on dispose d'un endroit précis et dédié à la perceuse. En effet, il consiste à amener une source lumineuse sous le trou du plateau de la machine et demande de ce fait de percer l'établi, d'agrafer un Rhodoïd transparent afin que les copeaux ne tombent pas sur la lampe, et de fixer une ampoule (40 W) sous le plan de travail (figure 2.1). Bien entendu, la position de la perceuse doit être une fois pour toutes définie afin que la source lumineuse et le trou de débouchage pratiqué dans le plateau de la machine coïncident toujours. Par ailleurs, il faut prévoir de pouvoir déplacer facilement la perceuse, afin de nettoyer régulièrement le Rhodoïd.

Figure 2.1. Éclairage par-dessous.

Cette formule est excellente, car la seule zone concernée par l'outil est éclairée par transparence, donc sans reflet ni fatigue visuelle. Évidemment, la plaque à percer doit être translucide, et ça ne fonctionne pas par exemple pour l'acier, l'aluminium ou le bois ! Rien n'interdit d'usiner plusieurs cartes strictement identiques en une seule fois, pour peu que l'on use exclusivement de forets carbure : trois plaques d'époxy classique (soit presque 5 mm au total) ne font pas peur à une bonne perceuse. Toutefois, il est impératif qu'elles soient parfaitement positionnées, mais plus encore liées physiquement entre elles : la moindre tendance au cisaillement (glissement des cartes entre elles) condamnerait le foret à une casse immédiate et prématurée. L'astuce est simple : percer 4 ou 5 trous identiques sur chacune des cartes. Choisir pour ce faire des positions extrêmes telles

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

que proches des coins, voire des pastillages spécialement prévus à cet effet et situés en dehors du PCB. Le diamètre idéal pour ces repères est de l'ordre de 0,9 mm. En voici la raison : des queues de composants (résistances de fort wattage ou diodes du genre lN4OOx), vont servir de piges et faire de l'ensemble un tout. Comme il n'est pas question de les replier, ni au-dessus, ni au-dessous (perte de planéité sur le plateau de la perceuse), l'astuce que voici est simple et très efficace : placer autant de rubans adhésifs transparents (solides) sous les trous de la carte du dessous; positionner les autres cartes soigneusement par-dessus, et les immobiliser avec les piges choisies. Couper alors ces dernières au ras de l'assemblage, et replier les rubans adhésifs sur le tout (figure 2.2).

Figure 2.2. Assemblage de 3 plaques.

Le bilan est l'assemblage, visibles, donc l'épaisseur du

vite fait : les piges sont emprisonnées dans immobilisées par l'adhésif (mais néanmoins repérables), et le tout a conservé sa planéité (à ruban adhésif près).

Les copeaux résultant de la coupe étant particulièrement fins et volatils, le port d'un masque est conseillé. Si on n'en a pas sous la main, un foulard protégeant le nez et la bouche (façon bandits dans les westerns) conviendra parfaitement; vous risquez d'être surpris (en le secouant), de mettre en évidence ce à quoi vos poumons ont échappé...

2.4 C H O I X D U S U P P O R T

De nombreux supports sont offerts pour réaliser un circuit imprimé. Toutefois, on peut considérer que le standard le plus courant désormais est le verre époxy 1 6 / 1 0 , 35 um : les guides cartes des châssis Europe sont calibrés pour cette épaisseur, idem pour les extracteurs, les fixations aux façades, etc. Voyons néanmoins une partie de ce qui est proposé : Bakélite simple face 1 6 / 1 0 , 3 5 um; époxy simple face 8 / 1 0 , 3 5 um ; époxy simple face 1 6 / 1 0 , 3 5 um ;

LES O U T I L S E T P R O D U I T S I N D I S P E N S A B L E S • époxy double face 8 / 1 0 , 3 5 um; • époxy double face 1 6 / 1 0 , 3 5 um ; • Duroïd (verre-Teflon) 1 6 / 1 0 , 3 5 um ; • Duroïd (verre-Teflon) 1 6 / 1 0 , 7 0 um; • circuits souples simple face 50 um, 35 um; • circuits souples double face 50 um, 35 um. La liste serait très longue si elle se voulait exhaustive. Les choix de l'épaisseur de l'isolant sont nombreux, on trouve ces cartes brutes ou présensibilisées, et les formats sont très divers, comme les prix! Attention par exemple au Duroïd spécial hautes fréquences, qualité militaire : une carte double face, présensibilisée, 70 um, de 2 0 0 x 3 0 0 mm coûte presque 900 F, alors que l'équivalent en époxy n'est que de 90 F, soit dix fois moins ! Il est important de connaître les caractéristiques mécaniques des deux plus courantes catégories : la Bakélite (ou carton bakélisé), et l'époxy. La Bakélite est cassante, légèrement moins coûteuse à l'achat que l'époxy, mais surtout plus tendre à usiner donc nécessitant beaucoup moins de maintenance des outils de coupe. D'où un coût global moindre, mais des accidents en puissance pour les utilisateurs : la majorité des machines vendues à ce jour (provenant des pays du Soleil Levant) sont équipées de cartes en carton bakélisé. Un choc un peu trop violent (surtout si des pièces lourdes telles que selfs ou transformateurs y sont fixées) et le circuit imprimé se fendille, pistes comprises...! Parfois, ce peut être catastrophique : ouverture d'une piste dans un circuit de courant de repos, alimentations en folie, etc. L'époxy, quant à lui, est constitué d'un empilage de trames en fibre de verre soigneusement collées entre elles, ce qui lui confère une résistance mécanique - sinon à toutes épreuves - impressionnante ! Un simple test pourra vous le confirmer : prenez en mains deux chutes (cuivrées ou non) de 1 x 1 0 cm, l'une en Bakélite, l'autre en époxy, et essayez de les casser manuellement. Comparez alors les efforts nécessaires pour chaque matière... Autre découverte amusante, si l'occasion vous en est offerte : dans un feu en plein air (à la Saint-Jean par exemple), jetez dans les braises un morceau d'époxy, de préférence déjà percé. Le lendemain, (à froid), vous découvrirez les couches en fibre de verre nues, séparables comme un jeu de cartes, et traversées par les outils. De mémoire, j'avais dû en compter 9 (pour du 1 6 / 1 0 ) ; à vérifier toutefois. Le collage de la feuille de cuivre n'est pas identique sur Bakélite et époxy. est nettement moins résistant sur la Bakélite, et on

CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE

pourra le vérifier au chapitre3, particulièrement au «pelage». Par contre, ces deux supports vivent très mal les brusques montées en température telles que celles dues au ponçage ou meulage. La Bakélite noircit et les pistes se décollent, l'époxy brûle (photo 2.10), séparant les couches de manière peu élégante. Quelques précautions seront donc à prendre à ce sujet, comme nous le verrons en fin de chapitre 4 (coupe et finition).

Photo 2.10. De l'époxy brûlé par ponçage mécanique.

Finalement, l'usage de verre époxy semble le plus raisonnable, quitte à ce que l'amateur occasionnel opte pour le 8 / 1 0 sur ses petites maquettes. L'économie ne se fera pas sur l'achat du support par lui-même (le 8 / 1 0 pouvant être parfois un tout petit peu plus cher que le 1 6 / 1 0 ) , mais sur l'outillage qui souffrira deux fois moins. Chacun déterminera alors en connaissance de cause, les produits et méthodes correspondant le mieux à ses propres besoins. Assurément, ce sera le meilleur choix.

CHAPITRE

3

PAGE

LES GRAVURES DIRECTES

3.1 Le « pelage » et autres gravures mécaniques

46

3.2 Les feutres spéciaux

48

3.3 Les transferts

50

3.4 La sérigraphie

51

4

La séquence d'un circuit imprimé « amateur »

53

5

Les méthodes photographiques

63

6

Les outils informatiques

77

7

Le double face

111

8

Sécurité et documents utiles

123

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

Sous cette appellation, il faut comprendre les méthodes ne faisant pas appel à une quelconque photosensibilisation du support. De la gravure mécanique à la sérigraphie, en passant par le dessin au feutre spécial ou les symboles transferts, tout ici ne fait appel qu'à des supports livrés bruts : le cuivre est nu (non nettoyé, voire en cours d'oxydation avancée). On peut donc distinguer deux catégories : les gravures mécaniques (un outil quelconque assurera par usinage du cuivre l'isolation des pistes); les gravures chimiques n'imposant pas la photosensibilisation du support (pistes dessinées manuellement au feutre, application de signes collés, ou peintures appliquées par sérigraphie). Ce sont ces cas particuliers qui vont être abordés ici.

3.1 L E « P E L A G E » E T A U T R E S G R A V U R E S M É C A N I Q U E S

Le pelage est un procédé empirique, consistant à détourer les pistes, puis à éliminer le cuivre inutile en le pelant, c'est-à-dire en le décollant du support par action manuelle. Bien entendu, cette méthode est à réserver aux cartes très simples, comme les circuits de puissance, les filtres passifs, etc. Son intérêt est évident : un prix de revient réduit au seul support, pas de chimie, un cutter suffit, ainsi qu'un peu d'habileté manuelle. Pour l'avoir pratiquée activement dans les années 60, nous n'en avons jamais oublié ni les avantages ni les inconvénients, et c'est ainsi que certains prototypes sont encore mécanisés de cette façon. Si par exemple on veut disposer rapidement, et à coût réduit, de circuits du genre de celui présenté (figure 3.1), il ne faut pas hésitera «peler». La procédure est simple : trancher le cuivre au moyen d'un cutter parfaitement affûté, et ce sur tous les bords de pistes; une fois les « chemins » ainsi tracés, accrocher le cuivre avec la lame et le décoller doucement du support. Certaines astuces peuvent aider : pour reporter le dessin, on peut utiliser du papier carbone, mais aussi procéder comme le font encore certains enfants astucieux, en reportant le dessin au crayon gras sur une face de papier calque, puis en faisant le même dépôt de graphite de l'autre côté, en repassant largement sur les mêmes traits. Il suffit alors de revenir à la face originale, de placer le calque sur le cuivre et de bien repasser sur le dessin d'origine avec un stylo bille pour décalquer l'image. Vous pouvez essayer sur du papier, mais ça ne marche correctement

CHAPITRE

LES G R A V U R E S D I R E C T E S

3

Figure 3.1. Un PCB typiquement à peler.

qu'une fois : le graphite au verso a été déposé. Il suffit de recharger cette face pour que le processus se reproduise. L'idéal, pour peler une piste, est d'essayer de la prendre à une extrémité et de la détacher jusqu'au bout, sans casser la bande de cuivre. C'est parfois délicat, et une astuce consiste à chauffer doucement au fer à souder (sans étain) la partie à décoller. Pour cela, il est impératif de fixer soigneusement la carte au plan de travail, afin d'avoir les deux mains libres. Si on doit peler une grosse surface (photo 3.1), il est possible de tirer doucement la feuille de cuivre à la main, mais attention : cette dernière est très coupante ! Mieux vaut utiliser une pince, et enrouler (comme un ouvre-boîtes à sardines) le cuivre sur les mâchoires.

Photo 3.1. Pelage du cuivre sur du FR4.

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE L'étamage puis le perçage se feront ensuite comme indiqué au chapitre 4. Parmi les autres gravures mécaniques, on ne peut faire l'impasse sur les méthodes de fraisage, même si les plus sérieuses sortent largement du budget raisonnable d'un amateur (même passionné), voire d'une petite entreprise ayant peu de prototypes par an. La première consiste à équiper une perceuse manuelle d'une petite fraise et à «dessiner» les isolations. En toute franchise, les résultats sont médiocres : les cartes sont laides, les isolations très irrégulières, et le support souvent bien fragilisé ce qui n'est pas le cas du pelage où seul le cuivre est éliminé. — ^ La seconde est nettement plus élégante, mais bien coûteuse (60 kF au minimum + PC + logiciels + consommables) ! Il s'agit de fraiseuses 3 axes, capables de graver et de détourer diverses matières (aluminium, matières plastiques, etc.) à partir de fichiers HPGL par exemple. C'est en fait l'équivalent d'un traceur dont la commande peu up/doum serait proportionnelle et réglable : au lieu d'une plume, il y a une broche et un outil, avec des couples moteurs importants. Magique! L'auteur rêve toujours d'une telle machine, non pas - paradoxalement - pour réaliser des circuits imprimés, mais pour l'usinage et la gravure de faces avant. Le problème est que, pour traiter de grandes surfaces (19 pouces, 1 à 5 U), les prix s'envolent bien plus haut que les rêves... Par ailleurs, il est nécessaire de faire une étude prévisionnelle des consommables (fraises, forets, accessoires) et de prévoir un personnel qualifié et compétent pour s'en occuper. De ce f a i t - à notre avis -, cette formule est plutôt réservée à une petite société de sous-traitance qu'à l'usage interne d'une PME. À méditer toutefois !

3.2 L E S F E U T R E S S P E C I A U X

Pour graver chimiquement cette fois, il faut protéger le cuivre des attaques acides. Parmi les solutions offertes, le dessin manuel au feutre spécial reste fort efficace et séduisant pour le débutant soigneux. Le principe consiste à «peindre», à l'aide d'un feutre (photo 3.2) dont l'encre résiste à l'attaque des acides, les pistes ou zones à protéger. Bien évidemment, on doit partir d'un support brut soigneusement nettoyé au moyen de la gomme spéciale, et surtout travailler assez vite : le cuivre nu est fragile, et la transpiration des mains par exemple peut laisser des traces délicates à éliminer à la gravure.

CHAPITRE

LES G R A V U R E S D I R E C T E S Photo 3.2. Quelques feutres spéciaux

Parmi les problèmes qui se posent, le plus important est de se repérer. Nous partirons du principe que l'on dispose d'une photocopie ou d'un calque du modèle à reproduire. Il faut le fixer sur la carte vierge (côté cuivre) et marquer soigneusement tous les trous qui serviront de repères, au moyen par exemple d'une pointe à tracer. Une fois cela fait, on retire le modèle et on dessine les pastilles et pistes en fonction de ces points de repère. Pour un tracé simple c'est assez facile, par contre il faut être très attentif si on s'attaque à des circuits un peu complexes, mais c'est faisable. Bien entendu, il serait exceptionnel de ne pas faire d'erreur, et la seule solution consiste à gratter doucement avec le dos de la lame d'un cutter. Surtout ne pas utiliser de solvant, car il serait bien difficile d'en contrôler les effets. II existe bien un grattoir magique à base de fibre de verre, mais attention : les plus longues fibres prennent un malin plaisir à se piquer dans la peau, et les plus fines à se volatiliser dans l'air que l'on respire. Ces objets ont d'ailleurs été retirés de la circulation, puis sont revenus sans modification : à éviter. Par contre, on peut tailler une fine lame dans la gomme spéciale; c'est parfait, mais moins précis que le cutter. On pourra s'étonner de ne pas percer tout de suite. C'est possible, mais il faut alors abandonner l'idée de l'étamage à chaud avec la graisse Hampton. Si on veut néanmoins procéder ainsi, la seule protection possible est le vernis thermosoudable, mais nous en reparlerons au chapitre 4. Un autre problème est lié à la création de plans de masse importants. Inutile d'user prématurément le feutre, car la surface ne sera jamais parfaite. Plus astucieux est de coller soigneusement du ruban adhésif, puis de

raccorder et border au feutre : c'est à la fois économique et très efficace. Il existe de nombreuses marques et tailles de feutres dédiés à ce travail, et tous ceux que nous avons essayés se comportaient parfaitement. Un modèle toutefois présente une particularité: contrairemenl à un feutre classique, il dispose d'une pointe sur laquelle il faut appuver pour faire venir l'encre. En fait, il faut enfoncer la plume pour l'alimenter. C'est partait (le réservoir d'encre reste clos quand le stylo est au repos), mais il est nécessaire de veiller à deux choses: tout d'abord ne pas appuyer trop fort, sous peine de faire un gros pâté; ensuite quand le travail est terminé ne pas oublier de sortir la plume et de la tremper dans un petit pot en verre contenant un peu d'acétone, afin de la nettoyer. Ce modèle dispose d'une plume de rechange (enfilée à l'arrière du stylo), nuis elle ne doit servir qu'en cas de secours: un bon lavage a l'acétone, suivi d'un séchage rapide dans du papier essuie-tout, remet à neuf la plume de service. Une fois le dessin conforme à l'original, il faut vite passer à la gravure chimique, comme nous le verrons plus loin, cela étant d'ailleurs valable pour toutes les formules de gravures directes à l'exception des gravures mécaniques, bien entendu.

3.3 L E S T R A N S F E R T S

Le principe consiste cette fois à protéger le cuivre utile, au moyen de symboles à coller de manières diverses: soit par collage simple (le symbole est adhésif)* soit par frottement sur un support transparent à l'endroit où le transfert doit cire fait. Nous l'avons dit, i ette formule est très coûteuse, et le fait de l'utiliser en gravure directe encore plus, car les symboles ne serviront qu'une fois (photo 3.3), En toute franchise, nous en déconseillons fermement l'usage sous cette forme: il est ridicule de recopier à grands frais un modèle, pour tout jeter après gravure! Qu'on opte pour les transferts afin de taire un film passe encore, mais en gravure directe, non : c'est du gaspillage. Deux cas particuliers sont toutefois à citer : les empreintes de circuits intégrés, par exemple, peuvenl être utiles pour le respect du pas, et se mélanger parfaitement à un tracé complémentaire fait au feutre ; des circuits complets (réalisations particulières) sont offerts à l'amateur, sous forme de planches à transférer intégralement,

LES G R A V U R E S DIRECTES

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Photo 3.3. Plusieurs types de transferts.

pastilles et pistes comprises. Dans ce cas, pour un exemplaire, le coût est parfaitement acceptable. Il ne serait pas honnête de cacher qu'il est très délicat de bien reporter les symboles transférables par frottement. Il faut une grande habitude et des outils appropriés, afin de ne pas casser les motifs, ce qui conduirait bien évidemment à des micro (voire maxi) coupures. Pour conclure ce sujet, l'auteur a largement donné : il doit avoir encore en stock dans ses archives des tonnes de planches - l'équivalent en argent d'un ordinateur de dernière génération, logiciels de CAO compris...

3.4 L A S É R I G R A P H I E

C'est un cas particulier de gravure directe qui mérite d'être connu. 11 nécessite un film (voir chapitre 5) et un outillage spécial, mais c'est une solution très économique pour les clubs, collectivités, écoles, ou si un amateur veut reproduire en plusieurs exemplaires des cartes diverses (photo 3.4). L'astuce consiste à définir une surface raisonnable (par exemple 200 x 300 mm), et à la remplir en tenant compte des réserves indispensables à la découpe : 1,5 mm minimum entre cartes. Il est possible alors d'assembler sur une même carte un patchwork de circuits divers. Une fois le film prêt, il suffit de le confier à un professionnel de la sérigraphie, lequel va préparer un cadre à trame fine, et sera alors en mesure de tirer des séries strictement identiques. L'important est de fournir des plaques au cuivre parfaitement nettoyé et de bien s'accorder sur le type d'encre qui servira de protection, cette dernière devant être assez facile à

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE Photo 3.4. Sérigraphies sur plaques brutes.

supprimer après gravure. Nous avons jadis fait de nombreux essais dans ce sens. Si on souhaite stocker des plaques sérigraphiées (par exemple pour une école, d'une année scolaire à l'autre), l'encre utilisée doit admettre les contraintes du stockage, sans toutefois conduire - après gravure - à une galère du genre : plonger le circuit dans un bain de trichlo pendant deux heures, avant de retrouver le cuivre... Si l'idée vous tente, choisissez surtout bien vos encres. En effet, si une face doit matérialiser l'implantation des composants, et le côté cuivre subir une attaque acide, il faut adopter des encres différentes, car - après gravure - le nettoyage côté cuivre doit laisser insensible le côté composants. C'est un univers un peu complexe et trop spécial pour le décortiquer ici. Pourtant, l'avantage majeur est - outre offrir une reproductibilité constante - de pouvoir récupérer le support (à l'aide de solvants idoines) et de ce fait permettre de repartir à zéro à moindre coût : les plaques obsolètes sont nettoyées et prêtes alors pour une nouvelle aventure. Le lecteur attentif doit pourtant être troublé : le cuivre à nu des cartes en stock ne doit-il pas s'oxyder ? C'est vrai, mais si un bon choix d'encre a été retenu côté cuivre (peu fragile aux frottements), il est tout à fait possible de graver des cartes ayant dix ans d'âge, à condition de suivre les conseils donnés au chapitre suivant.

CHAPITRE

4

PAGE

LA SEQUENCE D'UN CIRCUIT IMPRIMÉ « AMATEUR » 4.1 Tracé des pistes sur le cuivre

54

4.2 Graver, ou éliminer le cuivre inutile

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4.3 Nettoyage

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4.4 Protection des pistes

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4.5 Perçage

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4.6 Coupe et finition

60

5

Les méthodes photographiques

63

6

Les outils informatiques

77

7

Le double face

111

#

8

Sécurité et documents uti les

123

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

Dans ce chapitre, nous allons détailler phase par phase la procédure classique de réalisation d'un circuit imprimé. Seul le premier paragraphe sera à moduler en fonction de la méthode retenue et de ce que nous avons vu précédemment, à l'exception des gravures mécaniques qui conduiront à passer directement au troisième paragraphe : nettoyage.

4.1 T R A C É D E S P I S T E S S U R L E C U I V R E

Avant tout, il est important de dire quelques mots sur la coupe du support. Elle peut éventuellement se faire à la cisaille ou à la scie à métaux, mais il ne faut surtout pas mettre la carte tout de suite à ses cotes définitives. En effet, on aura besoin de la prendre en mains, voire la pincer pour la plonger dans une graveuse verticale, la serrer en étau, etc. De ce fait, si on a besoin d'un PCB d e l dm ,couperà 11,5 x 11,5 cm.Si par extraordinaire on n'avait pas le choix, une méthode de dépannage exceptionnelle est admissible : coller soigneusement une ou deux larges bandes de rouleau adhésif en PVC au dos de la carte (simple face uniquement!), et replier les extrémités afin de constituer des « poignées »>. Par ailleurs, on tracera sur le cuivre des traits définissant les cotes exactes, afin d'aider à la coupe finale. 2

Les quelques méthodes de gravures directes énoncées au chapitre 3 permettent déjà d'aborder la suite du processus, tout en sachant que la méthode photographique fera l'objet d'une étude spéciale au chapitre 5. Nous considérons donc à ce stade que la carte est prête à graver, c'est-à-dire que les pastilles, pistes, inscriptions, sont parfaitement vérifiées, ainsi que les plans de masse. Il ne sera plus question en effet de revenir en arrière, encore moins de procéder en deux fois : si le cuivre devant être protégé ne l'est pas parfaitement à ce stade, dès que la carte sera plongée dans l'acide il sera trop tard... Il ne faut donc pas hésiter à s'assurer que le tracé est bien conforme au modèle. Si nous avons choisi de mettre les méthodes photographiques à part, c'est que - comme nous le verrons - il est parfois trop tard (ou bien délicat) pour rattraper une erreur à la révélation. Avec le feutre ou les transferts (voire un mélange des deux), il n'est pas ridicule de regarder attentivement si tout est correct. Par exemple, le circuit a-t-il bien été dessiné dans le bon sens! En photographie c'est un risque permanent, mais tout aussi présent au feutre, si on a utilisé un calque mal positionné. Certaines revues de vulgarisation ont proposé des dessins de circuits imprimés sur une page centrale, imprimée d'un seul côté, et destinée à exploiter la méthode photographique. Attention :

CHAPITRE

LA SÉQUENCE D'UN CIRCUIT I M P R I M É « A M A T E U R » ces dessins sont volontairement (et judicieusement) imprimés à l'envers; nous verrons pourquoi au chapitre 5. Donc surtout ne pas les reproduire au feutre ainsi : faire une photocopie sur calque, et retourner ce dernier pour être dans le bon sens ! Dans tous les cas, il est impératif de s'assurer au plus vite de la bonne orientation du tracé en se référant à l'implantation des composants : le tracé sur le cuivre est un miroir de l'implantation. Si par exemple un circuit intégré est situé à gauche d'une carte vue de dessus (comme elle sera câblée), son pastillage sera à droite côté cuivre. C'est peut-être évident, mais que ceux qui en ont souffert ne se sentent pas seuls: je fais partie du club... Toutefois c'est rageant, et trop souvent on ne le découvre que quand tout est terminé ! Pire encore : vous faites sous-traiter par un « bricolo » 50 cartes et elles arrivent tirées à l'envers, mais il faut quand même les payer, et refaire le travail (vécu) ! Nous verrons cela en détail au chapitre suivant, mais il nous a semblé important de tirer la sonnette d'alarme dès maintenant. Considérons donc que tout est correct, et passons à la gravure.

4.2 G R A V E R , O U É L I M I N E R L E C U I V R E I N U T I L E

Pour graver correctement, il est impératif de respecter deux conditions principales : que le perchlorure de fer soit porté à environ 50 °C et qu'une agitation soit prévue dans la cuve. Un débutant nous a téléphoné une fois en disant qu'il n'arrivait pas à graver une carte sérigraphiée. Renseignements pris, le perchlorure était froid, et il avait simplement immergé le circuit, attendant que ça se passe ! L'agitation peut être manuelle (vagues créées par basculement de la cuve), ou automatique : un petit compresseur pour aquarium, un morceau de tuyau bouché à une extrémité, et percé d'une vingtaine de petits trous espacés de 1 cm, conviendront parfaitement. L'air, puisé par le compresseur, n'aura d'autres sorties que les petits trous, ce qui va créer un bouillonnement, donc l'agitation espérée. Parmi les accessoires pour aquariums, il existe des diffuseurs céramiques générateurs de mousse. En fait, pour simplifier, c'est l'équivalent d'une pierre poreuse dans laquelle le compresseur débite. Par expérience, si ça fonctionne parfaitement dans de l'eau pure, les poussières d'oxyde de cuivre ont vite fait de l'obstruer et c'est alors le compresseur qui souffre jusqu'à en mourir*par surchauffe ou crevaison de la membrane. Si on a opté pour une petite graveuse verticale (pour moins de 300 F on trouve de très sympathiques modèles avec chauffage et

CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE

générateur de bulles), la méthode consiste à allumer en même temps le thermoplongeur et le compresseur, puis à laisser monter en température 10 à 15 minutes avant d'immerger la (ou les) carte(s). Bien entendu, comme nous l'avons déjà dit, le thermoplongeur aura préalablement été correctement réglé : inutile d'aller au-delà de 50 °C. Quelques astuces utiles : tant que faire se peut, placer la pompe (compresseur) plus haut que la cuve, et débrancher en fin d'utilisation le tuyau d'arrivée d'air. Cela aura pour effet d'éviter une éventuelle remontée de perchlorure (ou de ses vapeurs) à la coupure du compresseur, donc de le préserver; quand on plonge la carte à graver dans le bouillon, il faut prendre l'habitude de la ressortir au bout de quelques secondes afin de s'assurer que toute la surface cuivrée est attaquée (le cuivre devient rose) et qu'il ne reste pas de zone non atteinte. Cela peut arriver à cause d'une bulle d'air, qui crée sur la surface une zone protégée indésirable. En général, le fait de replonger vivement une ou deux fois la carte suffit à résoudre le problème. Toutefois, certains endroits s'avèrent parfois particulièrement résistants (taches de graisse ou poussières par exemple). Dans ce cas, il faut rapidement imbiber un disque en coton de perchlorure, et caresser doucement la carte, plus particulièrement les endroits présentant le défaut. Dès que la surface de cuivre est intégralement attaquée, on peut replonger le PCB jusqu'à la fin de la gravure ; s'il est important que tout le cuivre inutile ait disparu, il est par contre déconseillé de laisser la carte dans le perchlorure audelà du strict nécessaire. Disposer d'une source de lumière à côté de la cuve permet de voir par transparence si tout a bien disparu (photo 4.1). Regarder surtout s'il ne reste pas de voile (encore quelques pm de cuivre), car il serait bien difficile de les éliminer ensuite. Pour se confirmer que tout est correct, le mieux est de plonger la carte dans une cuvette d'eau pure, et de la regarder attentivement. Tant qu'elle reste mouillée, il est toujours possible de la replonger dans l'acide pour terminer le travail. Surtout ne pas la laisser sécher avant qu'elle ne soit correcte ! Si d'aventure vous découvrez - alors que la totalité de la carte est gravée - un point inopportun qui est resté intact, il ne faut pas insister : vous le ferez sauter plus tard au cutter; une fois que la carte est considérée gravée, la plonger dans une cuve d'eau et en profiter pour éteindre le thermo, le compres-

LA SÉQUENCE D'UN CIRCUIT I M P R I M É « A M A T E U R »

Photo 4.1. Circuits simple face assemblés et gravés.

seur, débrancher le tuyau d'arrivée d'air, et couvrir la cuve de perchlorure de fer. Maintenant il est temps de terminer la chimie de la carte assez vite, par un bon nettoyage et une protection du cuivre. Le rangement et le nettoyage des machines se fera plus tard.

4.3 N E T T O Y A G E

Sortir délicatement le PCB de sa cuvette d'eau et l'enrober de papier essuie-tout. Revenir vers un évier, lavabo, etc., et faire couler l'eau (tiède si possible) à bon débit. Déshabiller la carte de son papier, jeter ce dernier dans un sac plastique et laver à grande eau en frottant le cuivre (des deux côtés) avec la brosse à ongles. Ne pas hésiter à ajouter un peu de lessive, et à faire en sorte que toute trace de perchlorure disparaisse. En profiter également pour laver vos gants et vous en débarrasser. Enrober à nouveau de papier essuie-tout la carte, afin d'essuyer le bébé. À ce stade, un chiffon peut aussi parfaitement convenir, pour peut qu'il soit bien absorbant. Il ne doit plus y avoir la moindre trace marron, rien que de l'eau pure à sécher. Par contre, il reste à éliminer la protection du cuivre que vous aviez adoptée : feutre, signes transferts, voire pellicule photosensible. Pour cela, un tampon imbibé d'acétone va faire des miracles. Un bon conseil : travaillez sur un journal assez épais, ou dans un vieil annuaire, car le feutre et les couches photosensibles ont vite fait de tacher le plan de travail. Il faut enfin nettoyer parfaitement les pistes à la gomme spéciale, et rapidement passer à l'étape suivante.

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

4.4 P R O T E C T I O N D E S P I S T E S

Un vrai étamage à chaud (photo 4.2) est à la portée de tous, et ce pour un coût dérisoire. Pour environ 30 F, se procurer un tube de pâte Hampton HP3 de GEB (dans les grandes surfaces de bricolage, rayon plomberie). À raison d'une noisette par dm , le tube n'est pas près d'être vide... 2

Photo 4.2. Un étamage à chaud manuel.

c`ette pâte a la particularité de ï.Kiiiu`r considérablement la soudure sur cuivre et va permettre de déposer de l'étain avec le fer à souder, comme de l'encre avec un pinceau. Étaler une mince couche de pâte sur le cuivre, puis poser le fer équipé pour l'occasion d'une panne large; mouiller avec la soudure et «< peindre» doucement. Faites l'essai sans pâte et vous comprendrez vite son intérêt! Après retour à une température raisonnable, plonger la carte dans de l'eau tiède mélangée à un peu de lessive (liquide ou en poudre) et brosser soigneusement à l'aide d'une brosse à ongles en Nylon les deux faces, afin d'éliminer toute trace de pâte et obtenir un étain brillant. Si des taches de résine ne partent pas, un chiffon imbibé d'acétone ou de trichloréthylène résoudra le problème en un temps record. Cette méthode est bien évidemment valable pour le double face. La seule règle à observer impérativement est de procéder avant de percer et de laver ensuite soigneusement la plaque. Si de la pâte entrait dans un trou, il serait impossible de la retirer totalement et - comme elle est corrosive -, elle arriverait au fil du temps à grignoter et à couper les pattes des composants. Si jamais la carte a préalablement été percée (cas d'un circuit en double face réalisé

CHAPITRE

LA SEQUENCE D'UN CIRCUIT I M P R I M E « A M A T E U R

au feutre par exemple), on ne peut plus étamer ainsi. La seule solution raisonnable est alors de pulvériser un vernis thermosoudable, à l'exclusion de tout autre. Attention : le vernis est très volatil ! Procéder donc dans un vaste local hors poussières, en posant la carte à plat sur un grand papier journal. Laisser sécher sans y toucher, au besoin sous une cloche percée, afin d'éviter que des poussières ne viennent se coller. Une cloche à microondes qui serait accidentellement passée au grill, conviendra très bien... Le temps de séchage est de l'ordre d'une quinzaine de minutes. Dans le cas du double face, il faut procéder (comme on s'en doute) en deux fois, ce qui impose un séchage parfait avant retournement. Ne pas tenter d'accélérer le processus au moyen d'un sèche-cheveux ou autre chauffage soufflant, car il aurait pour effet de brasser la poussière. En cas d'urgence, prendre délicatement la carte par les côtés, et la poser sur un radiateur de chauffage central. À ce stade, les circuits peuvent être stockés plusieurs jours (voire plusieurs mois) avant d'être usinés, puis implantés.

4.5 PERÇAGE Ce thème a déjà été abordé au chapitre 2 (choix des outils de perçage), mais il reste maintenant à percer pour de bon ! 11 est important de ne pas hésiter à compter précisément sur le modèle le nombre total de trous à effectuer. Les méthodes informatiques facilitant grandement la tâche, aussi serait-il aisé à la presse technique, d'ajouter par exemple en fin de nomenclature : « n trous », certaines cartes n'hésitant pas à en nécessiter 700ou plus! Les repérer un à un est épuisant, et source d'erreur : si on compte 212 ou 215 alors qu'il y en a réellement 214, les deux en moins risquent de poser de délicats problèmes à l'implantation des composants, et celui en plus engendrera des recherches longues et vaines. Quand on connaît le nombre de trous exact, c'est assez facile : il suffit de noter sur un papier ceux qui ont été percés, par groupe de 50 ou 100. Si par exemple il y a 718 trous, je procède ainsi : j'en perce 18, note, puis j'avance par groupe de 100. Si au septième je n'en « trouve » que 96, c'est que 4 ont échappé à mon attention. Alors j'examine la carte par transparence, jusqu'à repérer les quatre exclus. Tous les perçages sont faits (manuellement s'entend) au plus petit diamètre commun (0,9 mm conseillé pour les cartes classiques). Les diamètres supérieurs bénéficient ainsi d'un avant-trou fort pratique pour centrer le nouveau foret. Ne pas hésiter à vérifier en posant les composants particuliers - tels que transfo, relais, ou autres pièces de puissance - qu'ils entrent parfaitement

»

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CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE aux endroits qui leur sont réservés; idem pour les vis, connecteurs, cosses, etc. Rien n'est plus exaspérant que de commencer à implanter, souder, et découvrir tardivement qu'un trou a été oublié, n'est pas au bon diamètre, voire pire «borgne» (non débouchant), ce dernier cas pouvant poser de graves problèmes. Prenons un exemple précis : un trou a été commencé - donc compté - mais ne traverse pas totalement la carte, et ce pour un circuit intégré de 48 pattes. Au moment d'implanter le composant (ou son support), on force un peu afin de le faire entrer et on soude 47 pattes, pour constater tardivement que la 4 8 s'est soit repliée, soit cassée, ou encore que la broche du support a été éjectée ! Il est donc très important de regarder attentivement (au besoin à la loupe) que le perçage est correct avant d'implanter, car ensuite il sera parfois bien difficile de corriger. e

4.6 C O U P E E T F I N I T I O N Il ne reste plus qu'à mettre la carte aux cotes, et lui donner - sur tranche - un aspect propre et un toucher agréable. Si on a pris soin de se réserver 1,5 cm tout autour, il suffit de prendre la carte en étau et de scier soigneusement trois des côtés, en suivant les traits cuivrés. Pour le quatrième, il va falloir utiliser des mordaches, constituées de deux chutes d'époxy placées de chaque côté de la carte, à l'endroit où les mâchoires de î'étau viendront serrer. Cette précaution est destinée à préserver les deux faces du PCB des marques que ne manqueraient pas de laisser les mâchoires. En partant du principe que la carte est rectangulaire, on l'ébavurera en la frottant (côté par côté), sur une feuille de papier de verre placée sur une planche parfaitement rabotée. Il est vivement déconseillé d'utiliser des machines, telles que ponceuses mécaniques ou meules, car (comme il a été dit) il est très facile de brûler le support, suite à de trop grandes vitesses. Il est vrai qu'avec beaucoup d'habitude on peut sentir les limites à ne pas dépasser et user d'une assistance machine, mais l'auteur ne peut la considérer comme une règle générale: le savoir-faire ne s'apprend pas uniquement dans les livres ! Une carte est correctement détourée, quand on peut passer le pouce et l'index sur sa tranche sans craindre de se couper ou de se piquer. Une finition manuelle et « sensitive » (au moyen d'un petit morceau de papier de verre à grain fin) terminera le travail. Toutefois, nous n'avons parlé ici que de cartes rectangulaires, mais parfois certaines découpes sont indispensables (photo 4.3). Il serait bien prétentieux de prétendre aborder tous les cas possibles. Quelques règles générales sont néanmoins à retenir :

CHAPITRE

LA SEQUENCE D'UN CIRCUIT I M P R I M É « A M A T E U R »

Photo 4.3. Un détourage à ta fraise.

faire toutes les coupes possibles à la scie; pour les endroits inaccessibles, percer une série de trous tangents, et casser à la pince le morceau. La finition se fera à la lime; les découpes rectangulaires en pleine carte peuvent être faites de plusieurs façons en fonction de leur importance. Soit au moyen de trous tangents, soit - pour les plus importantes - en perçant quatre trous de gros diamètre aux quatre coins, suffisants pour laisser passer une lame de scie sauteuse ; les trous de gros diamètres (passage d'un aimant de hautparleur par exemple) se feront à la fraise conique, manuellement. II est à noter que cet outil est improprement appelé alésoir. Un alésoir est au contraire un outil destiné à mettre un trou à une cote très précise. Un alésoir de 3,25 mm ne fera que des alésages calibrés à 3,25 mm. Pour terminer, n'oublions pas les limes et « l'huile de coude»... ! C'est parfois ce qui est le plus efficace pour la qualité finale. Nous verrons en fin du chapitre 6, comment transmettre à un sous-traitant les fichiers commandant les machines de détourage : tout est alors permis, avec une déroutante facilité.

CHAPITRE

5

PAGE

LES METHODES PHOTOGRAPHIQUES 5.1 Confectionner un

film

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5.3 Révéler soigneusement

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5.4 Ensuite

73

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CD

5.2 ïnsoler un support photosensibilisé

Les outils informatiques

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Le double face

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Sécurité et documents utiles

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CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

5.1 C O N F E C T I O N N E R UN F I L M Il y a de nombreuses manières pour préparer un film permettant d'insoler un circuit imprimé présensibilisé ou un cadre de sérigraphie. Toutes conduisent cependant à l'obtention d'un dessin du PCB sur support transparent. Qu'il s'agisse de films photographiques classiques, de films spéciaux (insolables aux UV), de calques ou de supports pelables, une condition fondamentale commune à tous les procédés - doit être parfaitement comprise et respectée : il s'agit de la notion de couche. En effet, comme l'illustre la figure 5.1, un film se compose d'un support transparent sur lequel (de quelque manière que ce soit) on vient déposer des masques aux endroits voulus, afin d'interdire à la lumière de passer. 11 n'est pas difficile de comprendre qu'en général les « masques » sont déposés sur une seule face du support transparent. Cette face prend alors le nom de couche: c'est celle sur laquelle on a tracé (couché) le dessin.

Figure 5.1. Importance de la couche.

Les spécialistes risquent de s'ennuyer un tantinet à lire ces lignes (qu'ils aient l'amabilité de pardonner à l'auteur) mais l'importance du sujet mérite que tout un chacun prenne connaissance du principe. Prenons un exemple simple : avec un crayon ou un feutre, on trace un trait sur une feuille de papier. La face sur laquelle on a tracé s'appelle la couche. On comprend bien que, pour une qualité de report maximale sur une autre surface, il est impératif que la couche du film soit en contact direct avec la surface concernée. On peut imaginer (pour exagérer) que l'on a tracé un dessin sur une plaque de verre épaisse. Si on insole un PCB avec ce film et si la couche n'est pas en contact direct avec ce dernier, les rayons lumineux vont se disperser et créer un flou, ainsi que des changements d'échelle inopportuns (figure 5.2). Bien entendu, un film est beaucoup plus fin en général qu'une plaque de verre, mais le phénomène reste identique : la source

LES M É T H O D E S P H O T O G R A P H I Q U E S

Figure 5.2. Si les couches ne sont pas en contact...

lumineuse doit toujours traverser le support transparent en premier. Si vous découvrez cette notion, prenez une vieille diapositive ou un déchet de négatif photo, et observez attentivement les deux surfaces : l'une est brillante (dorsale), la seconde un peu plus terne (couche). Avec la pointe d'un cutter, grattez doucement sur la dorsale : l'image reste intacte. Faites ensuite de même sur la couche, et vous constaterez alors que l'image se raye. Donc, si on a bien compris le principe, il s'avère que le dessin manuel d'un film doit se faire à l'envers du sens de lecture. La meilleure solution consiste déjà par mettre une référence (un code) sur la face du dessin, telle que vue côté cuivre. Éviter les palindromes du genre HTH ou IVI, lisibles dans les deux sens... Les inscriptions doivent être celles que l'on souhaite lire et reporter sur le cuivre. Il faut alors en faire un miroir et dessiner dans ce sens : si vous avez donné comme référence TOTO, il faut dessiner sur la face où vous lirez OTOT. Que cela est plus facile à pratiquer qu'à expliquer ! Il existe bien un film magique à deux couches dont l'auteur a été un fervent adepte pendant de nombreuses années, jusqu'à ce qu'il soit cruellement déçu. Pourtant c'était génial : il suffisait de dessiner (ou d'imprimer) sur calque, puis de reporter sur film (insolation UV) afin de disposer du choix des couches. Seule astreinte : pour supprimer une erreur, il fallait bien évidemment gratter des deux côtés.

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQU Voici une liste non exhaustive des diverses méthodes permettant d'obtenir un film. • Photocopies sur papier calque. Au pluriel en effet, car un seul calque ne suffit pas pour obtenir un contraste suffisant. Aussi faut-il en préparer deux et les superposer parfaitement afin d'obtenir un film exploitable. C'est désormais la méthode que nous utilisons le plus fréquemment. Une impression papier à l'échelle 1 depuis l'ordinateur, puis deux photocopies sur calque, et le tour est joué. Attention toutefois : le papier calque étant très sensible à l'humidité, il faut travailler vite. Dès que les photocopies sont faites et superposées, insoler immédiatement, sinon on risque de constater des déformations non négligeables. On peut tenter de conserver les assemblages dans les pages d'un livre épais, mais avant de faire un retirage, il faudra s'assurer que la superposition est toujours parfaite. Certains amis ont essayé des impressions directes sur transparents (pour rétroprojecteurs) mais les résultats étaient rarement satisfaisants. Les pistes, pastilles, surfaces, doivent impérativement être parfaitement opaques et ne pas comporter de petits trous transparents. En règle générale, si un film n'est pas parfait au contrôle visuel attentif, il est inutile d'insoler, car cela conduirait immanquablement à un PCB incorrect. • Tracé direct sur calque, à l'encre de Chine. Cela fonctionne très bien, à condition de respecter certaines règles. Il faut tout d'abord éviter les grandes surfaces, car le calque mouillé va se gondoler. Mieux vaut alors coller un morceau d'adhésif opaque, et border ensuite à la main. Une fois le dessin reproduit intégralement, retourner le calque et ne pas hésiter à repasser au dos, afin d'assurer un excellent contraste. • Report de signes transferts sur divers supports. Cette fois, les symboles transférables - malgré leur coût élevé - peuvent se justifier, car le film sera réutilisable. Pour qu'il en soit ainsi, il est conseillé de choisir un support stable, le calque alors étant à prohiber. On peut opter par exemple pour de la grille inactinique polyester 50 um (photo 5.1), du film transparent (non quadrillé), ou encore du film pelable. Ce dernier est constitué d'un support transparent sur lequel est faiblement collée une pellicule rouge, opaque aux UV. On peut alors découper doucement cette couche au cutter à lame mobile, au compas ou balustre dont une pointe sèche a été affûtée, etc., pour faire apparaître les zones qui doivent redevenir transparentes (photo 5.2). II suffit alors de peler délicatement la couche rouge, puis de pastiller ensuite avec des symboles transférables. Cette formule est excellente, surtout quand on a de gran-

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LES M E T H O D E S P H O T O G R A P H I Q U E S

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Photo 5.1. Une grille au pas de 2,54 mm (il en existe au pas de 1,27 mm).

des surfaces à laisser cuivrées, ou encore si on a décidé de travailler à l'échelle 2, voire plus. Toutefois, travailler à grande échelle est délicat, et impose un banc de reproduction très précis afin de retrouver les cotes exactes à l'échelle 1. En expliquer toutes les finesses, dépasserait largement les prétentions de cet ouvrage. Toutefois, si l'aventure vous tentait, tous les produits et machines utiles sont disponibles chez les artisans qui traitent des arts sérigraphiques : affiches, panneaux publicitaires, etc. Photo 5.2. Du film pelliculable et quelques outils adaptés.

Film autopositif, type Posireflex. Ce produit a la particularité d'obtenir directement (en lumière atténuée), un film exploitable et ce à partir d'un original noir et blanc parfait. C'est une solution pour recopier les tracés publiés dans les revues, sans faire appel à un outillage particulier. Toutefois, son coût n'est pas négligeable : la feuille de 24 x 30 cm est à plus de 50 F et le révé-

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQU

lateur à 60 F. Un amateur aura parfois intérêt à faire sous-traiter ce genre de travail par un professionnel, pour un résultat garanti et ne pas s'encombrer de produits qu'il n'utilisera que rarement Film type Diazo, dit « film orange », permettant de contretyper un film existant (voir photo 1.7 p. 25). Par exemple, vous avez fait un prototype sur calque, et votre maquette fonctionne parfaitement. Comme le calque risque de se déformer, il peut être judicieux d'en faire une copie sur film stable. La procédure est simple : on plaque les calques sur le film, on insole aux UV, on révèle avec le produit prévu pour, et la copie est prête alors pour un retirage ultérieur. Cette formule peut s'appliquer également à la restauration de films anciens, mais aussi pour obtenir un double «solide» d'un pastillage sur transparent. Les symboles transférables sont en effet fragiles (cassants), et une copie n'est pas ridicule si le PCB a fait ses preuves. Il a pour particularité intéressante de se conserver très bien au fil du temps : j'ai encore en stock des dessins sur ce support, datant d'au moins quinze ans et en parfait état. C'est un point important, car bien d'autres produits se dégradent très vite ; et les archives se transforment alors en souvenirs... Les négatifs à fort contraste dits «arts graphiques» (photo 5.3). Cette fois, on doit travailler en chambre noire, et faire deux copies (un négatif, puis un positif)/ mais il serait injuste de ne pas citer cette formule accessible à tout passionné de photographie disposant d'un petit labo noir et blanc. Il n'est pas question de développer ici le processus photographique classique, simplement d'indiquer qu'il est possible parfois de faire de bien

Photo 5.3. Divers films prêts à l'emploi.

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LES M E T H O D E S P H O T O G R A P H I Q U E S jolies choses. Outre des films pour PCB, il est permis de réaliser des prototypes de faces avant à peu de frais tels que cadrans de galvanomètres, habillage de panneaux, etc. Attention pourtant : la couche de ces films et très fragile à la moindre rayure. 11 faut donc prendre garde à ne pas les frotter sur des surfaces présentant des aspérités coupantes, comme les bavures du cuivre. À cette liste pourrait venir s'ajouter la méthode consistant à rendre translucide une feuille de papier au moyen d'un aérosol spécial (Transpage), mais ce procédé semble être abandonné par les revues sérieuses. Nous verrons au chapitre 6 d'autres manières, mais qui nécessitent cette fois un traceur, voire un accessoire de phototraçage, donc nettement plus coûteuses en achat de matériel.

5.2 I N S O L E R U N S U P P O R T P H O T O S E N S I B I L I S É Une fois le film prêt, l'étape suivante consiste à insoler le support présensibilisé, à l'aide d'une machine à UV, ou d'une lampe spéciale. Les temps d'insolation pouvant varier considérablement suivant la source de lumière, la distance entre cette dernière et le support, sans oublier la nature du film, il faudra impérativement procéder à des tests, afin de trouver les conditions optimales pour chaque cas particulier. À tire indicatif, j'insole sur une superbe machine à vide de 50 x 65 cm, équipée de 6 lampes distantes de 80 cm du plan de travail. Pour un film, j'expose 6 minutes, et 7 minutes et 30 secondes quand il s'agit de deux calques superposés. Cette machine a été achetée d'occasion à très bas prix à un imprimeur qui cessait toute activité. Il ne faut pas hésiter à trainer dans les salles des ventes ou les dépôts vente, car on trouve parfois d'excellentes affaires. Bien entendu, ce n'est pas une machine de salon, et il faut avoir de la place pour l'héberger, mais on trouve aussi de plus petits modèles à 2 lampes, destinés au départ à insoler les plaques offset. On trouve sur le marché de nombreux bancs à insoler, des plus simples aux plus coûteux (certaines machines dépassent 30 kF), mais il est possible aussi de se procurer les tubes, supports, starters en pièces détachées et réaliser soi-même le coffret. C'est ainsi que nous avons procédé pendant de longues années, et l'ensemble fonctionne encore parfaitement chez un ami. Une suggestion de construction est visible figure 5.3, mais chacun fera à sa guise. Un minimum de deux tubes est toutefois indispensable, mais avec trois ou quatre, c'est encore mieux. Pour plaquer le film et le PCB sur la vitre, on peut opter pour un couvercle garni de mousse, mais des objets lourds (transformateurs, etc.) conviennent aussi parfaitement.

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CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE

Figure 5.3. Suggestion de construction d'une insoleuse.

Le plus important est de faire en sorte de ne pas se brûler les yeux à regarder cette lumière bleutée. Des lunettes de soleil ne sont pas à exclure, mais le mieux est encore de s'éloigner de la machine quand elle est en route, et de regarder ailleurs. Les lampes à UV nécessitent quant à elles un temps de chauffe d'environ 5 minutes avant d'être utilisables. Par contre, si on les éteint, il faut attendre une dizaine de minutes avant de pouvoir les rallumer. Donc, si on a plusieurs circuits à tirer (ou 2 faces), il est conseillé de ne pas éteindre la machine tant que le travail n'est pas terminé. Les premiers circuits insolés doivent être protégés de la lumière et mis en attente dans un endroit où ils ne risqueront pas d'être rayés. La solution la plus simple est de les glisser entre les pages d'une revue. La procédure d'insolation est aisée: il suffit de retirer délicatement la pellicule plastique noire protégeant la face sensible, de poser dessus le film dans le bons sens (on doit lire les références normalement), et d'exposer en veillant bien à ce que la lumière traverse le film ! C'est tout. Il faut prendre très soin de ne pas rayer la couche photosensible, car cette dernière est extrêmement fragile. La moindre rayure conduirait, à la gravure, à une attaque indésirée du cuivre. Si on observe attentivement une carte inso-

LES M É T H O D E S P H O T O G R A P H I Q U E S lée, on peut distinguer de légères variations dans la couleur d'origine (bleue ou verte), correspondant au dessin des pistes. Ce n'est toutefois qu'après révélation, qu'on découvrira de manière franche les surfaces protégées et le cuivre nu. H est à noter encore un point important : nous n'avons parlé ici que des circuits présensibilisés positifs, les plus courants, mais il existe aussi des présensibilisés négatifs (cas du verre-Teflon par exemple). Pour le «positif», comme son nom l'indique, le film doit être opaque pour les zones de cuivre à garder. Pour le «négatif» c'est l'inverse, et il faut alors faire un contretype par méthode photographique. Cette catégorie est beaucoup plus rare, mais il est toujours bon de s'assurer qu'on dispose du film adapté au support choisi.

5.3 R E V E L E R S O I G N E U S E M E N T Afin de dépouiller les excès de couche photosensible, il est nécessaire de préparer un révélateur spécial. C'est très facile : il suffit de dissoudre le contenu d'un petit sachet de poudre très fine dans un litre d'eau tiède, afin de disposer d'un litre de révélateur prêt à l'emploi (photo 5.4). Ce qui n'est jamais dit, c'est qu'il n'est pas obligatoire de jeter à chaque fois le produit quand il est teinté de « bleu » : il est tout à Photo 5.4. Sachet de révélateur pour CI présensibilisé.

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

fait possible de garder le révélateur déjà utilisé, afin de dégrossir une prochaine plaque. On aura donc une bouteille de produit neuf et une autre de seconde génération. La méthode que j'utilise avec succès depuis de nombreuses années est la suivante : pour la première fois, verser juste ce qu'il faut de révélateur neuf sur la plaque, afin de pouvoir faire des petites vagues. Attention toutefois s'il s'agit de double face (voir chapitre 7) car une quantité minimale de révélateur est à prévoir dans la cuve. Garder soigneusement le révélateur déjà utilisé, dans une cuvette hermétiquement close. À l'occasion d'une prochaine carte, plonger cette dernière dans le bain de seconde génération, en agitant fermement l'ensemble (grosses vagues), et - à l'aide d'un tampon de coton trempé de révélateur - caresser les couches afin d'accélérer en douceur le traitement. Le but de l'opération étant de mettre à nu le cuivre à éliminer (tout en protégeant amoureusement les pistes), le temps de révélation maximum ne doit pas dépasser 1 minute et 30 secondes. En général une (voire moins) suffit et il faut respecter ces temps, sous peine de voir le révélateur s'attaquer aux pistes et créer de ce fait des microcoupures ou un «piquetage» malsain. Donc, quand on a procédé pendant 45 à 50 secondes avec le vieux révélateur; si le cuivre devant être nu présente un léger voile, remettre le vieux révélateur dans sa bouteille et verser un peu de révélateur neuf. Tout s'achèvera alors très vite, et la très faible quantité de révélateur neuf utilisée sera ajoutée au vieux; jusqu'à la prochaine fois. Cette méthode a largement fait preuve de son efficacité, mais il faut bien un jour ou l'autre se séparer du vieux révélateur. Comme il est difficile de donner une règle précise - tout étant lié aux surfaces à traiter -, on peut adopter le principe suivant : quand on a atteint 1/3 de litre du révélateur neuf, il est temps de se séparer de l'ancien. Juste une astuce : si vous avez à nettoyer des traces de crayon sur de l'aluminium anodisé (pas facile !), le vieux révélateur fera des miracles... Pour se débarrasser du révélateur usagé, pas de problème : l'évier, le lavabo ou les toilettes conviendront parfaitement sans exiger d'attention particulière, sinon un rapide rinçage. Éviter toutefois de mettre les mains nues en contact avec ce produit : comme avec la soude caustique, on a la désagréable impression que la peau des doigts est en train de se dissoudre (c'est en partie vrai), il n'est donc pas utile de l'expérimenter trop souvent ! Quand la révélation est terminée, rincer immédiatement à grande eau, et immerger la plaque dans une cuvette remplie d'eau pure. Cela va permettre de vérifier attentivement que tout est correct avant gravure, mais les seules retouches possibles ne

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LES M É T H O D E S P H O T O G R A P H I Q U E S

vont être à ce stade que par grattage délicat au cutter des points (poussières à l'insolation) ou microliaisons. Il n'est plus permis de rajouter des pistes ou de boucher des trous. En effet, pour corriger au feutre par exemple, il faudrait que la carte soit parfaitement sèche; mais si on tente l'expérience, on constate une oxydation rapide du cuivre et - aussi curieux que cela puisse paraître - une grande difficulté à obtenir ensuite une attaque homogène à la gravure.

5.4 E N S U I T E D suffit maintenant de plonger la carte humide et toujours extrêmement fragile dans le bain de gravure préalablement chauffé et de poursuivre par les étapes indiquées au chapitre 4. Avant de conclure cette première approche photographique, nous allons voir quelques problèmes auxquels on peut être confronté. • Sous-exposition. Si on n'insole pas assez longtemps une carte, on court le risque de ne pas pouvoir la révéler correctement. On constate alors qu'un voile de résine photosensible reste, là où le cuivre devrait être parfaitement à nu. est inutile de prolonger indéfiniment le temps de révélation, et seul un grattage manuel peut encore sauver la situation si les zones sont petites. Toutefois il faut faire très attention, car on risque d'obtenir des petits grains de cuivre parsemés un peu partout. Il est préférable de refaire un tirage, de nettoyer la carte non conforme à l'acétone, et de la conserver intacte sous forme de circuit brut. • Surexposition. Cette fois, le temps d'insolation idéal a été largement dépassé, et la lumière a pu traverser le film, surtout dans le cas de calques. Il s'ensuivra à la gravure un piquetage des pistes et des surfaces. Comme dans le cas précédent, il faut recommencer. Contrairement à la photographie traditionnelle, où quelques secondes d'insolation en plus ou en moias peuvent modifier considérablement le résultat, l'insolation aux UV de films contrastés autorise une marge de manœuvre assez large. Il faudra effectuer des essais sur des petits morceaux de circuit imprimé, et mesurer les temps minimum et maximum tolérables, puis opter pour le centre de cette fourchette. Si par exemple on se trouve à la limite de sous-exposition pour 4 minutes et à celle de surexposition pour 8 minutes ; il conviendra de retenir 6 minutes comme temps idéal. Cela permettra de résoudre certains problèmes. • Panne en cours d'insolation. Il peut très bien se produire une coupure secteur pendant une insolation, et il faut alors tenter de procéder en deux fois. Il faut donc noter à chaque insolation

CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE l'heure de départ afin de pouvoir constater le plus précisément possible le temps déjà effectué. Quand le réseau est rétabli, on relance la machine pour le temps restant auquel on ajoute 30 secondes pour la remise en route. Bien évidemment, on n'aura touché à rien pendant la panne : surtout ne pas déplacer le film et la carte ! Pour certaines machines à vide disposant d'un plateau basculant, il faut immédiatement le retourner, car le compresseur aussi s'est arrêté et film et carte - s'ils restaient la tête en bas - se déplaceraient, et tout serait alors à recommencer. À la remise en route, on attendra bien que le vide ait été refait avant de retourner le plateau. Mauvaise enduction de la résine photosensible (photo 5.5). C'était un cas fréquent quand on enduisait soi-même au moyen d'un aérosol, mais nous avons fermement déconseillé cette méthode dès le chapitre 1. Toutefois, j'ai constaté une dégradation de la qualité d'enduction de certaines marques, et ce depuis sept ou huit ans déjà, au point que je me suis demandé si on ne refilait pas aux amateurs les déchets refusés par les professionnels...

Photo 5.5. Exemple de mauvaise enduction.

Il faut donc veiller à l'achat à ce que la pellicule de protection soit parfaitement plane et n'emprisonne aucune poussière, voire grains ! C'est une première garantie, mais il est évident que ce ne sera qu'en la retirant qu'on pourra constater d'autres défauts, comme des endroits oubliés (cuivre à nu), sur ou sousenduits. Si c'est le cas, n'hésitez pas à réclamer l'échange auprès de votre distributeur. S'il est sérieux, il n'hésitera pas, et se retournera à son tour vers son fournisseur. Le pire dont j'ai été victime est une sur-enduction au centre d'une plaque.

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LES M É T H O D E S P H O T O G R A P H I Q U E S Comme je tirais des séries de 4 circuits en carré, bien entendu le problème s'est manifesté sur les quatre cartes ! Ayant remarqué le problème en retirant la pellicule protectrice, j'avais choisi de frôler la surexposition, pensant naïvement que ça suffirait. Et bien non, il était impossible de révéler correctement cette zone centrale et au cutter, je n'ai pu sauver in extremis que deux circuits sur quatre. Par ailleurs, il arrive assez souvent qu'un bord de plaque ne soit pas enduit du tout sur une largeur pouvant atteindre facilement 1 cm. Prendre une réserve de 1,5 cm sur chaque côté n'est donc pas un luxe ! Coupe. Pour un circuit simple face, la coupe à la scie se fait côté cuivre en plongeant la lame dans la pellicule protectrice, bien évidemment avant de retirer cette dernière... Pour marquer la zone à tailler, un stylo à bille gras (genre Bic des plus ordinaires) convient parfaitement. Pour du double face, il faudra scier plus délicatement car la seconde pellicule va se trouver tendue vers l'arrachage, mais on a 1,5 cm de réserve quand même. Surtout bien ébavurer (lime, papier de verre) afin qu'aucune bavure ne puisse rayer le film. Il est plus avantageux d'acheter des grandes plaques (300 x 600) et de gérer soi-même la découpe au fil des besoins. Toutefois, cela est à décider avec bon sens par tout un chacun, en fonction de ses propres projets : si on se limite à 1 ou 2 d m par an, inutile de voir trop grand. Il faut savoir néanmoins que le circuit présensibilisé se stocke facilement et pendant de nombreuses années, pour peu qu'il soit gardé à l'abri de la lumière et dans un endroit non sujet à des variations extrêmes de température. 2

À mon avis, la méthode photographique présente de nombreux avantages, et mérite d'y réfléchir sérieusement. Pour des amateurs, il ne serait pas ridicule de se grouper afin de partager les frais et surtout de renouveler régulièrement les produits, comme on le fait pour un labo photo. Un artisan, comme une PME, gagnera un temps fou à disposer de son autonomie afin de mettre au point ses prototypes ou tirer de toutes petites séries (10 pièces). Au-delà, si le projet en vaut la peine, il est préférable de sous-traiter, surtout si l'on dispose d'un matériel informatique adapté, comme nous allons le voir au chapitre suivant.

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LES OUTILS INFORMATIQUES

6.1 Les logiciels

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6.2 Le traçage

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6.3 Le phototraçage

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6.4 Quels documents fournir à un sous-traitant ?

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Le double face

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Sécurité et documents utiles

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CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQU

6.1 L E S L O G I C I E L S Préambule On peut admettre, à l'aube de l'an 2t)(K), que quasiment tous les passionnés d'électronique sont équipés d'un ordinateur capable d'exploiter les logiciels spécialisés, permettant de dessiner ou concevoir des circuits imprimés. Ce n'était pas le cas il y a une quinzaine d'années, belle époque des CPC 464 et autres 6128 AMSTRAD. Ces machines ont incontestablement démocratisé l'informatique, et je m'étais attaqué avec mon ami Alain Capo à l'écriture de logiciels permettant de dessiner des schémas et des circuits imprimés, sur ces engins qui ne disposaient que de 64 ou 128 ko de mémoire. Et ça marchait! Moitié en assembleur, moitié en BASIC, ils avaient pour noms SAO (Schémas Assistés par Ordinateur) et CIAO (Circuits Imprimés Assistés par Ordinateur) (photo 6.1). Le succès de ces logiciels - et de leurs accessoires d'impression à l'échelle sur d'antiques matricielles 9 aiguilles, ou du surprenant ZONARD qui capturait une zone de dessin, la copiait, l'inversait, la mettait en négatif, etc. - a démontré qu'en 1987, la demande était très forte pour ce genre de produit. Tous les listings ont été publiés en détail dans feue la revue RadioPlans, en juillet 1987 pour SAO et novembre 1987 pour CIAO. Il est à noter que le CIAO pour PC vendu actuellement n'a rien de commun avec le CIAO d'origine A&C : les auteurs avaient demandé gentiment à l'éditeur de la version pour PC développée quelques années plus tard de préciser simplement ce fait dans leurs publicités, afin que les utilisateurs ne croient pas qu'il s'agisse du même produit. La mise au point n'a jamais été faite... Avec mon ami Capo, nous étions passés sur PC et avions pris contact avec le développeur d'un logiciel astucieusement conçu (en Pascal), mais envahi d'erreurs. Il était alors question d'en acheter la licence et de le «réparer», en fait le rendre dans un premier temps au moins conforme. Un exemple parmi cent : il y avait bien une sortie traceur (HPGL), mais le développeur n'avait pas de traceur! J'avais donc « plongé» dans l'achat d'une telle machine (10 kF), et découvert que les algorithmes des dessins étaient ridicules : le traceur était utilisé comme une imprimante matricielle, soit ligne à ligne pour le tracé d'une pastille, idem pour les pistes, bref du bricolage. Tous les algorithmes ont donc été refaits par mes soins, pendant qu'Alain Capo résolvait d'autres problèmes. Au bout d'une année de travail, on tenait un excellent produit : simple, convivial, capable de tracer intelligemment (tenant compte par exemple des déformations d'un calque), et disposant de fonc-

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LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S

Photo 6.1. CIAO pour CPC, version originale.

fions qui ne sont encore que rarement mises en œuvre. Tout était prêt, et le nouveau soft s'appelait COPPER, avec une jolie image de présentation pendant le chargement (faite avec ledit logiciel), et des centaines d'heures de tests réels. Au moment de conclure l'achat de la licence et commercialiser la version COPPER, refus du développeur originel avec pour motif : « pas assez de différences avec notre produit»! 11 est vrai qu'entre un logiciel qui plante et un semblable qui fonctionne seul l'acheteur est en mesure de faire la différence... Dégoûtés, épuisés, nous avons tout mis dans la corbeille, et pris des chemins divergents, jusqu'au jour où je suis entré en contact

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE avec M. Nefkens qui importait en 1990 un nouveau logiciel aux mille promesses. Un de plus, pensais-je après avoir essuyé les plâtres de nouvelles formules du genre : «ah oui, c'est vrai, la version de démonstration n'est pas parfaite, mais à l'achat tout est correct! »... Pour une fois, enfin, ce nouveau soft répondait à mes espoirs, et M. Nefkens était ouvert à toutes suggestions voire à des corrections. Il s'est trouvé à plusieurs reprises que j'appelle un soir pour signaler une erreur, que mon message soit immédiatement communiqué au concepteur (en Hollande), et que la mise à jour soit faite par modem le soir suivant! Depuis bientôt dix ans, c'est toujours avec le même plaisir que j'utilise ce logiciel sous DOS. II est primordial qu'il en soit ainsi: un outil, quel qu'il soit, doit être un « a m i » . Ainsi, chacun peut avoir des affinités différentes, mais une fois qu'on a trouvé le bon logiciel, je déconseille de se disperser à en essayer d'autres : même si la prise en mains se doit d'être rapide, pour connaître toutes les finesses d'un soft, il faut y accorder beaucoup de temps. A titre indicatif, j'ai plus de 15 000 heures de vol sur ce logiciel, mais n'ai toujours pas la prétention d'en tout savoir, et je découvre des astuces de temps à autre qui me mettent en joie (comme dessiner des bus elliptiques concentriques par exemple).

Les c a r a c t é r i s t i q u e s Après ce long préambule, nous vous proposons de faire une liste des performances que l'on doit exiger d'un logiciel de CAO. *

Avant tout, qu'il vous plaise par sa présentation, sa convivialité, sa rapidité, sa simplicité et sa souplesse d'utilisation. Cela va peut-être surprendre, mais un bon logiciel pour dessiner des circuits imprimés doit avant tout être un bon outil de dessin tout court. 11 doit laisser la main à l'utilisateur, sans jamais le contraindre ou le limiter dans sa création. Il y a quelques années, sur un Salon (EXPOTRONIC), l'auteur jouait avec ce logiciel. Au moment d'aller manger, il avait dessiné un lapin rigolo à l'écran, et laissé le moniteur visible à tous. Quand il est revenu sur le stand, quelques curieux attendaient, et ont demandé - un peu perplexes toutefois - si c'était bien un logiciel pour dessiner des circuits imprimés... Il a été facile de prouver que c'était le cas, et plus encore : les visiteurs n'ont pas hésité à poser des problèmes particuliers, et nous les avons résolus ensemble à coup d'astuces. Quand on était arrivés au résultat escompté, tout le monde applaudissait comme si la France avait gagné la

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LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S coupe du monde de football ! La joie de manipuler un bon outil était partagée. •

faut disposer impérativement d'une version de démonstration 100% utilisable, sauvegardes et impressions comprises. C'est la seule façon de s'assurer que ça va fonctionner (aussi) chez vous. Bien entendu, il ne sera pas question de faire de grandes cartes, mais déjà d'entrer en contact réel avec le produit, sur ses machines. Certaines évaluations permettent de créer (et conserver) ses propres librairies. On modélise alors des composants particuliers avec la démo, et ils seront exploitables immédiatement à l'achat d'une version plus conséquente. C'est une excellente manière d'entrer en contact avec les fonctions de base d'un tel logiciel. Par expérience, si la modélisation des composants est «intelligente», c'est très bon signe, car s'il est offert des tonnes de librairies par le fournisseur, à l'évidence il manquera toujours le composant que vous attendez.

• Une fois le minimum requis pour un amateur (impression parfaite sur une imprimante donnée), il faut ensuite s'assurer de pouvoir communiquer avec les sous-traitants, et de disposer de sorties HPGL, Gerber, Excellon, etc. • La possibilité de personnaliser aisément les largeurs de traits et les formes de pastilles est aussi un critère de qualité. en est de même pour les diamètres de perçage, les couleurs de couches, les macros, etc. • le routage automatique est un plus, mais il ne faut surtout pas croire que la machine va faire tout le travail à votre place. Cela mérite quelques explications. Le processus permettant de lancer un routage automatique, commence par un long travail consistant à accorder le logiciel de tracé de schéma avec celui de dessin. Il faut en effet (par exemple) que le simple dessin d'un transistor sur schéma, corresponde exactement aux divers boîtiers réels proposés. C, B, E (collecteur, base, émetteur) ne se répartissent pas de la même manière sur un BC547, un BD237, un TIP3l ou un 2N3O55, pourtant le dessin sur schéma est toujours le même; seule la nomenclature fera la différence pour le PCB. La tendance actuelle consiste à engorger la mémoire de l'ordinateur de données bien inutiles et parfois contradictoires. Imaginons le seul dessin d'un transistor NPN ou PNP pour un schéma, et adoptons arbitrairement pin 1 pour C, pin 2 pour B et pin 3 pour E. Tous les boîtiers doivent alors suivre ce code pour les images PCB, et il suffit alors de modéliser chacun en numérotant la pastille collecteur 1, la base 2 et celle de l'émetteur 3, NPN ou PNP confondus.

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

I

La figure 6.1 donne une idée de la correspondance schéma-PCB pour les quatre types servant à notre exemple.

Figure 6.1. Correspondance schéma-boîtiers.

Comme le principe met en évidence qu'il faut modéliser obligatoirement chaque boîtier pour le PCB, que penser d'une simple résistance ? Composant à deux pattes, non polarisé, il sera appelé Rn dans la nomenclature; mais des «résistances à 2 pattes», il doit bien y en avoir au moins une trentaine de modèles différents, allant des CMS aux 25 W, en passant par les non inductives 2 W en boîtier TO22O et autres à venir. Modéliser chaque empreinte en CAO est indispensable, mais il nous semble inutile d'avoir une trentaine de références schéma. Une seule suffit, et il est alors très facile d'indiquer avec un éditeur de texte dans le fichier .CMP, le modèle exact désiré. En effet, quand on va analyser le schéma pour l'exporter vers le logiciel de dessin, deux fichiers vont être créés. Si par exemple le nom du dessin est TEST.SCH, les deux fichiers seront TEST.CMP et TEST.NET. Au format CALAY, le premier contient par exemple : 100 nF C8 Cela est facile à lire : il s'agit d'un condensateur de 100 nF, identifié C8, dont on attend d'indiquer la correspondance CAO (le modèle souhaité à l'implantation), et qui sera placé aux coordonnées X, Y, et en rotation ou non. En modifiant la ligne simplement ainsi : 100 nF C8 On indique par COI qu'il a été choisi un condensateur Milfeuil, COI étant le nom donné à ce type de composant, et dont la modélisation est conforme à la réalité physique. Si au lieu de COI on avait mis C i l , le composant aurait été un gros MKP63OV, toujours de 100 nF. C'est très simple, et autorise des modifications, des composants comportant de multiples implantations, etc., sans engorger les bibliothèques de schéma de mille noms

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LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S d'appel. Petite précision orthographique : au format CALAY, 100 nF est écrit ÎOONF. À respecter. Le second fichier, TEST.NET, va créer des lignes de ce type : ,

/N00012 C4 ( 1 ) R16 (2) R5 (1) IC2 (6)

C'est la liste des NET, soit tous les points qui sont portés à un même potentiel. Ainsi on peut décoder que le NET n° 12 lie la broche 1 de C4 à 2 de R16, à 1 de R5 et à la pin 6 de IC2. Le « ; » qui termine la ligne indique que le NET n° 12 est complet. C'est un exemple court, mais parfois certains NET comportent plusieurs lignes (les masses par exemple). Chaque ligne est alors séparée de la suivante par une «, » et seul le « ; » final indique que le NET est complet. La lecture attentive de ce fichier permet parfois de détecter certaines erreurs et de les corriger rapidement. Par exemple, on a marqué à un endroit du schéma +VCC et à un autre VCC+. C'est une étourderie qui ne porte pas trop à conséquences sur le schéma, mais la NETLISTE va considérer que ce sont deux potentiels différents et créer un net/+VCC et un autre/VCC+, ce qui conduit à une liaison manquante. On a la solution de corriger le schéma et de remplacer +VCC par VCC+, puis de relancer la moulinette créant les deux fichiers .CMP et .NET ; mais attention : si vous aviez déjà complété le fichier .CMP, tout sera alors à refaire. Il est beaucoup plus judicieux de corriger à l'éditeur de texte, en ajoutant à la liste/VCC+ les données de / + V C C , et de supprimer ensuite cette dernière. Le schéma sera corrigé par ailleurs, juste pour conformité. Parfois c'est l'inverse : on identifie un NET suspect (trop long), et on découvre une liaison effectuée par erreur sur le schéma. Il faut alors le séparer en deux, et créer une nouvelle ligne de type/NOOOxx. Tout cela est en fait très simple, mais on est en droit de se poser la question suivante : « Faut-il donc un logiciel de dessin de schémas et un autre pour les P C B ? » C'est l'idéal si on en a les moyens, mais certains softs pour PCB autorisent des librairies de composants et sont en mesure de créer (pour eux-mêmes) les fichiers .CMP et .NET utiles au routage automatique. Attention encore aux librairies fournies avec les logiciels de schéma ou de PCB : j'ai détecté des erreurs effrayantes. Par exemple un régulateur de la série 79 numéroté comme les 78... ! Heureusement, je routais manuellement, et je me suis alors trouvé en conflit avec la NETLISTE. Certain qu'il y avait une erreur dans la chaîne logicielle, j'ai remonté celle-ci et ai découvert une joyeuse inversion dans la librairie d'un soft prestigieux. Nul n'est parfait, c'est évident et heureusement humain, mais une erreur «cohérente»

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CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

tout au long d'une même chaîne a de quoi déstabiliser. En fait, le logiciel de dessin de schéma comportait une erreur de numérotation des broches pour la série des 79xx ; mais, comme il transférait le même défont dans ses modélisations PCB, on n'y voyait «que du feu», sauf dans les publications, pour peu qu'on soit attentif et expérimenté. La figure 6.2 illustre une telle situation. En circuit fermé, certaines erreurs de ce type passent très bien, seule la compatibilité en milieu de processus tire le signal d'alarme.

Figure 6.2. Conséquences des erreurs entre schéma et PCB.

Autre erreur trop fréquente : on trouve des modélisations de composants fausses, comme par exemple, des Sub-D implantées au pas de 2,54 mm ! La bonne méthode consiste donc à faire soimême ses propres librairies, soigneusement vérifiées. Nous avons vu qu'avec les fichiers C M P et .NET, tous les éléments utiles à une automatisation du tracé des pistes sont réunis. Néanmoins il ne faudrait pas se leurrer, et penser que la machine va faire toute seule le travail. C'est vrai, il est possible d'annoncer dans les publicités des affirmations du genre «routage garanti à 1 0 0 % » ; pour peu qu'on n'indique pas dans quelles conditions... Si c'est pour faire un 1 0 0 % avec 6 ou 8 couches, c'est facile ; par contre résoudre le même problème en simple ou double face est une autre affaire. 11 faut être conscient que le placement judicieux des composants, le tracé même du schéma (parfois l'inversion de 2 portes dans un circuit logique peut simplifier considérablement la tâche), l'ordre de lecture des

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NET, le choix de l'algorithme de routage, de la stratégie, etc., sont autant de paramètres capables d'influer sur le résultat. La figure 6.3 est un exemple concret : d'un même schéma (CMP et NET) deux solutions sont proposées. La première est issue d'un placement automatique des quatre circuits intégrés, puis d'un routage automatique en deux faces. La seconde a fait appel à un minimum de réflexion, conduisant à un placement plus judicieux des composants. Le résultat se passe de commentaire : la carte est plus petite, en simple face, et le tracé d'une extrême simplicité!

Figure 6.3. a, b, c. Routage automatique.

d, e. Idem, mais autre placement.

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

En fait, il faut avouer qu'il s'agit à l'origine d'un circuit test, dit Bartels (du nom de son concepteur), destiné à faire des comparaisons d'autorouteurs. On trouvera au chapitre 8 les règles de ce test, volontairement compliqué : toutes les liaisons du chevelu sont <« en croix », un enfer pour les routeurs. Chacun pourra ainsi jouer à résoudre le problème original, soit Ul à U4 alignés dans l'ordre numérique, et tous orientés pin 1 en haut à gauche. Le jeu consiste à arriver à un routage à 100%, avec un minimum de via, et bien évidemment dans la plus petite surface possible. À l'époque, l'auteur détenait le record en 1990 (17 via seulement), avec le tracé (bien imparfait) visible en figure 6.3 a et b. Il faut dire que, depuis, il a modifié le diamètre des pastilles (dont les via) afin, précisément, qu'ils soient utilisables en prototypes, sans imposer de métallisation. De ce fait, l'impression actuelle peut parfois faire croire à des défauts d'isolation, mais il n'en est rien avec les règles originales. Plus important est de remarquer le ridicule du routage en face 2, sous Ul : les pistes pourraient être plus espacées... Si on sait router manuellement, tous les automatismes s'avèrent alors déroutants, ce que démontre souvent la pratique. Chacun optera à l'évidence pour ce qui lui semblera bon, sans perdre de vue quand même que, pour un prix raisonnable du logiciel, le paramétrage intelligent d'un routeur automatique demande un savoir-faire proche de celui d'un artiste capable de résoudre seul le problème, en moins de temps et à main levée ! Disposer d'un fichier .CMP et .NET est toutefois bien agréable, même si on trace les pistes manuellement. En effet, chaque net étant connu par la machine, les logiciels bien conçus mettent en évidence tous les points à relier à un même potentiel, par surbrillance ou changement de couleur initiale des passages obligés. C'est très pratique, car les erreurs les plus fréquentes sont souvent grossières : on raccorde une piste à la pin 23 alors qu'il faudrait aller en 24. Avec l'assistance du fichier .NET, un signal d'alarme va se déclencher, attirant ainsi l'attention de l'étourdi.

6.2 L E T R A Ç A G E Outre l'impression des dessins à l'aide des procédés classiques, l'exploitation des fichiers HPGL par un traceur est une étape intéressante (photo 6.2). Pourtant, investir actuellement dans un traceur uniquement dédié à la confection de films de circuits imprimés, mérite réflexion. La procédure par elle-même est simple : le dessin du PCB est converti en fichier HPGL, puis envoyé au traceur après avoir sélectionné toutes les options souhaitées telles que choix des couches, miroir, pastilles débouchées ou non, échelle, etc. La

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Photo 6.2. Un traceur A3 préparé pour le phototraçage.

machine va alors prendre une plume et recopier fidèlement sur un support quelconque (calque, transparents spéciaux, voire papier) tous les motifs concernés. Pour avoir pratiqué longtemps cette méthode avec succès et à l'échelle 1, on peut affirmer qu'il est possible d'obtenir des films directement utilisables pour une insolation sur PCB présensibilisé, mais que de nombreuses conditions sont à réunir afin d'y arriver ! Il faut tout d'abord bien choisir le support et son mode de fixation (pour les traceurs à plat), le type de plume, l'encre, sans oublier l'importance du logiciel qui va gérer les mouvements de la plume. Il serait malhonnête de ne pas reconnaître que ça ressemble au parcours du combattant, et que bien souvent il faut effectuer des retouches manuelles (voire des copies sur film), afin d'assurer un 100% correct. Trop de paramètres sont en jeu pour indiquer une méthode fiable, à moins de citer des produits (hard et soft) très particuliers, ce qui n'est pas le but ici. II est plus important de comprendre les principes afin d'en tirer profit, aussi allons-nous tenter d'en faire rapidement le tour - tout du moins pour ceux que nous avons pu constater en pratique -, et ce pour des traceurs à plat A3, finalisant à l'échelle 1. Tout d'abord, il faut exclure les feutres ou fibres de tous types, et n'opter que pour des plumes à encre de Chine. Les feutres livrés avec la machine (6 ou 8 couleurs), ne seront éventuellement utilisés que pour des contrôles à grande vitesse sur papier. Tenter de tracer sur calque par exemple avec ces plumes ne peut être admissible que pour un contrôle visuel de superposition de couches, mais est à proscrire pour faire un film utilisable. La seule solution à retenir est la plume (photo 6.3) (0,35 mm en général) prévue pour tracer à l'encre de Chine, et exploitée à la vitesse la plus lente offerte par le traceur, soit en général 1 c m / s , toute autre tentative étant vouée à l'échec.

CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE Photo 6.3. Plume et encres pour traceur.

La vitesse de pointe d'une telle machine est souvent mal interprétée: on pourrait penser tracer à 4 0 c m / s , mais c'est absurde. Il suffit de faire un essai à la main avec un tel stylo, pour constater que le débit de l'encre doit « suivre » le trait si on veut en garder une largeur constante. En fait, cette vitesse maximale est par contre très intéressante pour accélérer les déplacements quand la plume est levée. Nous verrons aussi au paragraphe suivant (Le phototraçage) que les caractéristiques de la machine peuvent être intelligemment exploitées, mais avec les plumes à encre il faut rester modeste. II peut être utile de savoir que, contrairement aux stylos à encre de Chine classiques, le réglage du débit de la plume n'est pas effectué par une masselotte liée au capillaire, mais par un petit ressort inclus dans la plume. De ce fait, si la remontée du capillaire est plus rapide (fin de trait franc à la commande de remontée de plume), il reste néanmoins qu'à la descente de plume, l'ouverture du réservoir fait quand même la goutte bien connue ! Aussi, comme nous le verrons plus loin, les algorithmes du logiciel ont une incidence considérable sur le résultat, a fortiori à l'échelle 1. On propose parfois des plumes céramiques (fort coûteuses) qui permettent soi-disant de travailler à des vitesses

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ES OUTILS INFORMATIQUES plus élevées. Pour en avoir fait l'expérience, nous pouvons affirmer qu'il n'en est rien ; par contre leur durée de vie est nettement supérieure à celle des modèles classiques. Le support a aussi une part importante de responsabilité, si on veut obtenir un film opérationnel. Le calque est sans doute le plus économique à tous égards, mais on trouve aussi des feuilles de polyester maté deux faces, plus stables, nettement plus coûteuses, et qui ne deviendront jamais un vrai film réutilisable pendant de nombreuses années. Le traçage sur film (malgré les plumes et encres spéciales) reste un rêve : la couche d'encre, quand elle veut bien sécher parfaitement, est d'une extrême fragilité; pire qu'un film mono couche traditionnel! En effet, l'encre rapportée sur le support ne fait jamais corps avec ce dernier et si pour un film photo on risque de rayer la couche, avec cette formule il faut plutôt craindre la bavure. Le calque a ses défauts (instabilités dimensionnelles) mais présente toutefois une qualité majeure : il intègre l'encre dans ses fibres et le tracé fait alors corps avec le support, ce qui est important. Le mode de fixation de la feuille sur le plateau du traceur peut être de 2 types : soit ce sont des petites bandes magnétiques souples que l'on pose sur les bords de la feuille, soit la table dispose d'un plateau électrostatique. Attention dans les deux cas aux disquettes et autres stockages d'informations magnétiques (cassettes audio, vidéo), idem pour les montres mécaniques! Le plateau électrostatique est fort sympathique, mais il est souvent nécessaire d'ajouter des petits morceaux de ruban adhésif pour garantir une parfaite tenue des supports fins, surtout dans les coins. Si la feuille se relève pendant le tracé et que la plume vienne à l'accrocher, on imagine aisément les dégâts : froissage du support, voire blocage de la machine, plume qui tombe en cours de travail, etc. Une fois réunies les conditions indispensables à un tracé correct (une bonne plume, l'encre idoine, un bon support parfaitement tenu), il ne reste plus qu'à confier le fichier HPGL à la machine et prier... En effet, le logiciel qui fournit le fichier a une part considérable dans le résultat final, ce que l'on découvre souvent trop tard si la démo n'est pas 1 0 0 % fonctionnelle ! Il est passionnant - quand on en a le temps - de comparer les méthodes adoptées par divers développeurs pour conduire une plume à tracer un trait large, le même à 45°, une pastille, etc. ; idem pour la logistique générale du travail. Plusieurs exemples vont aider à comprendre l'importance des décisions humaines dans l'écriture d'un soft. On est en droit de se demander parfois si le développeur fait des tests réels de son propre produit (comme

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s'il en était utilisateur), car certaines démarches intellectuelles démontrent clairement une méconnaissance totale du «terrain». Partir du principe que le support est rigoureusement stable, inerte, que les plumes n'ont aucun défaut et ne se bouchent jamais (!), est aussi ridicule que de supposer la température d'une machine parfaitement constante entre sa mise en route et deux heures de fonctionnement intensif... Parmi ce qui est offert, on peut distinguer quatre cas intervenant sur le résultat : • les algorithmes des pastilles et des caractères alphanumériques (entités fréquentes) ; • la gestion du tracé des pistes; • le remplissage des plans de masse (fill) ; • l'ordre et le sens du tracé. Les modèles de pastilles ainsi que les éléments des polices de caractères sont des entités prédéfinies par le créateur du logiciel et même s'il est possible d'intervenir sur les formes et les tailles de ces éléments fournis, les algorithmes restent les mêmes. Aussi, faut-il faire attention à ce qu'ils ne soient pas purement et simplement ridicules. Certains logiciels prestigieux remettent en cause toute leur crédibilité de sérieux au moment de tracer. Par exemple, pour dessiner une pastille ronde, l'algorithme est une spirale! Outre le temps considérable nécessaire pour achever une telle pastille, on conçoit bien que la plume s'encrasse très vite à force de passer et repasser très lentement dans ce qu'elle vient d'encrer (et qui n'est pas encore tout à fait sec), donc pâteux. est impossible alors d'aller au bout d'une carte comportant 200 ou 300 pastilles de ce type, sans surveiller en permanence la machine et réagir très vite quand la plume n'en peut plus : mise en pause immédiate du traceur, nettoyage de la plume, remise en route en sachant qu'une correction manuelle sera à faire à cet endroit, etc. En toute franchise c'est une galère, et la seule solution est de récrire les algorithmes, mais est-ce le travail de l'utilisateur d'un logiciel ? Parmi les autres aberrations, on peut citer la mauvaise gestion des descentes de plume conduisant à des pâtés lamentables (d'où exclusion de sorties utilisables à l'échelle 1 ) ; des principes surprenants tels que le tracé de toutes les lignes horizontales d'un dessin, puis de toutes les verticales ; 15 descentes de plumes pour tracer un « 8 » ; des pistes larges inclinées qui s'avèrent creuses (non remplies au centre) ; des remplissages de surfaces faits ligne à ligne (toujours de gauche à droite, et ce avec la plus petite plume déclarée), etc. Le lecteur non averti pourrait penser que l'usage d'un traceur est un chemin de croix. Ce serait en partie

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LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S vrai si on n'osait dénoncer certains abus des logiciels. Comme nous avons « donné », vu le pire et le meilleur, passé des centaines d'heures à tenter de comprendre puis corriger ce qui était possible (voire nous adapter aux défauts incontournables), nous pouvons oser dire ici quelques vérités (constats), afin d'attirer votre attention et de tenter de vous éviter les désillusions épuisantes. Un traceur est une machine formidable pour peu qu'elle soit correctement pilotée et certaines stratégies peuvent parfaitement convenir dans certains cas, mais s'avérer désastreuses dans d'autres. Pour les plans de masse ou autres surfaces importantes, il est fortement déconseillé de chercher à les remplir à la plume encre, car 99 fois sur 100 on est confronté à un bouchage de cette dernière. Il est préférable de signaler ces zones par des traits inclinés ou des codes personnels et de compléter ensuite le tracé soit au feutre rouge spécial, soit en collant du ruban litho rouge. Une astuce intéressante consiste (si le logiciel le permet) à mettre le remplissage sur une couche réservée à cet usage, par exemple couche 4. Ainsi, il suffit d'exclure la couche 4 du tracé « encre », puis - quand le prototype est conforme - de la mixer à la couche 1 ou 2 pour lancer une fabrication. Parmi les astuces de traçage, en voici une autre très utile pour les finalisations à l'encre sur calque, notamment pour les passages délicats des pistes entre les pastilles espacées de 2,54 mm. Certains logiciels commencent par dessiner toutes les pastilles d'un PCB, puis tirent les traits. Bien entendu, on doit avoir la possibilité de faire l'inverse en lançant le traceur deux fois, mais l'expérience prouve que si le calque humidifié par l'encre se déforme, il lui faut quand même un certain temps pour en mesurer les effets. Aussi, pour un PCB relativement chargé, le tracé des pastilles peut prendre 20 à 30 minutes, et celui des pistes autant. C'est suffisant, dans un cas comme dans l'autre, pour déformer le support; aussi, les pistes devant se glisser dans des endroits délicats ont toutes les chances de se trouver trop proches des autres éléments et ne plus être en mesure de s'en dissocier correctement. La seule solution que nous ayons trouvée consiste à créer une couche spéciale pour ces pistes fines, les tracer en premier, à continuer par les pastilles puis les traits larges. Alors tout est correct, car le support n'a que très peu été humidifié par les traits fins (donc quasiment pas déformé), et le tracé des pastilles peut avoir le temps de se faire sur une surface presque intacte. Le résultat est flagrant mais demande, une fois de plus, une certaine souplesse du soft. En écrivant ces lignes, je me remémore certaines notes de service du genre : « ne pas engorger sur ce logiciel le côté composants,

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE comme le fait J. Alary... ». Un tel message suffisait à mettre en évidence des contraintes inacceptables imposées par « le nouvel outil », contraintes auxquelles je me suis empressé d'échapper, en fournissant des prêts à l'emploi, à partir de mon logiciel à moi, en toute liberté. La figure 6.4 devrait expliquer ce choix.

documents

Figure 6.4. Quelques implantations très représentatives.

Il est vrai que si le soft est « malin », la modélisation des objets complexes est - sinon un jeu d'enfant - plaisante au point d'abonder parfois dans les détails, mais personne ne se plaint d'une sérigraphie des composants trop représentative. Bien au contraire, c'est parfois indispensable quand il s'agit de mettre en rapport un PCB et la mécanique qui sera censée l'habiller. Le traceur est alors la machine magique permettant de simuler, repérer, une présentation proche de la réalité. Il est possible en effet de jongler avec les couches et sur un même dessin de placer PCB, mécanique, plans de perçage et sérigraphies des faces avant et arrière d'un projet. On peut voir, figure 6.5, un exemple de présentation d'une face avant en trois phases : une copie d'écran complète du modèle, avec des indications diverses purement mécaniques (encombrement, etc.) ; la sélection de la seule couche utile à la de la sérigraphie de façade; enfin, un plan de perçage pointer et percer directement dans la matière (ici un fader MCB à axe décalé).

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Figure 6.5. a. Modélisation complète. b. Présentation en face avant. c. Plan d'usinage.

Le format A3 permet déjà d'envisager de beaux dessins, mais parfois on a besoin de plus de longueur (éch. 1) comme par exemple pour les racks 19 pouces, des tranches de console audio, etc., mais ça ne doit poser aucun problème si on prend garde de préparer la coupe du dessin à l'ordinateur (en plaçant des repères) puis d'assembler les morceaux soigneusement. Ultime précision : il est totalement inutile de prévoir un ordinateur de dernière génération pour tracer, et un vieux 8086 fait parfaitement l'affaire, même avec un disque dur de 20 Mo. Cela permet

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de créer un poste autonome à moindre coût, et de libérer les machines principales pour œuvrer à d'autres tâches. J'ai été étonné de voir une personne chargée de préparer des fichiers CAO et de les tracer, lire des revues pendant que le traceur œuvrait : une grande carte peut demander parfois deux heures pour tirer deux faces et le côté composants ! Être à proximité de la machine afin de veiller à ce que tout se passe correctement est nécessaire, mais de là à ne rien faire d'autre sous prétexte que le PC est occupé, il y a une marge...

6.3 LE P H O T O T R A Ç A G E L'idée d'insoler directement à partir d'un traceur un vrai film (par procédé photographique) est séduisante, mais inaccessible financièrement à l'amateur : il faut en effet prévoir au bas mot 10 kF pour le traceur et entre 10 et 20 kF pour le système de phototraçage. Trois méthodes différentes existent sur le marché, et nous verrons qu'elles ne sont pas toutes parfaites, l'une d'entre elles étant même à proscrire totalement. Le principe consiste à remplacer la plume encre, par une plume comportant une source lumineuse adaptée au film choisi. Quand la plume est doum (en contact avec le film) une petite lumière vient insoler la couche et quand elle est up (relevée), la source lumineuse est éteinte. La plume étant reliée à un processeur quelconque par fibres optiques, il est important de bien s'assurer que cette fibre sera libre et ne gênera jamais le déplacement du bras du traceur. La figure 6.6 donne une idée de la solution que nous avons retenue : un petit bras, en élévation

Figure 6.6. Bras guidant la fibre optique de la plume.

LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S à 20 ou 25 cm de la table, maintient la fibre de telle sorte qu'il y ait juste ce qu'il faut de « mou » pour que la plume puisse se déplacer librement sur toute la surface autorisée. Avant de voir les diverses solutions offertes pour phototracer, il est important d'en connaître les avantages : • les plumes ne sont jamais bouchées, ni en panne d'encre ; • le support n'est plus contraint à être humidifié par la plume, et garde de ce fait une excellente stabilité dimensionnelle ; • comme il ne peut y avoir d'encrassement du stylo, certains interdits tels que le remplissage de grandes surfaces, ne posent alors plus aucun problème ; • la stabilité du support élimine la contrainte consistant à tracer en premier les pistes fines passant entre deux pastilles, et les fichiers de dessin sont alors prêts pour une sous-traitance immédiate de séries; • d'autre part cette stabilité permet d'assembler plusieurs fichiers sur un même film A3, sans crainte de déformation (ni de panne d'encre); • enfin (sous réserve de choisir un bon procédé), plume peut être considérablement augmentée 10 c m / s , donc réduire en moyenne par 4 ou 5 traçage par rapport à une plume encre pilotée à 1

la vitesse de et passer à le temps de cm/s.

On peut s'étonner de nos estimations, et légitimement penser que, si on va 10 fois plus vite, on mettra 10 fois moins de temps. D n'en est rien, sauf si on n'avait à tirer que de longues lignes droites, mais le dessin d'une pastille par exemple est souvent complexe et constitué de formes imposant une procédure ralentissant considérablement la vitesse maximale possible. Un véhicule automobile peut offrir une vitesse de pointe de 100 km/h, mais si on lui demande de tourner en rond avec un rayon de braquage de 5 m, il est aisé de comprendre qu'il sera impossible d'atteindre la vitesse de pointe annoncée! Aussi, pratiquement, multiplier par 10 la vitesse machine ne conduit en moyenne qu'à un gain de temps de 4 ou 5 (très exceptionnellement plus) mais ce n'est déjà pas si mal. Si on sait que pour tracer directement sur du film photographique classique, il est impératif de se trouver dans les conditions habituelles d'un labo photo (lumière rouge), réduire un temps de 45 minutes pour un tracé à la plume encre à seulement 9 minutes est appréciable. Parmi les méthodes proposées par divers fabricants, on peut citer une carte à mettre dans le PC ; un boîtier externe qui demande une adaptation du traceur ; et un boîtier externe permettant cette

f>

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE fois (sans modification) d'insoler des films UV, donc en lumière ambiante atténuée. Pour la petite histoire, j'ai testé les deux premières solutions dans des conditions d'utilisation réelles, mais la troisième n'a jamais pu être essayée dans les mêmes situations. Mais voyons ensemble les faits chronologiquement parlant, car ils le méritent. Très intéressé par le procédé dès 1992, j'ai pris contact avec une société important un boîtier d'origine allemande, mais qui imposait un traceur de marque Roland et une adaptation technique à effectuer dans cette machine. Ne disposant que d'un traceur d'autre marque, la décision d'investir dans un nouveau traceur et dans le boîtier de commande pour un procédé n'ayant pas fait ses preuves «à la maison» était délicate, comme on peut s'en douter! Mais l'importateur, M. Gérard Nefkens, m'a confié dans un premier temps un ensemble complet, afin de faire des tests poussés en totale liberté. La première tâche consistait déjà à «bricoler» le traceur tout neuf... Oh, peu de choses en vérité : inverser trois signaux (pen, motor x, motor y) et faire en sorte que le raccordement de ces signaux au boîtier de commande soit élégant. La raison de ce raccordement est très astucieuse, car elle indique au boîtier les commandes réelles du traceur (plume haute ou basse, vitesse des moteurs x et y), cela afin d'en tenir compte de manière intelligente, comme nous le verrons plus loin. Un soigneux travail de repérage a permis de remplir ces impératifs, proprement et en toute sécurité. Une publication de la procédure à suivre (dans ERP n° 549) sert encore de référence pour les nouveaux utilisateurs. Il faut savoir que cette adaptation ne modifie en rien le comportement normal de la machine, et si on désire mettre des plumes fibre ou encre, il suffit d'éteindre le boîtier LP2002 et de ranger les plumes optiques pour ne pas risquer de les user inutilement, c'est tout. Une fois l'adaptation mécanique prête, les tests ont enfin pu commencer, et il a fallu de nombreux jours (dans le noir...) avant d'arriver au code magique 600-734, offrant enfin des résultats parfaits. En effet, le boîtier de commandes comporte six roues codeuses gérant chacune un paramètre et permet de piloter 3 plumes (photo 6.4). Avant de donner des détails concernant ce code magique, il est important de prendre conscience que 3 plumes reliées chacune par une fibre optique est une folie: les fibres se «croisent les bras», les plumes tombent, etc. 11 est beaucoup plus raisonnable de se limiter à une seule plume de 0,35 mm dans tous les cas courants, ou de procéder en deux passes (deux fichiers complémentaires) pour les situations exceptionnelles. Sur ma machine,

6 Photo 6.4. Plumes optiques.

je dispose de 2 plumes (0,35 et 0,18 mm), mais la plus fine n'est utilisée que pour des documents devant être tirés à une échelle inférieure à 1, ou pour mettre en évidence des algorithmes (tracés échelle 5 avec une plume de 0,18 mm, mais une commande soft à 0,35 mm) (photo 6.5). Voici enfin les clés du code 600-734. En lisant les chiffres de gauche à droite (photo 6.6), on reconnaît les 6 roues codeuses : • 6 = luminosité de la plume n° 1 (active) ; • 0 = luminosité de la plume n° 2 (non utilisée) ; • 0 = luminosité de la plume n° 3 (non utilisée) ; • 7 = luminosité générale des plumes 1 à 3 (cela permet de changer de sensibilité de film, sans avoir à dérégler l'équilibre adopté pour chacune des plumes) ; • 3 = retard à l'extinction (pen up) ; • 4 = retard à l'allumage (pen down).

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Photo 6.5. Détails d'algorithmes de traçage (dans le second cadre, on peut remarquer un bug sur les pastilles rectangulaires. Si le tracé de la forme est correct, le remplissage déborde allègrement).

Cela mérite quelques explications intéressantes. S'il est facile de comprendre la raison des quatre premiers codes, les deux derniers peuvent intriguer, et c'est alors que l'on va comprendre la raison du couplage boîtier de commandes avec le traceur. Prenons un exemple simple tel que le tracé d'un trait horizontal d'une vingtaine de centimètres de long. La phase de travail du traceur va être : prise de la plume par le bras;

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Photo 6.6. Boîtier de phototraçage LP2002.

déplacement aux coordonnées xy du point de départ du trait (ces deux opérations sont faites à vitesse maxi, soit dans notre cas 40 c m / s ) ; descente de plume; accélération du moteur x jusqu'aux coordonnées x'y de fin du trait ; relevé de la plume; enfin, soit déplacement vers un autre départ de trait, soit retour du bras afin de ranger la plume et dégagement de ce dernier à l'extrémité droite de la machine (à vitesse maxi). 11 est aisé de comprendre qu'entre un ordre donné électroniquement à un système mécanique et l'action réellement exécutée, il se passe un léger temps qui peut avoir des conséquences fâcheuses. En effet, si une commande d'allumage de la plume est immédiate quand on indique à cette dernière de descendre, on arrive déjà ï>crs le film avec une source lumineuse, alors qu'il faudrait

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que cette dernière ne soit active que quand la plume est réellement en contact avec le film. Ces derniers étant très sensibles, on conçoit bien qu'il va se produire un flou, ressemblant à une goutte d'encre! On peut aisément reproduire le phénomène au ralenti, en approchant une lampe de poche sur un papier : pendant tout le temps de l'approche, la lampe crée un halo, jusqu'au moment où elle sera enfin posée sur la feuille. La solution consiste donc à retarder légèrement l'allumage de la plume afin qu'il soit synchrone avec le contact réel sur le film. C'est ce retard qui se règle au moyen de la roue codeuse « 4 », à l'extrême droite. Si on ne met pas assez de retard on crée une goutte; si on en met trop, c'est le début du trait qui n'est pas net (départ en fuseau). Le lancement du moteur, également, ne va pas se faire sans une accélération, donc un temps de prise de vitesse. Le boîtier gère alors seul l'intensité de la lumière en fonction de la prise de vitesse : plus forte au démarrage, réduite au fil de l'accélération ; afin de garder au trait une largeur constante grâce à des temps d'insolation réguliers. En fin de parcours, il faut à nouveau effectuer une correction. Les déplacements du bras sont confiés à des moteurs pas à pas, dont on sait qu'ils disposent d'un excellent freinage ! De ce fait, la plume lancée à pleine vitesse s'arrête net dès que la coordonnée x'y (dans notre exemple) est atteinte, et la commande de remontée de plume s'assortit de son extinction. Si on ne lui laisse pas le temps de corriger la baisse de luminosité liée à l'accélération, le trait ne sera pas correctement terminé. Il faut donc introduire un certain retard à l'extinction, mais si on en met trop, on obtient alors une goutte à la fin du tracé ! Le rôle de la roue codeuse « 3 » (cinquième en partant de la gauche) est d'afficher la valeur idéale. Comme on peut le constater, la logique de contrôle est précise mais complexe. Bien entendu, tous ces réglages sont prévus pour s'adapter à diverses machines, films, etc., aussi le code donné est-il réservé aux traceurs conseillés soit DXY 1000,1200 et 1300. Plusieurs règles sont à respecter scrupuleusement pour obtenir satisfaction totale : • tout d'abord éloigner le moniteur du PC afin qu'il n'éclaire pas le labo ! Le mieux est de préparer le logiciel de traçage avant de mettre en place le film, de sorte qu'il n'y ait plus qu'à appuyer sur une touche pour lancer le processus, et couper la luminosité du moniteur pendant tout le travail ; • dans le même esprit, il faut cacher sous un masque noir épais (voir en bas à gauche de la photo 6.1) les afficheurs de la table traçante (coordonnées de la plume), car ils sont en mesure de produire un voile sur le film ;

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n'utiliser comme lampe de labo qu'une Philips rouge E27PF712E, et ne pas la placer trop près des films (photo 6.7) ;

Photo 6.7. Lampe rouge de labo, Philips E27PF712E.

révéler pendant 3 minutes 30 secondes et fixer durant 6 minutes. Une fois l'ensemble mis en place, les avantages de ce système sont nombreux: rapidité, précision, (qualité, faible coût des supports (16 F H T pour un film de 3 0 , 5 x 4 5 , 7 cm en épaisseur 1 8 / 1 0 0 mm), traçage direct à partir des fichiers HPGL du logiciel de dessin (pas de fichier intermédiaire), dimensions du boîtier modestes (210 x 120 x 80 mm) et poids raisonnable (1,15 kg). C'est cet ensemble que j'ai retenu en définitive pour mon usage privé, et on va comprendre vite pourquoi. Une dernière astuce : il n'est pas toujours facile de reconnaître la couche d'un film, et comme il est primordial qu'elle soit en contact direct avec la plume, il faut bien trouver la manière de l'identifier, il suffit de gratter avec un cutter sur un bord du film, et regarder (de loin) si la lumière rouge du labo traverse à l'endroit gratté. Si oui, c'est le côté couche ; si non, elle est sur l'autre face ! Certaines marques se distinguent par une face blanc laiteux pour le côté couche, mais il est toujours bon de vérifier avec la méthode que nous avons proposée, car la lumière rouge du labo est trompeuse, et il ne faut surtout pas en approcher le film de trop près.

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE Après ces essais concluants, nous sommes entrés en contact avec un autre fournisseur qui proposait une carte à mettre dans le PC, et prétendait à grands cris qu'il n'y avait aucune modification à faire à la table et que les plumes étaient adaptables à tous les modèles. Il était tentant de comparer «à chaud », et de voir s'il était possible de faire de grosses économies, en équipant la table en notre possession : la carte coûtant environ 10 kF, l'économie était de l'ordre de 15 kF! Le matériel arriva très vite, mais avec une plume prévue pour une table Roland. Heureusement, la DXY1200 était encore là, mais comme le but de l'opération était de ne pas l'acheter, contact fut repris avec le constructeur en lui précisant bien le type de table à équiper et en lui envoyant même un adaptateur de plume adéquat. Les semaines s'écoulaient sans rien voir venir, et un jour l'envie d'essayer quand même cette carte avec la DXY a été trop forte. Heureusement... ! Une fois la carte installée, un premier problème purement mécanique se présentait : la connexion de la plume se faisant sur la carte, la longueur de la fibre imposait une disposition des machines peu pratique (le LP2002, lui, doit rester proche de la table, ce qui est logique, mais le câble du traceur reste intact, donc adapté à l'environnement choisi). Après avoir tout déplacé afin que cela puisse fonctionner, les tests ont enfin été lancés et, première constatation, un fichier intermédiaire et énorme s'écrivait sur le disque dur! Puis le traceur fut commandé, et alors, consternation : la vitesse de tracé devait être de l'ordre de 1 ou 2 c m / s maxi ; et quand le film fut révélé et fixé, de nombreux défauts rencontrés précédemment (mais corrigeables) se trouvaient cette fois imposés. Totalement inacceptable. II faut dire que le fichier de test était « vicieux » (par exemple 6 passages sur un trait à 45°, le dessin du chiffre « 8 » avec 15 segments non enchaînés, etc.), mais c'était le même pour le LP2002, dont les résultats étaient parfaits ! Alors ce matériel a été retourné à son propriétaire, sans avoir jamais vu la couleur de la plume adaptée à noire traceur. Cette expérience malheureuse, qui a coûté beaucoup de temps et trop d'argent, doit servir de leçon à tous : il faut impérativement tester un tel matériel sur ses propres machines et avec ses fichiers. Il serait très facile pour un constructeur (ou développeur) peu scrupuleux de préparer un astucieux fichier de démo, imprimable, traçable et phototraçable, cachant tous les défauts du produit. L'ordre des lignes de commandes peut par exemple intervenir considérablement sur le résultat, mais c'est un travail de fou ou d'escroc, car il serait impensable de le faire à chaque fois qu'on doit matérialiser les heures passées à concrétiser un projet.

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LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S Pour «sourire» un instant, j'avais pris rendez-vous avec un développeur de logiciels pour PCB, envisageant l'achat dudit produit (très côté et donc cher). Accompagné d'un partenaire financièrement concerné, nous fûmes reçus comme des princes, et le démonstrateur envoya les images. Impressionnantes il est vrai, mais nous ne venions pas acheter des images venues d'ailleurs! Aussi, en regardant bien la démo, j'ai décodé rapidement des erreurs flagrantes pour qui sait implanter, et je me suis permis d'intervenir sous la forme : «cette piste est ridicule (elle bloque tout), on la fait passer ainsi, on raccorde en « T » ici ; là on va tout droit, et on gagne 5 via ». C'était exact, vérifié conforme à l'écran, mais tous les périphériques se sont alors plantés : il fallait respecter les décisions de la machine! Nous sommes tous confrontés quotidiennement à des problèmes (erreurs) de logiciels. Certains sont contournables, d'autres pas, et si des compromis sont parfois possibles, il faut éviter de trop en faire. Le troisième procédé de phototraçage était bien séduisant : pas de modification du traceur (mais quand même un Roland...) et isolation en lumière ambiante atténuée sur film UV. Le seul problème est qu'il n'a jamais été possible de l'essayer à la maison (la demande a été faite en 1993); aussi ne m'est-il possible d'émettre que quelques constats personnels, inspirés des seuls documents sibyllins dévoilés jusqu'à ce jour par l'importateur : travailler en lumière ambiante est un « plus » incontestable ; ne pas avoir à intervenir sur le traceur, assez plaisant; utilisation directe des sorties HPGL, sans création de fichier intermédiaire ; la gestion d'une seule plume à la fois, raisonnable. Voici ce que nous avons noté immédiatement de positif, mais deux questions restent posées par le candide que je veux rester : au vu des photographies, le bras du traceur aurait deux « fils à la patte». Le premier serait un capteur identifiant l'effectivité de Pen down (à régler comment ?), et le second la fibre liée à la plume. A ce stade, il est aisé de comprendre que le traceur est dédié au phototraçage, donc peu «retournable» au simple traçage à plumes encre ou fibre. Si un tel capteur, appelé «obturateur électronique», se limite à détecter l'état mécanique de l'électro de descente de plume, il est permis de s'interroger sur son parfait réglage déterminant exactement l'instant du contact réel entre la plume et le film ; sachant que la sensibilité des films UV et graphiques est bien différente, quelle vitesse maximale de traçage peut-on

CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE accepter ? Rien n'est indiqué dans les notices, et pour le témoin que je suis, la peur d'une méthode semblable à celle décrite précédemment (1 ou 2 c m / s ) reste présente. Ce qui est certain, c'est que le boîtier est parmi les plus chers, ses dimensions imposantes (310 x 260 x 120 mm), son poids de 7 kg, et le prix des consommables élevé (45 F HT pour un film 29,7 x 4 2 c m ) . Toutes ces indications n'ont pas pour but de faire l'apologie d'une méthode ou d'une autre, simplement d'attirer l'attention d'un acheteur potentiel, afin d'éviter au maximum les déboires qu'on peut rencontrer parfois tardivement.

6.4 Q U E L S D O C U M E N T S F O U R N I R À UN S O U S - T R A I T A N T ? Il faut d'abord faire la différence entre les services offerts par les professionnels du circuit imprimé, et les confronter à ses propres besoins. À notre avis, un film ne doit que très exceptionnellement être confié à un sous-traitant, car il y a toutes les chances pour qu'il ne lui convienne pas, en fasse un contretype coûteux, voire un repérage des trous par analyse optique, etc. Les deux situations tolérables sont : • un amateur demandant un ou deux exemplaires d'un document copié dans une revue. Dans ce cas, il est conseillé d'exiger uniquement insolation, gravure, coupe (propre...), mais ni perçage ni étamage. Ce travail de finition n'est pas à confier à une petite unité de traitement par ce procédé. Rares sont en effet les étamages à chaud, et fréquents les perçages exotiques ! Le meilleur conseil qui puisse être donné à un débutant ne pouvant - à son domicile - envisager autre chose qu'implanter et souder est d'entrer en contact avec un ami ou un club équipé d'un minimum de matériel, et de faire le travail par lui-même; • un film positif est parfait par contre si on désire faire de la sérigraphie. En prenant contact avec l'artisan pour se mettre d'accord quant au sens de la couche, on fera des économies de temps et d'argent substantielles. Comme on s'en doute, la solution idéale pour une sous-traitance de qualité consiste à fournir les fichiers Gerber et Excellon à une société spécialisée. Il suffit alors de transmettre ces fichiers (par modem, Internet, ou disquette), et quelques jours plus tard les circuits sont prêts, percés, étamés, détourés à la fraise, parfaitement conformes à la demande. Plusieurs conditions sont toutefois à remplir - comme nous allons le voir - mais il est vivement

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conseillé de faire un prototype à l'atelier, avant de lancer une fabrication mécanisée. En effet, la mise en route d'une série (à partir de une pièce) engendre des frais d'outillage fixes, justifiés par les flashages Gerber et les commandes machines. Ces frais ne sont pas directement proportionnels à la surface des pièces demandées et varient d'un fabricant à l'autre, mais - afin de donner un ordre d'idée - ils évoluent de 400 F à 3 000 F suivant la nature du PCB (simple ou double face, sérigraphie des composants, vernis épargne). Le coût des pièces est ensuite directement lié à la demande : nature du support, traitement des surfaces (surfusion, argenture, dorure, vernis épargne, sérigraphie, etc.), métallisation, vérification, et bien entendu quantités demandées. On l'aura compris, dans ces conditions un prototype coûte très cher! Il faut savoir pourtant que les frais d'outillage sont votre propriété. Ainsi, pour une nouvelle série du même PCB, seul le coût des pièces demandées sera facturé : plus besoin d'envoyer des fichiers, un seul coup de téléphone ou un fax avec la référence inscrite par le fabricant sur la précédente facture suffit. Donc, avant de lancer une fabrication de cet ordre, il est impératif que tout soit préalablement parfaitement vérifié et testé sur un prototype artisanal. 11 n'est pas rare d'avoir à effectuer deux ou trois maquettes (voire parfois beaucoup plus), avant que le produit soit enfin conforme et prêt à une reproduction en série. Ce qui est certain, c'est que toute maquette même très légèrement modifiée, doit impérativement faire l'objet d'une seconde en vue de confirmation car tout changement de fichier entraînerait de nouveaux frais d'outillages, les précédents étant perdus. Dernièrement, un ami avait mis au point une petite carte (80 x 45 mm), et souhaitait lancer une série de 10 pièces. Il appelait pour savoir à qui s'adresser et quels fichiers il devait envoyer. Au lieu de se ruiner en téléphone, je lui ai conseillé de me faire parvenir le fichier du PCB ainsi que le schéma, ce qui a été fait. En regardant son tracé, certaines améliorations étaient possibles, allant jusqu'à prévoir deux trous de fixation (préalablement la carte devait être collée avec de l'adhésif double face) et en réduire encore les dimensions. Une fois les modifications faites à l'écran, la carte a été tirée dans la nuit et la nouvelle maquette enchantant cet ami, il a été convenu de l'adopter. Un travail important restait alors à faire : supprimer les lignes de coupes sur le cuivre et vérifier un à un tous les diamètres de perçage. Il est en effet ridicule de lancer une fabrication pour avoir à la reprendre ensuite à la main à cause d'une étourderie. A titre d'exemple, sur cette petite carte comportant environ 200 trous, il

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y avait une cinquantaine de modifications à apporter au seul perçage ! À ce stade seulement, il était possible de préparer les fichiers nécessaires à la fabrication. La carte étant en simple face sans sérigraphie ni vernis épargne, étamée à chaud, en FR4 (époxy) 1 6 / 1 0 , 3 5 um, ils se limitaient à quatre : • un fichier Gerber comportant la configuration de base (largeurs des traits, formes des pastilles, etc.) ; • un second fichier Gerber contenant cette fois toutes les coordonnées du tracé; i • un fichier Excellon précisant les diamètres des outils utilisés; • enfin, un second fichier Excellon indiquant les coordonnées de chacun des trous. Pour donner un exemple, le premier fichier Excellon « dit» : TOI = 0,9; TO2 = 1,2; TO3 = 1,35; etc. Cela veut dire que l'outil (Tool) n° 1 est de 0,9 mm, le 3 de 1,35 mm, etc. Cela est indispensable afin de charger les broches de la machine avec les outils adéquats. Chacun peut en effet affecter les numéros d'outils à son gré, et il est nécessaire de le préciser. Le second fichier comporte alors toutes les coordonnées des trous à faire avec TOI, puis TO2, etc. On serait en droit de se demander : où sont les ordres de détourage? Paradoxalement, ils sont sur le second fichier Gerber, mais nous en reparlerons. Précisons toutefois que les paires de fichiers (Gerber 1 & 2 et Excellon 1 & 2) sont créées automatiquement par le logiciel : Gerber 1 & 2 sont en effet indissociables. C'est en demandant la création de Gerber 2 que le 1 est copié d'office (figure 6.7). Avant d'aller plus loin, voici la fin de l'histoire de la carte de mon ami : les frais d'outillages s'élevaient environ à 500 F et les 10 cartes à 200 F, soit un total de 700 F donc 70 F par carte. Une fois les 10 appareils vendus, mon ami à relancé une série de Figure 6.7. Création des fichiers Gerber et Excellon avec pour exemple la figure 6.3.

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LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S 50 pièces cette fois, et la facture était alors de 650 F, soit 13 F la carte. Donc pour 60 cartes au total, on arrive à 1 350 F, soit 22,50 F la pièce, frais d'outillages inclus. S'il en fait une seconde série de 50, chaque PCB superbement réalisé reviendra alors à 18,20 F. Cela est un ordre d'idée, mais qui doit permettre de constater qu'une petite série sous-traitée par d'excellents professionnels est à la portée d'un artisan, d'un club ou d'une école. Il faudrait être naïf pour penser qu'on peut réaliser dans un petit labo 70 cartes à moins de 22,50 F pièce. Si on comptabilise l'achat du circuit présensibilisé, l'usure (voire la casse) des outils (14 000 trous), 280 coupes de finition (sans parler de celles avant insolation), l'usure des produits (révélateur, perchlorure de fer), l'étamage à chaud (la soudure coule vite), même si on fait cadeau de son temps, il est évident qu'on est gagnant à faire sous-traiter. J'ai dépanné jadis en urgence un autre ami de 50 cartes double face, 5 5 x 9 5 mm, comportant des découpes spéciales (passages de brides), 320 trous, et je peux témoigner que ce fut une folie (à en rêver la nuit et à y perdre les yeux). Compter un à un 16 000 trous, finit par tout faire compter : le nombre de pas pour aller acheter du pain, les marches d'escalier, les coups de fourchette pour engloutir son repas avant de repartir à l'atelier, etc. On peut en sourire, mais c'est bien réel pourtant ! Pourquoi donc ne pas avoir lancé une « f a b » ? À l'époque, il fallait livrer 50 machines précises, mais l'étude du produit définitif n'était pas terminée : il était prévu d'adapter le PCB à plusieurs types de machines, afin de conclure par un circuit «universel». Pour être plus précis, il s'agissait d'une télécommande qui - en fonction du câblage-offrait diverses fonctions suivant les cahiers des charges des clients. Le prototype pour la première demande était prêt et le contrat signé, mais d'autres exigences arrivaient par ailleurs et le PCB devait évoluer à court terme. Aussi, afin d'éviter des frais d'outillages provisoires, la décision fut prise de les faire «à la main ». Grosse erreur de jugement : le prix de revient (temps non compris) était supérieur à une sous-traitance, la fatigue en plus ! Il eut été bien préférable d'occuper son temps à préparer la nouvelle version, pendant que des professionnels se chargeaient des tâches mécaniques. À méditer... Pour conclure sur ce thème, on peut estimer qu'une série de 10 petites pièces est ainsi acceptable si on se trouve dans une situation identique à celle que l'on vient de voir mais qu'au-delà on a toutes les chances d'être perdant. Avant de préparer les fichiers destinés au sous-traitant, il est impératif de demander un devis et d'étudier attentivement les diverses propositions, car elles peuvent réserver des surprises du genre : frais d'outillages inférieurs chez X, mais coût des pièces

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bien supérieur à Y. Bien entendu, nous ne parlons ici que des professionnels acceptant les fichiers Gerber et Excellon, capables d'offrir tous les services demandés sans faire appel à d'autres sous-traitants. Une telle demande de devis peut se rédiger ainsi : • format hors tout de la carte (enveloppe). Si votre PCB est rond, de diamètre 5 cm, indiquez 5 x 5, il sera toujours temps de négocier ensuite à la surface réelle (voir plus loin figure n° 6.8); • simple ou double face ; • si double face, préciser métallisation ou non ; • indiquer un éventuel détourage particulier (cercles, ellipses, décrochements, etc.) ; • la nature du support et son épaisseur (FR4 16/10 par exemple) ; • le surfaçage souhaité (étamage, argenture, dorure) ; • avec ou sans vernis épargne ; • sérigraphie des composants ou non (sur une ou deux faces) ; • éventuellement le nombre de trous (secondaire) ; • vérification électrique de continuité ou non (la vérification visuelle est en général assurée); • enfin les quantités souhaitées (de 1 à 5, de 10 à 50, etc.). Inutile de demander pour 100 000 pièces si vous n'en voulez que 20... Un fax des éléments particuliers (détourages spéciaux par exemple) peut permettre de mieux se comprendre. Si par hasard votre PCB a la forme d'une ellipse, le fabricant peut imaginer inclure vos pièces sur des planches semblables à la figure 6.8, ce qui réduit considérablement les pertes. Figure 6.8. Exemple d'engagement

Le devis devra séparer les frais d'outillages du prix des cartes proprement dites. Une fois la décision prise, il faut entrer en

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LES O U T I L S I N F O R M A T I Q U E S

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contact avec le chef de fabrication, afin de bien se mettre d'accord sur la nature des fichiers à fournir. La société à laquelle je confie régulièrement du travail exige par exemple de ne mettre aucune face en miroir, que la face 1 soit en couche 1, la 2 en 2, la sérigraphie en 8, le détourage en 15, etc. Il faut en profiter pour demander le diamètre des fraises de détourage, afin d'en tenir compte pour les découpes particulières (fenêtres par exemple). Dans mon cas, c'est 2 mm. Une fois ces règles respectées, il ne doit plus y avoir le moindre problème : et on peut même les exploiter à fond comme nous le verrons au chapitre 7, quitte à surprendre le fabricant : j'ai fait faire à mon sympathique partenaire des choses auxquelles il n'était absolument pas habitué... Le détourage mérite quelques précisions. Si la carte est simplement rectangulaire, on peut se contenter de ne faire figurer en couche 15 que les coins (fonction « tracer coins » du logiciel), mais rien n'interdit de tirer un rectangle complet. Attention : le marquage représente le bord de la fraise, jamais son axe. Ainsi, si on veut faire une fenêtre de 10 x 15 mm, il suffit de tracer un rectangle à ces cotes précises. Avec une fraise de 2 mm, on saura simplement que les coins seront arrondis, avec un rayon de 1 mm. Il ne faut surtout pas hésiter à marquer toutes les découpes particulières permettant de se simplifier la vie (exemple figure 6.9). On hésite en général quand il s'agit de les faire à la main, mais ici les machines n'ont pas d'état d'âme. Toutes les formes qui peuvent être dessinées par le logiciel sont acceptées par la fraise. Si une fraise de 2 mm ne peut convenir (cas plutôt rare), en informer le fabriquant : il fera certainement le maximum pour vous satisfaire.

Figure 6 . 9 . Exemples de détourages.

Nota : À chaque * correspond un rayon de fraise

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE

Quand on a trouvé le bon partenaire, il est très plaisant d'avoir une totale confiance en la qualité de son travail. Le mien livre chaque pièce dans un papier spécial (photo 6.8) et tient en stock un ou deux exemplaires de chaque commande. En cas de secours, ce peut être la planche de salut !

Photo 6.8. Papier de protection spécial pour circuits imprimés.

En guise de conclusion, on peut dire qu'un bon outil informatique permet d'ouvrir la porte à d'innombrables possibilités, que ce soit pour l'amateur, l'artisan, ou le professionnel. Il semblerait même incontournable désormais. Quand je me suis replongé dans mes archives et souvenirs pour écrire ces lignes, je me suis surpris à me demander comment j'avais pu faire « avant» ? La passion sans doute y était pour une grande part, mais que les méthodes pour l'assouvir étaient lourdes...

CHAPITRE

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LE DOUBLE FACE

7.1 La solution «amateur», ou prototypes

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7.2 Des astuces pour tous

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Sécurité et documents utiles

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CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

7.1 L A S O L U T I O N « A M A T E U R » , O U P R O T O T Y P E S

Si de nombreux amateurs n'ont aucun problème pour graver un circuit imprimé simple face, il s'avère que dès qu'il est question de double face les choses se compliquent. Cet état de fait n'est pas justifié si on adopte les quelques astuces qui seront dévoilées ici, le passage en double face n'étant qu'une formalité bien simple, ne nécessitant aucun investissement supplémentaire au matériel classique. Pourquoi deux f a c e s ? C'est en effet la première question que l'on est en droit de se poser. Tout d'abord, il faudrait cesser de dire que c'est un luxe ou une manière quelconque de compliquer ce qui devrait être simple. Chaque dessinateur s'efforce de concrétiser un schéma en une seule couche, mais c'est parfois totalement impossible. La seconde étape consiste à implanter des straps (fausse seconde couche) afin de créer des ponts entre pistes et résoudre le problème. Certains cas sont élégamment traités au moyen de quelques straps (voire résistances 0 £}), et de nombreuses réalisations proposées dans la presse technique cherchent à s'y tenir. Toutefois, deux situations au moins rendent cette technique impropre : le nombre de straps. Si il y a plus de straps que de composants, c'est un peu ridicule ! Pourtant, au stade de l'étude d'un prototype de grand format à tester, on peut tolérer quelques débordements : j'ai maquette un Cl de 400 x 280 en simple face et 64 straps... Pour un proto ça va (environ 500 composants sur la carte), mais une industrialisation impose vite de passer à l'étape supérieure; le défaut majeur du strap est d'être « droit » en général, ce qui rend le tracé parfois bien nul : une seconde couche peut zigzaguer entre les composants, alléger de ce fait les pistes de la première, et effectuer des liaisons complexes sans imposer de trop nombreuses transitions ou via. Certains logiciels de CAO ne sont pas avares de via et offrent un résultat « politiquement correct », mais impropre à une maquette réalisable par l'amateur. Cette méthode est donc ici hors sujet. Parmi les autres cas imposant deux couches, on peut citer les montages HF ou même BF, nécessitant des plans de masse jouant le rôle d'écrans : là, le strap est impuissant. Une autre raison, plus rare mais réelle, est liée à l'arrachage des composants ou connecteurs de deux cartes enfichées l'une sur l'autre : mettre par exemple un 1C 14 broches côté cuivre sous un IC 40 broches implanté côté composants peut être très astucieux mais périlleux en

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LE D O U B L E FACE

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simple face, car l'extraction du 14 broches va dans le sens de l'arrachage des pistes. Tout cela démontre que le choix du double face n'est pas arbitraire. Aussi, voyons comment procéder. Méthode Une solution souvent préconisée consiste à reporter soigneusement deux pastilles en diagonale à l'extérieur du dessin, et ce sur les deux films parfaitement positionnés. On retire alors une des protections de la plaque présensibilisée et on fixe un des films avec deux ou trois bandes adhésives, puis on perce les deux pastilles «repères». On retourne la carte, on dépouille de sa protection la seconde face, puis on fixe le deuxième film, de sorte que coïncident les pastilles repères et les trous. Cette formule fonctionne mais outre travailler en aveugle - le passage sous la perceuse de la carte enduite est délicat, la moindre rayure sur la couche photosensible conduisant à une gravure donc à une microcoupure. Voici une autre méthode, plus simple et sans risque. Il faut se fabriquer une équerre d'époxy vierge (16/10 d'épaisseur), ou toute autre matière de même épaisseur (carton fort, PVC, etc.). Les dimensions des branches de l'équerre sont à déterminer en fonction du format maximum des cartes que l'on envisage de traiter. La figure 7.1 propose une découpe qui ne s'est avérée que très exceptionnellement insuffisante au cours de nombreuses années. Figure 7.1. Équerre de montage.

L'idéal consiste à sacrifier une part de plaque d'époxy à cet usage. Les avantages majeurs de cette matière sont de respecter exactement l'épaisseur de la future carte à insoler, et d'être très solide donc fiable dans le temps (le carton peut se déformer en

CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE

milieu humide et le PVC - plié accidentellement - ne jamais pouvoir retrouver sa planéité originelle). 11 est aussi fondamental que cette équerre soit d'une seule pièce afin de rester très plane. Une fois cet « outil » en votre possession, tout est très simple : • fixer un des films (ou calque) sur une face de l'équerre, en respectant une garde de 5 mm environ par rapport aux bords (figure 7.2 a ) ; • retourner délicatement l'ensemble et positionner le second film en parfaite conformité avec le premier. Le fixer sur les deux branches de l'équerre (figure 7.2 b). Figure 7.2. u. Pose du film face 1 sur l'équerre. b. Pose du film face 2 sur l'équerre.

On se trouve alors avec un « sandwich » qui n'attend plus que la tranche de jambon : la plaque de CI présensibilisée, dépouillée de ses protections. A ce stade, il est important de remarquer que le positionnement des films ne se fait plus en aveugle, ce qui permet l'ajustement idéal de visu. En effet, les films de chaque couche issus de calques, photocopies, peuvent avoir subi des

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LE D O U B L E FACE

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déformations. Étant très sensibles à l'humidité, il n'est pas rare de devoir jongler (tricher) de quelques dixièmes de millimètres pour répartir élégamment les défauts. Ce ne sont pas toujours les coins des films qu'il faut ajuster au mieux, mais les passages délicats tels que pistes entre deux pattes de circuit intégré, bordure d'un plan de masse afin qu'il ne frôle pas des pins actives au point de risquer le court-circuit, etc. On sait donc ainsi - par transparence - ce qui va se passer avant même de présenter le CI à insoler. La technique des deux trous repères ne le permet pas et c'est bien trop tard qu'on en paye les conséquences! Aussi, si une face est incapable de coïncider honnêtement avec la seconde, inutile d'insoler : chercher l'erreur et au besoin la corriger manuellement (grattage, transferts, etc.). Bien évidemment, si on dispose de films stables, tous ces problèmes disparaissent naturellement. Quand ce fourreau est acceptable, il ne reste plus qu'à y insérer délicatement une plaque de CI dénudée sur les deux faces puis à la fixer à la fois aux films et aux branches de l'équerre (figure 7.3).

Figure 7.3. Engagement et fixation du circuit imprimé dépouillé.

Cl

Cela fait, on insole chaque face comme d'habitude : ceux qui disposent d'une insoleuse double face le feront en une fois, les autres - dont je fais partie - retourneront délicatement l'ensemble, puis relanceront un cycle d'insolation pour l'autre face. Toute machine donnant entière satisfaction en simple face est donc parfaitement adaptée au double face. Une fois l'insolation des deux faces achevée, il faut retirer doucement les bandes marquées « adh » sur la figure 7.3, et ce des deux côtés. La plaque peut alors être extraite de son fourreau et partir en révélation. Une précaution est à prendre toutefois pour cette

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE étape : les deux faces étant fragiles, il n'est pas question de poser la carte au fond d'une cuvette et d'agiter vigoureusement cette dernière. N'oublier jamais que la moindre rayure se traduirait obligatoirement par une coupure de piste(s) à la gravure. Donc, porter des gants et faire en sorte que la plaque ne touche jamais le fond (reste entre deux eaux). S'assurer que les deux faces sont correctement dépouillées, rincer abondamment, et plonger la carte humide dans le bac à gravure. Si on dispose d'une petite graveuse verticale, tout est parfait. Par contre, si on travaille en cuve, les mêmes remarques que pour la révélation s'imposent : la carte ne doit jamais toucher le fond. En observant attentivement la figure 7.3, on constate que le premier prototype peut se désolidariser du fourreau, ce dernier étant prêt à recevoir d'autres exemplaires, pour peu que l'on ne retire que les « adh » marqués sur ce dessin. La finition - après gravure - est identique au simple face : laver et brosser à grande eau, nettoyer les zones photosensibles à l'acétone, faire briller le cuivre en le frottant énergiquement au moyen de la gomme spéciale, enfin étamer avant perçage. L'étamage est une phase importante surtout en double face, et il n'est pas question de recourir aux solutions chimiques. Il faut un vrai étamage à chaud car les soudures côté composants des IC par exemple doivent être faites rapidement pour ne pas déformer les supports tulipes. Pour le perçage, il est conseillé de commencer par tous les trous situés côté composants pour la simple raison que, si une bavure se produit en sortie de foret, il est préférable qu'elle s'épanouisse côté soudure, face 1. Une bonne formule pour implanter consiste à placer en premier les composants qui devront être soudés en face 2 et effectuer attentivement toutes ces soudures. Un défaut de fonctionnement stable - ou pire aléatoire - est très souvent causé par une soudure oubliée côté composants. Au besoin, ne pas avoir honte de compter les points à traiter et comparer avec le nombre de soudures faites, les oublis les plus fréquents étant des pins de circuits intégrés. Comme on a pu le constater, il n'y a vraiment aucune raison d'avoir peur du double face et ceux qui tenteront l'aventure en conviendront aisément. 7.2 D E S A S T U C E S P O U R T O U S Le dessin d'un PCB en double face mérite un peu d'attention; certaines précautions peuvent considérablement aider au moment d'implanter les composants. Contrairement à ce que les logiciels «autoroutent», il est préférable de dessiner la carte en imaginant que la seconde face n'est qu'un faisceau de straps ou de fils.

Pour poser un strap ou souder un fil, il faut deux points matérialisés par des pastilles réservées à cet effet. On exclut donc les tracés aboutissant directement à des pattes de composants en face 2, qui peuvent conduire à un « enfermement » rendant certaines Liaisons impossibles sans métallisation. Bien entendu, il est tentant de profiter d'une patte de résistance pour faire un passage d'une face à l'autre, idem avec les barrettes support « double face » mais avec un peu d'attention au moment du dessin des faces, il est tout à fait possible de placer tous les via à des endroits parfaitement accessibles et indépendants des composants. De ce fait, si on câblait la face 2 par fils ou straps, on arriverait à une solution réalisable en simple face, mais ce ne serait pas très élégant. Pour un prototype comportant 60 straps et des liaisons par fils et cosses Faston c'est éventuellement acceptable toutefois. Le principe consiste alors à prévoir la seconde face sur le fichier ordinateur, mais ne graver que la face 1. Une fois le montage conforme aux désirs on reporte les éventuelles modifications sur le fichier, en conservant impérativement les pastilles ayant été utiles aux straps et fils même si on envisage une métallisation ultérieure. Si on souhaite néanmoins tirer la face 2 et souder les via avec des petites traverses (morceaux de pattes de composants), il n'y a aucun problème; mais une excellente astuce consiste à procéder ainsi : sauvegarder le fichier comportant toutes les couches par exemple sous le nom de BRD. Le garder précieusement (copies disquettes+ D D ) ; repartir de ce fichier et effacer toutes les couches autres que la face 2 et les pastilles, puis supprimer toutes celles qui sont inutiles (n'aboutissant pas à des pistes en face 2) à l'exclusion de certaines, telles que points test ou cosses, la solidité de ces pièces étant grandie si elles sont soudées sur les deux faces ; sauver cette face modifiée sous le nom BRD2. La figure 7.4 montre ces deux dernières étapes : la face 2 telle qu'elle apparaît à l'écran, puis la même dépouillée de toutes les pastilles inutiles. Ce « ménage » a trois raisons majeures : outre assurer une meilleure sécurité en face 2 (risques de court-circuit entre deux pastilles inutiles), les via sont évidents (ce sont toutes les pastilles apparentes sur cette face) (photo 7.1). Mais mieux encore, tous les

composants susceptibles d'être dessoudés sont en simple face ! Il n'est pas nécessaire de faire preuve de beaucoup d'imagination pour comprendre l'intérêt de la manipulation : chacun sait que s'il est aisé de démonter les composants d'une carte en simple

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE Figure 7.4. a. Un tracé brut face 2. b. Épuré des pastilles inutiles.

CHAPITRE

LE D O U B L E FACE

face, tenter de récupérer par exemple de la barrette soudée sur deux faces sans métallisation est voué à l'échec. Même changer ne serait-ce que la valeur d'une résistance qui servirait de via, est une galère! Avec cette méthode, il est permis (ce que je déconseille toutefois) de se passer de supports pour les circuits intégrés : la maintenance sera toujours possible, sans faire appel à de ruineuses stations de dessoudage. Autre intérêt d'une telle étude astucieusement menée au stade du dessin du I*CB : les fichiers sont toujours conformes pour une éventuelle sous-traitance avec métallisation. 11 n'y aura dans ce cas plus aucun via à placer, mais il faut jouer d'astuce encore avec le sous-traitant afin d'arriver au produit parfait. C'est facile, surprenant il est vrai, mais logique et nous allons le voir tout de suite. Avant quand même, il est étonnant de constater qu'aucun fabricant n'a encore pensé à fabriquer des via simples et peu coûteux : de tous petits «clous» à tête plate feraient pourtant le bonheur de tous ! Il suffirait de souder la tête en face 2, de retourner la plaque sur une surface plane, et souder face 1. Mais non, ils se sont tous <« branchés » sur des rivets creux, dont la mise en œuvre et l'utilité sont contestables. Voyons maintenant comment transmettre pratiquement cette méthode à un sous-traitant. On dispose (dans notre exemple) d'un fichier BRD complet, et de BRD2 (face 2 épurée). Procéder alors ainsi : • recharger BRD et supprimer cette fois toutes les couches autres que face 1 et pastilles. Sauvegarder en BRD1 ; • charger à nouveau BRD et supprimer toutes les pastilles gardées dans BRD2 : celles qui seront en double face et métallisées. Cela fait, effacer toutes les couches autres que la face 1 et les pastilles restantes, puis sauvegarder en BRD1E. Si on récapitule, on dispose de quatre fichiers : • BRD, (l'original complet, sérigraphie comprise) ; • BRD1 (face 1 seule); • BRD2 (face 2 épurée des pastilles inutiles) ; • BRD1E (face 1 dont les pastilles appartenant à BRD2 ont été supprimées). Voici ce que nous allons faire des trois derniers (BRD ne servant alors que d'archivé dont on pourra extraire un fichier Gerber pour la sérigraphie) : • prendre BRD1 et en sortir le fichier Gerber (image). Idem pour BRD2;

7

CIRCUITS IMPRIMES EN PRATIQUE

de BRD2 sortir le fichier Excellon (perçage face 2 seule) ; enfin, de BRD1E, créer un second fichier Excellon (perçage spécifique et commun aux faces 1 et 2, sans métallisation). Bilan : côté pistes et pastilles on a bien deux fichiers Gerber conformes à nos désirs (face 1 complète, face 2 épurée) et, pour le perçage, deux fichiers Excellon complémentaires. Si en partant de BRD nous n'avions créé qu'un seul fichier Excellon, tous les trous auraient été métallisés (même ceux sans pastilles en face 2) comme l'illustre la figure 7.5. Ce n'est pas le but de l'opération, car une métallisation en simple face conduit aux mêmes problèmes de dessoudage que pour du double face : le petit « tuyau » métallisé augmente considérablement la surface de soudure d'une patte de composant.

Figure 7.5. Diverses métallisations.

Il faut donc bien un fichier Excellon pour le perçage des transits entre faces 1 et 2 (BRD2) et un second repérant tous les autres trous (BRD1E). Ainsi le fabricant va dans un premier temps traiter uniquement les trous à métalliser, puis utilisera le fichier Excellon issu de BRD1E afin de terminer le perçage en simple face. De ce fait, on obtient bien une carte en simple face pour tous les composants, mais dont les « straps » ou liaisons filaires sont

Photo 7.2. CI épuré en face 2.

LE D O U B L E FACE

assurées par la face 2, avec seule métallisation des via ! La maintenance appréciera... Sur une de mes cartes photographiées à titre de preuve (photo 7.2), je n'ai plus 64 straps à placer (128 soudures), j'économise 16 Faston + liaisons hïaires, et pourrais éliminer 56 supports de IC tout en conservant les avantages du simple face !

7

CHAPITRE

8

PAGE

SÉCURITÉ ET DOCUMENTS UTILES 8.1 La sécurité avant tout

124

8.2 Quelques documents utiles

125

•

8.3 Conclusion

129

CIRCUITS I M P R I M E S EN PRATIQUE

8.1 L A S E C U R I T E A V A N T T O U T De nombreuses alertes à la sécurité ont été mentionnées au fil de ces pages. Veuillez s'il vous plaît en tenir compte, car les accidents sont souvent trop ridicules pour ne pas tenter de les éviter. Fabriquer des circuits imprimés doit rester un loisir; mais comme pour le tir, certaines règles sont à respecter. Ces machines-outils sont dangereuses et si vous n'avez jamais vu ime meule s'envoler puis traverser une vitre sans la casser, des pièces d'acier ou de bois projetées comme des balles suite à une passe d'usinage trop importante, une plaque d'époxy transformée en lame de débroussailleuse axée sur un foret de diamètre 15 mm, etc., il n'y a pas urgence à faire votre propre éducation de ces situations pouvant conduire parfois au drame ! 11 peut arriver toutefois un accident sans aucun lien avec la procédure de révélation-gravure d'un PCB, imposant de stopper au plus vite une étape du processus à quelque stade que ce soit et ce éventuellement pour plusieurs jours. Exemple : vous mettez une grande plaque à graver et pendant cette attente vous vous occupez à une autre tâche totalement différente, conduisant à vous blesser accidentellement une main avec une machine, voire un simple cutter! Il faut partir à l'hôpital au plus vite et surtout ne pas mettre la plaie en contact avec le perchlorure de fer... L'astuce consiste à couper toutes les machines, extraire (ou mieux faire extraire) la carte du bouillon, la mettre verticalement dans un récipient (seau, bassine), et l'immerger totalement dans de l'eau. Vous pouvez filer alors vers l'hôpital, et même si on vous garde 2 ou 3 jours, au retour la précieuse carte pourra replonger dans le perchlorure et finir normalement sa gravure. Comme on doit s'en douter, nous ne souhaitons à personne de telles urgences; toutefois connaître la parade n'est pas inutile. Aussi, résumons : si vous présentez la moindre plaie, arrêtez tout s'il vous plaît. Même une modeste égratignure ne doit en aucun cas entrer en contact avec des produits acides ou caustiques ; un accident peut toujours se produire dans une phase délicate mais ce n'est pas une raison pour en rajouter, comme s'estropier avec des acides ou mettre le feu à la maison en filant tout droit à l'hôpital sans couper le gaz, éteindre sa cigarette, etc. Donc, pour ce qui nous concerne, il est permis d'interrompre chaque phase si besoin est : insolation. Dans la mesure du possible, laisser cette phase se terminer, sinon couper tout et accepter de perdre la carte. Si on a

CHAPITRE

SECURITE ET D O C U M E N T S UTILES

8

pu terminer l'insolation - même une seule face sur les deux glisser le CI insolé entre les pages d'une revue (à l'abri de la lumière), et ce dans son sandwich s'il s'agit de double face; • en cours de révélation ou de gravure, immerger immédiatement la carte dans un sceau d'eau claire, et prendre au plus vite soin de soi. Mais il n'est pas question de parler seulement d'accident : rien n'interdit par exemple d'insoler une carte, d'aller manger, jouir de la vie familiale, puis continuer le lendemain le processus révélation - gravure. La paix dans les ménages et l'accident ont un point commun : il faut savoir éviter les drames...

8.2 Q U E L Q U E S D O C U M E N T S U T I L E S Test B a r t e l s Nous avons parlé au chapitre 6 du test Bartels, lequel consiste à créer de nombreux problèmes aux logiciels capables de router automatiquement. On trouvera ici les lois de ce test, afin que chacun puisse le lancer sur le soft dont il dispose. La figure 8.1 donne une idée du chevelu de ce circuit. Il n'est dessiné ici que la moitié de l'imbroglio : le même dessin est en effet reproduit deux fois, U2 étant inséré entre Ul et U3 !

U3

U1

Figure 8.1. Un demi du test Bartels : les liaisons entre U2 et U4 sont identiques, U2 étant entre Ul et U3 (U4 à droite).

Le fichier des composants est simple, et pourra facilement être mis en conformité avec les exigences de divers softs :

BARTELS.CMI> 74L23

Ul

0 l L - 1 6

74L23

U2

DIL-16

74L23

U3

DIL-16

74L23

U4

DIL-16

CIRCUITS IMPRIMÉS EN PRATIQUE Le second élément indispensable et complémentaire, est le fichier des connexions. Il est donné ci-dessous et ne doit poser aucun problème d'adaptation : le net 1 lie pin 8 de U2 à 16 de U4, etc. RARTELS.NET /N00001

U2

(8)

U4

( 1 6 ) :

/N00002

Ul

(1)

U3

( 9 )

/N00003

Ul

(2)

U3

( 1 0 ) ;

/N00004

U2

(7)

U4

( 1 5 ) ;

/N00005

U2

(6)

U4

( 1 4 ) ;

/N00006

Ul

( 3 )

U3

( 1 1 ) ;

/N00007

U2

(5)

U4

( 1 3 ) ;

/N00008

U2

( 4 )

U4

( 1 2 ) ;

/N00009

U2

( 3 )

U4

( 1 1 ) ;

/N00010

U2

(2)

U4

( 1 0 ) ;

/N00011

U2

(1)

U4

( 9 )

/N00012

Ul

(4)

U3

( 1 2 ) ;

/N00013

Ul

(6)

U3

( 1 3 ) ;

/N00014

Ul

(6)

U3

( 1 4 ) ;

/N00015

Ul

(7)

U3

( 1 5 ) ;

/N00016

Ul

(8)

U3

( 1 6 ) ;

/N00017

U2

(16)

U4

( 8 )

/N00018

U2

(15)

U4

(7)

/N00019

U2

(14)

U4

(6)

/N00020

U2

(13)

U4

(5)

/N00021

U2

(12)

U4

(4)

/NÛ0022

U2

(11)

U4

(3)

/N00023

U2

(10)

U4

(2)

/N00024

U2

( 9 )

U4

( 1 )

/N00025

Ul

(16)

U3

(8)

/N00026

Ul

(15)

U3

(7)

/N00027

Ul

(14)

U3

(6)

/N00028

Ul

(13)

U3

(5)

/N00029

Ul

(12)

U3

(4)

/N00030

Ul

(11)

U3

( 3 )

/N00031

Ul

(10)

U3

( 2 )

/N00032

Ul

( 9 )

U3

( 1 )

;

;

;

À vous de jouer, mais vous disposez déjà de deux solutions livrées au chapitre 6 pour vous inspirer. La seconde (en simple face) ne respecte pas la règle du jeu, mais avait pour but de montrer l'importance de l'orientation des objets, avant même de lancer une quelconque stratégie de routage.

CHAPITRE

SECURITE ET D O C U M E N T S UTILES

8

Affûtage des forets • Les règles d'affûtage des forets 1 ISS sont indiquées à la figure 8.2.

Figure 8.2. Affûtage d'un foret HSS.

Trois points importants sont à respecter : l'angle d'affûtage de 1 2 0 ° ; les côtes A et B qui doivent être égales (les deux lèvres font alors chacune 6 0 par rapport à l'axe central) ; 0

enfin, l'angle de dépouille de 5 ° est fondamental. S'il est inférieur (voire négatif), le foret talonne et la coupe ne peut se faire correctement. S'il est supérieur, cette fois ce sont les lèvres qui se trouvent fragilisées et l'usure est alors beaucoup plus rapide que la normale. Pour raffûter un foret au moyen d'une petite pierre à eau, la méthode consiste à commencer par reformer les deux angles de 60 °, puis à usiner la dépouille. Attention, ça va très vite : pour un foret de 1 à 1,5 mm, quelques coups de pierre suffisent pour arriver à ses fins. Pour les diamètres supérieurs, on peut utiliser une meule électrique; mais toujours très doucement : surtout ne pas détremper le foret par surchauffe. Il arrive parfois, pour les gros diamètres (6 mm et plus), qu'à la suite d'un choc le listel soit brisé. Dans ce cas, il faut couper le foret en dessous de la brisure, mais c'est une opération assez délicate et il est préférable d'investir dans un neuf, qui ne servira plus à percer le béton ou la pierre... Enfin, avec un peu d'expérience, on se prépare parfois des forets spéciaux, destinés par exemple à encastrer des têtes de vis fraisées, etc. Surtout ne pas les utiliser pour le perçage : si un foret de 6 a été affûté avec un angle de coupe de 1 0 0 par exemple, il doit être réservé exclusivement à la tâche pour laquelle il a été prévu. Prendre l'habitude de mettre une bague adhésive de couleur sur le listel afin de reconnaître la fonction, et matérialiser de ce fait l'interdiction de perçage, est une excellente précaution. 0

CIRCUITS I M P R I M É S EN PRATIQUE

Pour les forets plein carbure, il est hors de question de les affûter à la main (trop fragiles). Nous en avons parlé précédemment; mais en écrivant ces lignes, il nous vient à l'idée qu'un débutant pourrait faire la confusion entre un foret plein carbure et ceux à pastilles de carbure rapportées. Ce sont deux outils bien différents : le plein carbure est exclusivement de petit diamètre (0,6 à 1,5 mm), résistant à l'usure, mais fragile comme le verre. Ceux à pastilles rapportées (supérieurs à 3 mm) sont en fait des corps de forets HSS sur lesquels deux lèvres en carbure ont été collées, afin de percer béton et pierre au moyen d'une perceuse à percussion. À exclure pour l'époxy... On calcule en mécanique la vitesse de coupe en m / m n . Pour un foret de 1 mm environ, on prévoit de « tourner » à 20 000 tr/min ; soit 3 mm de périphérie, multipliés par 20 000, donc 60 m/min. Cette valeur peut servir de base pour l'époxy, et donnera une idée des vitesses à adopter en fonction des diamètres utilisés. Le calcul est alors simple et rapide : on divise 60 000 par la circonférence du foret, et on obtient immédiatement la vitesse de rotation adaptée. Par exemple, pour un foret de diamètre 8 mm, la circonférence étant d'environ 25 mm, la vitesse conseillée dans ce matériau est alors de 60 0 0 0 / 2 5 , soit 2 400 tours par minute. Pour un foret de 0,6 mm, il faudra tourner à plus de 3 0 0 0 0 tours par minute... Cela doit donner une idée de l'importance du produit vitesse x diamètre, et mettre en évidence la notion de couple: ce qu'on

gagne en vitesse, on te perd en puissance, et inversement. Donc, plus le diamètre est important, plus la vitesse de rotation est basse, donc plus le couple moteur augmente et le danger aussi...

Intensité dans une piste imprimée C'est une question fréquemment posée et à laquelle il est bien difficile de répondre avec certitude. De jolis tableaux indiquent par exemple que pour une température de 20 °C on peut admettre (avec une épaisseur de cuivre de 35 um) 1 A pour 0,35 mm, 5 A pour 2 mm, 13 A pour 7 mm, etc. C'est parfait, mais bien peu réaliste, comme le prouvent trop souvent les constats sur le terrain... Voici donc quelques suggestions personnelles qui ont l'avantage d'avoir fait leurs preuves : • éviter, tant que faire se peut, d'utiliser des pistes inférieures à 0,35 mm ; • pour 1 A réel, ne pas descendre en dessous de 0,7 mm ; • considérer 0,7 m m / A est raisonnable, soit 3,5 mm pour 5 A ; 9 mm pour 13 A ; e t c . ;

VA*

SECURITE ET D O C U M E N T S UTILES

pour les composants de puissance, ne pas oublier de les implanter en élévation, ni de favoriser la convection naturelle en effectuant des trous d'aération dans la carte ; ne pas hésiter pour des résistances à forte dissipation à les souder non directement sur le PCB, mais sur des cosses type Faston. Ces dernières serviront alors de radiateurs aux connexions, évitant de ce fait que les pastilles du PCB n'entrent en fusion ; enfin, utiliser le bon sens ! Implanter sur un PCB un radiateur comme celui qu'on a pu voir à la figure 6.4, sans lui offrir une convection naturelle (détourage spécial); serait une faute grave. L'éternel bon sens reste en effet la seule règle d'or applicable à toute décision !

8.3 C O N C L U S I O N Nous voici arrivé au terme de cet ouvrage. De nombreux thèmes pouvaient encore être abordés mais ils étaient trop spécifiques pour s'adresser à tous, aussi les ai-je délibérément exclus. L'important ici était de rester très pratique, et surtout d'alerter le débutant des pièges (ou des abus) en mesure de le démoraliser. Toutes les photographies et dessins sont des originaux qui me sont propres, à l'exclusion du wrapping (photographie d'une carte industrielle sauvée in extremis de la destruction), ce qui prouve qu'il est permis à tout un chacun de choisir la méthode qui lui conviendra le mieux, avec le maximum de chances de réussite. Bon travail !

0 4 4 7 0 5 - (I) - ( 2 ) - O S B 100° - T Y P

Achevé d'imprimer sur les presses de la SNEL S.A. rue Saint-Vincent 12 - B-4020 Liège tél. 32
Circuits imprimés en pratique Réaliser un circuit imprimé par ses propres moyens reste pour de nombreux amateurs une tâche complexe, voire insurmontable. L'objet de cet ouvrage est de démontrer qu'il n'en est rien, pour peu que l'on adopte un minimum de méthode et que l'on exclut les solutions fantaisistes, cause de désolation, de pertes de temps et d'argent, quand elles ne s'avèrent pas - plus gravement dangereuses. Toutes les étapes de la fabrication sont ici détaillées, ponctuées comme il se doit de fréquents rappels à la sécurité. Qu'il s'agisse d'une simple carte réalisée par un débutant aux moyens modestes ou d'une série confiée à un sous-traitant, rien n'y est laissé au hasard. À noter qu'une part importante de ce livre est réservée à la CAO. En trente années d'expérience et plusieurs centaines de m de circuits imprimés, l'auteur a acquis nombre de « secrets », qu'il nous dévoile dans ces pages. 2

Ce livre s'adresse principalement aux amateurs, débutants ou confirmés. Ce qui n'empêchera pas les professionnels d'y trouver quelques astuces utiles et enrichissantes.

EDITIONS TECHNIQUES ET SCIENTIFIQUES FRANÇAISES

Code 0 4 4 7 0 5

ISBN 2 10 0 0 4 7 0 5 1

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