Fabrication de circuits imprimés SMD à la maison (méthode Photoresist): 12 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

La fabrication de circuits imprimés à la maison est probablement un art en voie de disparition, car de plus en plus d'entreprises de fabrication de circuits imprimés imprimeront votre circuit imprimé et les feront livrer à votre domicile à un prix raisonnable. Néanmoins, savoir comment fabriquer des PCB s'avérera toujours utile lors de la fabrication de prototypes ou du remplacement de ce circuit endommagé qui prendra des semaines à expédier. En outre, les compétences requises pour graver un PCB peuvent être utiles pour graver de nombreux autres matériaux avec des conceptions créatives.

Dans ce instructable, je vais vous montrer comment graver une carte à une face, appliquer un masque de soudure et souder certains composants SMD pour créer une carte de test pour certaines LED RVB WS2812B.

Étape 1: Matériaux:

Voici une liste de tous les matériaux dont vous aurez besoin pour graver et remplir votre circuit imprimé.

• Panneau plaqué cuivre*
• De l'alcool
• Acétone
• Plateau en plastique
• Graveur**
• Composants de la carte
• Feuilles transparentes jet d'encre ou laser
• Pince à épiler
• Station de soudage avec pistolet à air chaud (pour SMD)
• Photorésine
• Flux
• Tresse à dessouder
• Pâte à braser
• Masque de soudure

*Les panneaux plaqués cuivre et fibre de verre sont déconseillés car ils peuvent être un peu difficiles à couper.

** J'ai utilisé une solution 2:1 de peroxyde d'hydrogène et de HCl, à 3 % et 30 % respectivement.

Étape 2: Concevez votre circuit

Il existe de nombreux programmes disponibles pour concevoir votre circuit. Celui que j'utilise le plus est Eagle, qui n'est peut-être pas aussi avancé que certains autres logiciels PCB disponibles, mais il est gratuit et facile à utiliser. Il vous permet de créer des planches jusqu'à deux couches. Eagle a récemment été acheté par Autodesk, il pourrait donc gagner en pertinence dans le domaine professionnel à l'avenir.

Si vous n'êtes pas familier avec la conception de PCB, je vous suggère de jeter un œil à d'autres instructables, il existe également d'excellents tutoriels sur youtube, comme celui de Jeremy Blum.

Sur la photo, vous pouvez voir à quoi ressemble un circuit une fois terminé. Dans ce cas, ce circuit sera utilisé pour tester certaines LED WS2812B.

J'ai joint les fichiers Eagle au cas où vous voudriez enregistrer ou modifier le circuit.

Étape 3: Exporter un négatif PCB en miroir

Malheureusement, Eagle n'a pas la possibilité d'inverser les couleurs du circuit avant l'impression, des étapes supplémentaires sont donc nécessaires.

Une fois que vous avez terminé votre circuit, sélectionnez les traces, pastilles et autres éléments que vous souhaitez graver, puis exportez-le dans un fichier PDF. Faites la même chose pour les pastilles uniquement, cela servira à exposer le masque de soudure.

Eagle produit le PDF à une résolution de 600 dpi, qui est généralement la même résolution que votre imprimante, donc aucun ajustement de taille n'est nécessaire.

Pour inverser les couleurs du fichier PDF, j'ai utilisé Gimp. J'ai ouvert le fichier avec une résolution de 600 dpi* et j'ai inversé les couleurs en sélectionnant le circuit et en utilisant l'outil d'inversion. J'ai également collé les blocs à côté pour tout imprimer d'un seul coup.

J'ai joint le fichier PDF au cas où vous voudriez imprimer ce circuit, aucun redimensionnement ne devrait être requis.

* Avertissement: Le réglage d'une résolution dans le logiciel de montage autre que 600 dpi entraînera des changements de taille lors de l'impression qui seront difficiles à corriger. Assurez-vous également que votre circuit est mis en miroir afin qu'il puisse être retourné, avec le toner ou l'encre appuyant contre la carte.

Étape 4: préparez les transparents

Après s'être assuré que tous les composants s'adaptent bien au circuit sur papier, le circuit et les pastilles sont imprimés sur un transparent.

Bien souvent, une seule transparence ne suffit pas, des trous peuvent apparaître qui laisseront passer la lumière, laissant des zones exposées là où on ne les veut pas. Cela peut être un problème majeur qui est facilement résolu en empilant un autre transparent sur le dessus.

Les transparents sont collés avec de l'époxy et alignés et l'époxy est laissé à durcir. Placer le transparent sous une surface plane est une bonne idée, afin que le transparent soit totalement plat une fois que l'époxy durcit. L'excédent est coupé avant de passer à l'étape suivante.

Étape 5: préparer le tableau

Le panneau plaqué de cuivre est marqué des deux côtés et cassé à la taille. Il est également nettoyé avec un tampon de notation et du savon pour laisser une surface brillante et propre. L'alcool peut également être utilisé pour nettoyer tout résidu laissé.

Assurez-vous qu'il n'y a pas de poussière ou d'empreintes digitales sur le tableau, car tout résidu déterminera le succès de l'étape suivante.

Étape 6: Collez le film photorésistant

Coupez un petit morceau de film photorésistant. Le film est composé de trois couches, un plastique en haut et en bas et le photoresist chemichal pris en sandwich au milieu. Pour séparer le film, je mets deux morceaux de scotch sur un bord puis je les sépare, un film transparent se détachera et sera jeté, le côté collant (celui avec la résine photosensible exposée) adhère facilement à la planche sans aucune bulle d'air.

Pour coller complètement le film sur la planche, il faut appliquer de la chaleur. Une plastifieuse modifiée est souvent la méthode préférée, mais un fer à repasser ou une cuisinière électrique peuvent également fonctionner. Dans mon cas, j'utilise la cuisinière électrique dans ma cuisine. Un morceau de papier est utilisé entre les deux pour éviter que le film plastique ne chauffe trop.

Étape 7: exposer la résine photosensible

La transparence adhère à la résine photosensible à l'aide d'une goutte d'eau. Il est ensuite exposé à la lumière UV.

Il est important que l'encre ou le toner sur le transparent soit en contact avec le carton, sinon la lumière pourrait s'infiltrer entre le film et le carton et provoquer des défauts.

Le temps d'exposition dépendra de la force de votre source UV. Dans mon cas, 30 secondes dans mon exposant de PCB maison suffisent. Sous une ampoule CFL normale, plusieurs minutes peuvent être nécessaires.

Étape 8: Retirez la résine photosensible non exposée

Une fois que le PCB a été exposé, la transparence est retirée et le film plastique qui retenait la résine photosensible est décollé. La résine photosensible aura durci et sera collée à la planche.

La résine photosensible non exposée est éliminée dans une solution de carbonate de sodium à 1%*. Une brosse est nécessaire pour dissoudre rapidement les zones non exposées. Le panneau de cuivre doit être visible une fois que cela a été fait.

Une fois cela fait, le panneau est à nouveau exposé à la lumière UV pour durcir complètement la résine photosensible et la préparer pour la gravure.

*Le carbonate de sodium est également connu sous le nom de bicarbonate de soude. Si vous n'avez pas accès au carbonate de sodium, vous pouvez en fabriquer en chauffant du bicarbonate de soude (bicarbonate de soude) dans un four à 200 °C pendant quelques heures.

Étape 9: gravure du tableau

Le panneau est gravé dans une solution de 2:1 de peroxyde d'hydrogène et de HCl (acide muriatique), cela prend généralement environ 10 minutes. Ensuite, la résine photosensible est retirée en immergeant le panneau dans de l'acétone jusqu'à ce qu'il se décolle.

Les bords de la planche sont enfin taillés et poncés. Une fois la carte gravée, des contrôles de continuité sont effectués pour s'assurer qu'il n'y a pas de court-circuit.

Étape 10: Application du masque de soudure

Une grosse goutte de masque de soudure est appliquée au centre de la carte. La transparence est collée sur le dessus et la goutte de masque de soudure est pressée uniformément. Le même processus que précédemment est utilisé pour exposer le PCB. Le masque de soudure non exposé est retiré avec de l'eau du robinet et une brosse.

Dans certains cas, le masque de soudure peut coller à la transparence, de sorte qu'un morceau de film de polypropylène est pris en sandwich entre les deux. Nettoyer la planche avec de l'alcool et une serviette en papier la rendra assez brillante.

L'application d'un masque de soudure peut être un peu délicate, comme vous pouvez le voir, certaines taches se sont décollées, mais c'est acceptable.

Étape 11: Souder les composants

Un peu de pâte à souder est appliqué sur chaque pastille. Les composants SMD sont placés sur les plots. Ne vous inquiétez pas si cela ressemble à un gâchis, une fois la chaleur appliquée, la tension superficielle de l'étain fondu tirera les composants tout droit. Le masque de soudure empêchera la soudure de coller ailleurs que sur les plaquettes.

Les composants sont chauffés avec un pistolet thermique à une température de 300 °C pendant quelques secondes jusqu'à ce que la pâte à souder fonde. Il est ensuite laissé refroidir lentement pendant plusieurs minutes. D'autres méthodes peuvent être utilisées (refusion, plaque chauffante…).

Certains en-têtes de broches sont soudés au circuit avant de le tester sur une maquette.

Étape 12: Test des LED

Un simple programme Arduino avec la bibliothèque FastLED est utilisé pour contrôler les LED. La bonne chose à propos des LED WS2812B est qu'elles n'ont pas besoin de résistances, car il y a un IC interne qui régule le courant. Un tableau entier peut également être piloté avec une seule entrée.

Cette petite planche de test a été réalisée avec succès et il est temps de passer à de plus gros projets.

Si vous avez aimé ce projet et que vous souhaitez voir des instructables plus approfondis sur certains des sujets abordés ici, veuillez aimer cette instructable et envisager de lui donner un vote pour le concours LED.

Merci d'avoir regardé!