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Le moyen le plus rapide de faire des PCB croustillants à la maison !

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Vous pouvez réaliser des circuits imprimés agréables et nets sur n’importe quelle imprimante MSLA en résine bon marché – voici comment !

Et si vous voulez faire un PCB, genre, tout de suite et ne pas attendre qu’un fabricant de PCB les fasse et vous les envoie ? Ou si vous souhaitez graver d’autres éléments sur une couche de cuivre, ce qui serait difficile à intégrer dans les fichiers Gerber demandés par les fabricants de circuits imprimés ? Eh bien, si vous avez une imprimante à résine MSLA, vous disposez déjà d’un outil presque parfait pour ce travail. Aujourd’hui, nous allons essayer une méthode rapide et sale, c’est-à-dire qu’une des méthodes est rapide, l’autre est sale, et une seule d’entre elles fonctionne, mais elle fonctionne incroyablement bien.

La méthode standard de fabrication des circuits imprimés consiste à utiliser des matériaux photosensibles, comme celui-ci. C’est une construction assez simple. Vous avez votre matériau porteur au fond, généralement de la fibre de verre ou du papier, puis vous avez une feuille entière de cuivre, et avec les matériaux photosensibles, vous obtenez également un revêtement fin qui réagit à la lumière UV.

Ce truc utilise aussi la lumière UV pour durcir les couches, vous voyez comment ça se met en place ?

La première chose à faire est de déterminer combien de temps nous devons exposer le film photo. Ce que l’on trouve sur Internet va de quelques secondes à 10 minutes de temps d’exposition, selon la source de lumière UV utilisée. J’ai donc établi une échelle de temps exponentielle, commençant par 1 seconde, 2 secondes, 4 secondes, et ainsi de suite, jusqu’à un peu plus de 8 minutes, ce qui me permet de couvrir un large éventail de temps d’exposition possibles en une seule fois. Le circuit imprimé brut est fixé avec du ruban adhésif et, à intervalles réguliers, je peux retirer ce morceau de papier que j’ai recouvert de ruban adhésif en aluminium pour le rendre complètement opaque.

En général, vous imprimez la disposition du circuit imprimé sur un masque qui se trouve entre la source de lumière UV et le circuit imprimé revêtu. Mais le « M » de l’imprimante « MSLA » signifie déjà « masque », donc ici nous pouvons simplement utiliser l’écran LCD de l’imprimante pour cela. J’ai chargé la maquette du PCB et j’ai réglé le temps d’exposition à 10 minutes au total, ce qui devrait suffire pour cet essai.

À ce stade, vous ne pouvez pas vraiment voir que quelque chose aurait changé, et ce parce que nous devons encore développer la couche de photoréserve.

Donc, une note rapide sur les produits chimiques utilisés ici. Pour développer la résine photosensible, on utilise une solution d’hydroxyde de sodium dans l’eau, aussi appelée soude caustique. Ce truc n’est pas à prendre à la légère. Bien sûr, c’est un excellent produit d’entretien ménager, mais il est aussi très efficace pour nettoyer la peau de votre chair ou votre vue si vous en recevez dans l’œil. Dans ce cas, je porte toujours des gants en latex, qui sont un peu plus résistants que les gants en nitrile utilisés pour la résine. Je porte également une couche supplémentaire de lunettes de protection et j’ai une bouteille de vinaigre à portée de main si j’en reçois sur la peau, afin de pouvoir le neutraliser immédiatement.

Ensuite, pour graver le cuivre, j’utilise du persulfate de sodium, qui n’est pas non plus très sain, c’est un oxydant puissant, donc à utiliser avec précaution. Et peut-être utiliser des récipients de qualité laboratoire pour travailler et pas les récipients Ikea que j’avais sous la main.

Donc, après cette mise au point, c’est parti !

Vous pouvez immédiatement voir le lavis rouge qui se détache de la carte – je l’aide un peu avec un pinceau doux, et après quelques minutes, il semble que l’exposition soit presque terminée. Vous pouvez vraiment voir où il reste de la photoréserve et où elle a été enlevée.

Normalement, il faudrait faire tout cela dans une pièce sombre pour éviter d’exposer le reste de la carte, mais comme je suis dans une pièce sombre au sous-sol et que la seule lumière ici est une lumière LED artificielle qui n’a pas de composants UV, je peux travailler avec un peu plus facilement.

Dernière étape, la gravure, et c’est fini !

Voici donc le premier PCB que nous avons réalisé, et honnêtement, il s’est avéré plutôt joli. Vous pouvez voir que toutes les structures sont bien présentes, qu’il n’y a aucun signe de pixels provenant de l’écran LCD de l’imprimante et qu’environ 60 secondes, donc une minute, semble être la bonne durée d’exposition pour l’Elegoo Mars 2 Pro. 32 secondes semblent avoir un peu de mal à enlever tout le photorésist et à l’exposer correctement, mais dès que l’on dépasse 60 secondes, nous sommes en fait surexposés et nous enlevons plus de photorésist que nécessaire. Donc 64 secondes semble être assez bon.

Le seul problème, c’est que nous avons fait un négatif du circuit imprimé !

Ces circuits imprimés sont appelés « photopositifs », mais je suppose que cela s’applique aux zones sur lesquelles vous appliquez de la lumière, puis qui se dissolvent une fois que vous les mettez dans la solution de développement. Ce que nous allons devoir faire, c’est inverser les fichiers que nous envoyons à l’imprimante et je vais vous montrer comment ce processus fonctionne maintenant.

Pour ce processus, j’utilise Eagle et Fusion 360. Je sais que je devrais probablement utiliser KiCAD et FreeCAD, mais cette combinaison fonctionne plutôt bien pour moi.

En gros, j’ai créé mes PCB comme d’habitude dans Eagle, je les ai enregistrés, puis j’ai ouvert directement les fichiers Eagle dans Fusion. Là, vous pouvez passer à la vue « PCB 3D », l’enregistrer en tant que nouveau fichier Fusion, puis créer un autre fichier vide dans Fusion et y glisser le fichier PCB 3D, rompre le lien et c’est parti ! Il y aura plusieurs corps de « cuivre » différents à l’intérieur de la pièce, l’un pour les traces et les pastilles, l’autre pour les remplissages et le dernier pour une couche supplémentaire pour les pastilles uniquement. Puisque, pour ces cartes, nous avons besoin d’un modèle négatif des traces, je dessine une boîte rapide autour de toutes les traces et je soustrais ensuite toutes les traces que je veux de ce bloc. Je peux ensuite exporter ce qui reste sous forme de maillage et l’importer dans le slicer, dans ce cas, Chitubox.

Assurez-vous que l’orientation est correcte – le dessin doit être retourné – puis augmentez le temps d’exposition de la première couche jusqu’à la valeur obtenue lors du test d’exposition précédent. Je règle également le temps d’exposition des autres couches à 0, juste pour être sûr. Vérifiez l’aperçu, exportez, et vous devriez être prêt à exposer quelques PCBs !

Bien sûr, ce processus pourrait probablement être plus facile, mais comme le Mars 2 Pro que j’utilise comme principale plateforme d’expérimentation utilise l’ensemble de l’écosystème Chitu, vous êtes en quelque sorte lié à leurs outils.

Ok, on rince et on répète, et oups ! C’est ce qui arrive quand on ajoute 14g d’hydroxyde de sodium au lieu de 1,4g. Ouais, c’est un peu trop développé.

Le PCB avec une exposition de 60 secondes est bien sorti, alors j’en ai fait un deuxième avec 90 secondes, et celui-là est presque parfait.

Je suis très heureux de ce que cela a donné ! C’est un PCB parfaitement utilisable, vous obtenez des détails très nets, les traces fines sont superbes, pour les pièces à trous traversants, la seule chose que vous aurez à faire est de percer les trous, mais c’est un processus assez rapide. Je veux dire, faire des PCBs à la maison n’est pas quelque chose que vous voulez faire en masse, mais c’est plus pour réduire le temps de cycle entre avoir une idée, faire et essayer un PCB, et ensuite faire la prochaine révision sur lui immédiatement.

L’autre chose que j’ai essayée, c’est d’utiliser une carte vierge plaquée de cuivre sans photoréserve. Il s’agit de cartes FR4, que l’on peut découper en les marquant profondément avec un couteau, puis en les cassant.

Ne sciez pas ces pièces si vous ne devez pas le faire, la poussière est désagréable. Donc, du ruban adhésif double face sur le fond de la plate-forme d’impression, que j’ai remis à niveau, bien sûr, j’ai ajouté de la résine, j’utilise la version transparente de la résine Siraya « Blu », et puis j’ai simplement fait durcir de la résine sur le cuivre. Et étonnamment, la résine adhère très bien au cuivre nu. On peut même distinguer les traces les plus fines déjà après le lavage.

Le seul problème ici est qu’il semble impossible de trouver un équilibre entre une sous-cuisson de la première couche qui n’adhère pas bien et une sur-cuisson qui recouvre les canaux qui devraient rester ouverts afin que nous puissions graver les canaux d’isolation. Malheureusement, même en laissant la carte dans la solution de gravure toute la nuit, ils n’ont été gravés que dans les coins et sur les grands espaces, mais on ne voit rien des traces réelles.

Une application intéressante du durcissement de la résine sur un PCB pourrait être l’ajout de votre propre masque de soudure et d’une sérigraphie sur les pistes nues. J’ai envisagé d’essayer la résine de sculpture haute température de Siraya Tech pour cela, mais a) elle n’est pas arrivée à temps et b) je ne sais pas quel genre de fumées elle dégagera lorsque vous soudez contre elle.

Une dernière chose cool que j’ai faite est d’utiliser le processus de photorésistance pour transférer une photo réelle sur un PCB. Vous pourriez le faire en noir et blanc, mais j’ai d’abord converti la photo en une image en demi-teinte, puis j’ai créé un stl avec une carte de hauteur et je l’ai utilisé pour créer un fichier d’impression pour exposer la carte. Et ça a marché à merveille ! Il y a beaucoup de détails, et si vous voulez, vous pouvez toujours les étamer à l’air chaud pour un peu plus de contraste.

S’agit-il donc d’un procédé pratique pour graver vos propres PCB ? Je le pense, absolument, oui. Il ne remplacera certainement pas les commandes auprès d’un fabricant de circuits imprimés pour les grosses commandes, mais lorsque vous avez besoin de quelque chose sur-le-champ ou que vous voulez simplement gagner un peu de temps dans un processus itératif, les 15 minutes de votre temps que vous devez consacrer à la gravure d’une carte peuvent certainement en valoir la peine. Bien sûr, le processus de transfert des fichiers d’Eagle à l’imprimante pourrait être plus simple – et peut-être existe-t-il un moyen plus facile avec les logiciels et le matériel à code source ouvert, mais dans tous les cas, les résultats sont vraiment bons !

J’espère que vous avez trouvé ces expériences utiles ou du moins intéressantes. Si c’est le cas, n’hésitez pas à donner un coup de pouce à la vidéo et peut-être même à vous abonner pour en recevoir d’autres. J’adresse également un grand merci à mes mécènes et aux membres de YouTube, qui m’aident à rendre tout cela possible. Merci.

Et un grand merci à tous ceux qui ont regardé, continuez à fabriquer et bonnes vacances. À bientôt !

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