La conception d’un circuit imprimé est généralement de mise lorsqu’on veut relier des composants électroniques entre eux. De cette façon, on est en mesure de réaliser un circuit électronique complexe. Le circuit imprimé est présent dans pratiquement tous les appareils électroniques. Et il est assez facile de le concevoir à condition d’avoir les connaissances requises. Désirez-vous vous essayer à votre toute première conception de circuit imprimé ? Excellente idée ! Mais avant, prenez soin de disposer de suffisamment d’informations pour adopter la bonne démarche. Déjà, qu’est-ce que c’est précisément qu’un circuit imprimé ? À quoi cela sert-il ? Que faut-il pour le fabriquer ? Quelles sont les différentes étapes de conception d’un circuit imprimé ? Et enfin, quelles sont les règles à suivre pour placer ses composants comme il faut ? Trouvez réponses à toutes ces questions dans cet article.
Sommaire
Rappel sur ce que c’est qu’un circuit imprimé
Outre l’emploi du terme « PCP », il n’est pas rare d’entendre des personnes désigner le circuit imprimé par l’appellation « carte électronique ». Le circuit imprimé ou PCP ou encore carte électronique est constitué de plusieurs couches très fines. Celles-ci sont en cuivre, et on les sépare l’une de l’autre à l’aide d’un matériau isolant.
Dans le but d’obtenir plusieurs pistes, on fait la gravure des couches de cuivre en se servant d’un procédé chimique. L’opération est terminée grâce à l’utilisation de pastilles. Et pour protéger les pistes de l’oxydation ainsi que des courts-circuits, on ajoute une couche de vernis au circuit. À noter que les pistes mentionnées ici constituent les éléments permettant de relier électroniquement les différentes parties du PCP ! Quant aux pastilles, elles permettent de lier électroniquement soit les couches de cuivre, soit les divers composants ayant été soudés dans la carte électronique. Les pastilles non perforées peuvent permettre dans des cas donnés de souder les composants montés en surface.
À quoi sert une carte électronique ?
Les usages des circuits imprimés sont nombreux et variés. On s’en sert surtout afin d’y souder des composants. Et les circuits imprimés sont aujourd’hui présents dans pratiquement tous les appareils dont nous nous servons quotidiennement. On les retrouve par exemple dans :
- les radios ;
- les télécommandes des postes de télévision ;
- les appareils électroménagers ;
- les micro-ordinateurs ;
- ou encore les cartes accompagnant les jeux d’arcade.
Il faut savoir que certains composants des ordinateurs sont, de par leur conception, des circuits imprimés. Il s’agit entre autres des barrettes mémoires, des cartes mères tout comme des cartes d’extension.
Quels sont les éléments nécessaires à la fabrication d’une carte électronique ?
- les circuits intégrés ;
- les condensateurs ;
- les diodes ;
- les résistances ; et,
- les transistors.
Il sera possible de relier ces composantes grâce aux bandes conductrices conçues préalablement. La plaque ainsi obtenue sera alors un sous-système électronique : on parle de circuit monocouche.
On peut également faire dissoudre du cuivre en utilisant un mélange constitué d’eau oxygénée, d’acide chlorhydrique et de chlorure de cuivre. Le chlorure de cuivre est remplaçable par le perchlorure de fer liquide. La bakélite est de couleur marron et ne supporte en ce qui la concerne que deux types distincts de couches. La grande majorité des appareils électroniques conçus dans les années 60 et 70 sont constitués par une couche unique de cuivre. Quant aux composants électriques, ils sont placés à l’autre côté de la plaque.
La conception de circuits de plus en plus complexes permet de noter une grande évolution des méthodes de gravure. Ainsi, les couches des circuits deviennent de plus en plus nombreuses. De même, ce sont désormais de minuscules rivets conducteurs ou encore des trous métallisés qui lient les composants aux pistes. On retrouvera par exemple au moins six couches dans la carte mère d’un micro-ordinateur parmi lesquelles nous avons :
- une couche destinée à la masse ;
- et une couche destinée à l’alimentation 5 V.
Il est par ailleurs possible de trouver des PCP constitués d’une trentaine de couches. Cela se remarque dans le cas des circuits d’une extrême complexité. Pour en savoir davantage sur les circuits imprimés et notamment leurs éléments constitutifs, veuillez parcourir le Blog Altium.
Quelles sont les différentes étapes de conception d’un circuit imprimé ?
La conception de circuit imprimé obéit à treize étapes précises que sont :
- le choix d’une technique pour fabriquer un circuit imprimé ;
- la création du typon ;
- le réglage des dimensions du PCP ;
- l’impression de la carte électronique ;
- la pose du typon ;
- l’entame du transfert du circuit ;
- la poursuite de l’opération de transfert ;
- la préparation du refroidissement de la carte électronique ;
- le refroidissement de la carte électronique ;
- le retrait du typon ;
- le séchage de la carte électronique ;
- la gravure ;
- la finition de la carte.
Le choix d’une technique pour fabriquer une carte électronique
Il existe quatre procédés pour fabriquer un circuit imprimé à savoir la gravure chimique, la gravure par rayons ultraviolets, la gravure mécanique et la gravure au laser.
La gravure chimique demande du temps et nécessite des mesures strictes de sécurité. Par ailleurs, il vous faut disposer de certains matériaux spécifiques tels que le réactif d’attaque. La gravure chimique est une technique qui convient bien à la conception de cartes électroniques simples ou pas trop complexes. Elle n’est par contre pas conseillée pour la conception de circuit imprimé avec connexions rapprochées et très fines.
La gravure par rayons ultraviolets demande des matériaux assez coûteux et qui en plus ne sont pas disponibles en tout lieu. En revanche, sa mise en œuvre est simple et elle garantit l’obtention de circuits à la fois fins et complexes.
La gravure mécanique est encore appelée « routage ». Elle exige l’usage de machines spéciales pour retirer le surplus de cuivre de la carte ou créer entre les connexions des passages vides. La gravure mécanique vous reviendra chère à moins que vous n’ayez pas à acheter une machine à graver. Le mieux serait définitivement d’en louer. Mis à part cet inconvénient, la gravure mécanique est l’idéal pour fabriquer un circuit imprimé en plusieurs exemplaires. De même, elle assure l’obtention de cartes électroniques de bonne qualité.
Enfin, la gravure au laser est celle qui est le plus souvent utilisée par les grandes entreprises de production ainsi que les universités. Le principe de la gravure au laser ressemble beaucoup à celui de la gravure mécanique. La différence est que c’est un rayon laser qui fait ici le travail. De telles machines sont difficiles à trouver.
La création du typon
La création du typon consiste à tracer les pistes du circuit. Dans le cas où la gravure devrait se faire au moyen d’un acide, servez-vous d’un matériau qui y soit résistant.
- Vous pouvez procéder au traçage manuel du typon en vous servant de marqueurs spéciaux que vous pourrez acquérir sans souci dans le commerce.
- Vous pouvez aussi opter pour son impression au moyen d’une imprimante laser. Et dans ce cas, c’est l’encre de l’imprimante qui sert à tracer le circuit.
La seconde méthode, bien que très attrayante, ne convient pas pour les circuits moyens ou complexes. Et il vous faut en général un logiciel spécial pour faire la conversion du schéma de principe du circuit en un schéma imprimable. Vous avez le choix entre plusieurs logiciels libres. Liquid PCB, PCB ou encore Shortcut sont quelques-uns de ces logiciels.
Le réglage des dimensions du PCP
La troisième étape de la conception de circuit imprimé consiste à ajuster ses dimensions. Il vous faut d’abord l’achever sur votre ordinateur avant de régler ses dimensions grâce au logiciel. Veillez dans l’ajustement à ce que les dimensions correspondent à celles du papier.
L’impression de la carte électronique
Vous passez ensuite à l’impression du PCP toujours grâce au logiciel. Servez-vous de papier glacé pour l’impression et assurez-vous que celle-ci soit réalisée en miroir. Surtout, ne touchez pas à l’encre du typon après l’impression. Vous risqueriez sinon de l’effacer.
La pose du typon
À présent, vous devez mettre le recto du typon sur la face cuivrée de la carte. Veillez à ce qu’il y ait un alignement entre les deux pièces. Puis, allumez votre fer électrique et positionnez-le sur son support en attendant qu’il chauffe suffisamment.
L’entame du transfert du circuit
L’étape suivante dans la conception de circuit imprimé est de démarrer le transfert du circuit. Il faudra donc poser votre fer à repasser bien chauffé sur le typon.
La poursuite de l’opération de transfert
Poursuivez le transfert du circuit en maintenant le fer sur le typon, pendant 30 à 45 secondes.
La préparation du refroidissement de la carte électronique
Vous devez maintenant vous apprêter à refroidir la carte. Pour cela, il faut d’abord mettre délicatement le fer de côté. Puis, il faut prendre la carte et aller au robinet le plus proche de vous. Attention ! Le papier chaud sera toujours pressé contre la carte et il ne faudra pas le retirer à ce moment-là.
Le refroidissement de la carte électronique
Une fois que vous atteignez et ouvrez le robinet, positionnez la carte sous le filet d’eau. Vous pouvez encore, si vous préférez, plonger la plaque ainsi que le papier dans un récipient contenant de l’eau chaude. Mais, n’allez pas au-delà de 10 minutes.
Le retrait du typon
Pour retirer le typon, vous n’aurez qu’à le décoller entièrement. Puisque l’eau aura largement agi en amont, cette opération vous sera très facile. N’hésitez pas à tremper un peu plus longtemps les endroits qui résistent. À l’issue de l’enlèvement du typon, vous disposerez d’une plaque en cuivre sur laquelle se trouve imprimé en noir le circuit !
Le séchage de la carte électronique
À cette étape de conception de circuit imprimé, il s’agira de sécher la carte. À l’aide d’une serviette, essuyez-la soigneusement. Vous pouvez aussi opter pour une autre technique, celle consistant à l’incliner afin d’enlever les gouttes d’eau. Il ne vous faut pas plus de trente secondes pour terminer le séchage de la carte. Soyez méticuleux afin que le circuit ne s’efface pas.
La gravure
L’avant-dernière étape pour fabriquer un circuit imprimé est celle de la gravure. Elle consistera en l’élimination du cuivre inutile afin de n’avoir que les pistes de connexion qui vous seront utiles. La gravure pourra se faire avec de l’acide ou au moyen d’une insoleuse UV. L’acide le plus souvent utilisé est le chlorure ferrique. Mais vous pouvez également porter votre choix sur le persulfate d’ammonium tout comme d’autres substances chimiques.
La finition de la carte
Après la gravure, il ne vous reste plus qu’à procéder à la finition de votre carte :
- dans un premier temps, vous devrez percer les trous de montage. Il existe des machines spécifiquement conçues à cet effet. Mais, vous pouvez toujours vous rabattre sur une perceuse classique, si vous voulez ;
- dans un second temps, vous pourrez alors monter sur la carte les composants électroniques, puis les souder.
Quelles sont les règles à suivre dans le placement des composants sur la carte électronique ?
Vous devez connaître plusieurs règles avant de fabriquer un circuit imprimé. Ainsi, vous devez savoir placer les divers composants du PCP comme il faut. C’est à la fois un art et une science. Il vous faudra notamment mener une réflexion face à la surface dont vous disposez sur la carte. L’ordre qu’il convient d’adopter dans la mise en place des composants est le suivant : connecteurs – circuits d’alimentation – circuits de précision – circuits critiques. Vous devez par ailleurs respecter scrupuleusement certaines normes au moment de placer les composants. Elles se rapportent à l’orientation, à l’organisation et au positionnement :
- pour que le soudage soit efficace, il faut que tous les composants se ressemblant soient orientés de la même façon ;
- pour ce qui concerne l’organisation, sachez que les composants montés sur la surface doivent être placés sur le même côté. Par ailleurs, pensez à disposer les composants traversants sur la partie supérieure afin de gagner du temps ;
- enfin, tenez-vous-en à cette simple règle en matière de positionnement : ne montez pas de composants sur la face de la carte comprenant des composants traversants.
La carte électronique est un circuit formé de composants et de conducteurs qu’on intègre à une structure mécanique. Elle est présente dans presque tous les appareils électroniques couramment utilisés. Et la conception de circuit imprimé se fait en suivant des étapes bien déterminées. De même, cela demande de maîtriser et d’appliquer des règles précises notamment lors du montage des différents composants.
