Fabriquer des circuits imprimés à la maison : Chambre d'exposition aux UV

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Pour tous les passionnés d'électronique, le passage d'une planche à pain salissante à des circuits imprimés permanents et propres est un grand pas en avant. La création de vos propres circuits imprimés (PCB) à la maison, c'est un peu comme un super pouvoir. Il vous permet de réduire la taille de vos projets, de les rendre plus fiables et de leur donner un aspect incroyablement professionnel. Bien qu'il existe de nombreuses façons de fabriquer un circuit imprimé maison, la méthode photographique utilisant la lumière UV et la résine photosensible donne les résultats les plus nets et les plus précis. Cette méthode est le secret de la création de circuits imprimés qui semblent sortir d'une usine.

Pour ce faire, vous avez besoin d'un outil spécial : un boîtier d'exposition aux UV. Cet appareil utilise la lumière ultraviolette pour transférer la conception de votre circuit d'un film transparent sur une carte de cuivre sensible à la lumière. Vous pouvez acheter des appareils professionnels, mais ils peuvent être coûteux. La bonne nouvelle, c'est que la construction de votre propre appareil est un projet amusant et gratifiant, beaucoup plus facile que vous ne le pensez. Un appareil fait maison peut fonctionner aussi bien qu'un appareil commercial.

Ce guide vous guidera à travers chaque étape de la construction de votre propre dispositif d'exposition. Nous utiliserons des mots simples et expliquerons tout clairement. Vous apprendrez quelles sont les pièces dont vous avez besoin, comment les assembler et comment utiliser votre nouvel outil pour fabriquer des circuits imprimés étonnants. À la fin, vous disposerez d'un nouvel équipement puissant pour votre atelier d'électronique.

Comprendre le processus d'exposition aux PCB

Pourquoi la résine photosensible est-elle nécessaire ?

Avant de commencer la construction, il est très utile de savoir pourquoi nous avons besoin de cette boîte. L'ensemble du processus fonctionne grâce à un matériau spécial appelé résine photosensible. Il s'agit d'un produit chimique sensible à la lumière qui se modifie sous l'effet de la lumière ultraviolette (UV).

Une analogie simple pour comprendre

Imaginez que vous peigniez un mur, mais que vous souhaitiez laisser une forme spécifique non peinte. Vous utiliseriez du ruban adhésif de masquage pour couvrir la forme que vous souhaitez protéger. Une fois la peinture terminée, vous décollez le ruban et vous laissez la forme propre. Le processus de la résine photosensible ressemble beaucoup à cela, mais il utilise la lumière au lieu de la peinture et un révélateur spécial au lieu du ruban adhésif.

Préparation de la plaque de cuivre

Vous commencez par une carte recouverte de cuivre, qui est une feuille de fibre de verre entièrement recouverte d'une fine couche de cuivre. Ce cuivre deviendra les pistes métalliques de votre circuit. Vous commencez par recouvrir toute la surface de cuivre d'une fine couche de résine photosensible. Il s'agit généralement d'une fine pellicule sombre que vous appliquez soigneusement sur la carte.

Imprimer et placer la conception du circuit

Ensuite, vous imprimez le dessin de votre circuit sur une feuille de plastique transparent. Votre dessin doit être imprimé à l'encre noire. Les parties noires correspondent à l'emplacement des pistes de cuivre et les parties transparentes à l'emplacement où le cuivre doit être retiré. Placez ensuite ce transparent sur la carte recouverte de photorésistances.

Exposition à la lumière UV

Vous placez ces deux éléments dans votre boîte d'exposition aux UV. Lorsque vous allumez les lampes UV, les rayons ultraviolets brillent vers le bas. La lumière peut traverser les parties transparentes du transparent, mais elle est bloquée par l'encre noire de votre circuit.

Développement du conseil d'administration

La lumière UV qui frappe la résine photosensible provoque une réaction chimique et la rend dure. La résine photosensible protégée par l'encre noire n'est pas touchée par la lumière et reste donc souple. Après quelques minutes, vous éteignez la lumière et sortez la carte. Vous la placez ensuite dans un liquide spécial appelé révélateur. Cette solution de développement n'élimine que la résine photosensible molle et non exposée. La partie dure qui a été touchée par la lumière reste sur la carte.

Vous vous retrouvez alors avec une plaque de cuivre où la forme de votre pistes du circuit est protégé par la résine photosensible durcie. Tout le reste du cuivre est exposé. Enfin, vous placez cette carte dans une solution d'attaque, comme le chlorure ferrique. Ce produit chimique ronge tout le cuivre non protégé. Il ne peut pas toucher le cuivre couvert par la résine photosensible dure. Une fois la gravure terminée, il ne reste plus que les pistes de cuivre qui forment votre circuit.

C'est pourquoi une couverture lumineuse homogène est si importante. Votre boîte d'exposition maison garantira une lumière UV forte et homogène, ce qui vous permettra d'obtenir des résultats très nets et parfaits à chaque fois.

Rassembler votre matériel et vos outils

La première étape de tout bon projet consiste à préparer toutes les pièces et tous les outils. Cette construction ne nécessite rien de trop exotique et la plupart des pièces peuvent être trouvées en ligne ou dans un magasin d'électronique. Nous pouvons diviser la liste en quelques groupes simples.

Pour l'électronique :

• LED UV : C'est la partie la plus importante. Vous aurez besoin d'une bande d'UV DEL ou un ensemble de LED individuelles. La meilleure LED UV pour l'exposition des circuits imprimés a généralement une longueur d'onde comprise entre 395 et 405 nm. Cette plage fonctionne parfaitement avec la plupart des films de résine photosensible. Vous aurez besoin d'un nombre suffisant de LED pour créer une grille dense de lumières afin d'obtenir une couverture uniforme. Environ 50 à 100 LED individuelles, ou une bande de 2 mètres, constituent un bon point de départ pour une boîte de taille moyenne.
• Alimentation électrique : Vous avez besoin d'une alimentation qui puisse fournir la tension correcte et un courant suffisant pour toutes vos LED. La plupart des bandes de LED fonctionnent sur 12V DC. Vérifiez les spécifications de vos LED pour trouver un bloc d'alimentation adapté. Une alimentation de 12V, 2A est souvent un bon choix.
• Un chronomètre : Bien que vous puissiez utiliser un chronomètre, une minuterie intégrée rend l'utilisation de la boîte beaucoup plus facile et précise. Vous pouvez acheter en ligne des modules de minuterie numérique simples qui peuvent être réglés pour les secondes et les minutes. Il s'agit d'une amélioration considérable pour votre projet.
• Un interrupteur marche/arrêt : Un interrupteur à bascule ou un interrupteur à bascule de base sera utilisé pour allumer et éteindre l'alimentation principale de l'unité.
• Fils : Vous aurez besoin d'un fil de connexion fin pour relier toutes les pièces électroniques entre elles. Les fils rouge et noir sont utiles pour suivre les connexions positives et négatives.

Pour la boîte et la structure :

• Une boîte : Vous avez besoin d'un support pour tout ranger. Une simple boîte en bois est un excellent choix car elle est facile à travailler. Vous pouvez également utiliser un conteneur de stockage en plastique solide. Certaines personnes utilisent avec succès le boîtier d'un vieux scanner à plat cassé.
• Une feuille de verre ou d'acrylique transparent : C'est sur cette plate-forme que vous placerez votre circuit imprimé. Elle doit être très claire et plate. Le verre est préférable car il ne se raye pas aussi facilement. La taille dépendra de la taille de votre boîte.
• Une feuille d'aluminium ou un miroir : Vous en tapisserez l'intérieur de la boîte. La surface brillante réfléchira la lumière UV, ce qui rendra l'exposition plus uniforme et plus efficace.
• Un morceau de mousse : Il sera utilisé sur le couvercle de la boîte pour presser le transparent fermement et uniformément contre le circuit imprimé.
• Vis, écrous et boulons : Vous aurez besoin de petites pièces de quincaillerie pour monter les composants électroniques et maintenir la boîte ensemble.

Outils nécessaires :

• Fer à souder et soudure
• Pistolet à colle chaude
• Perceuse avec différents embouts
• Tournevis
• Pince à dénuder et pince coupante
• Règle ou mètre ruban

Conception de votre boîte d'exposition aux UV pour circuits imprimés

Avant de commencer à couper et à percer, il est bon d'avoir un plan simple. La principale chose à laquelle il faut penser est la taille. Votre boîte doit être assez grande pour contenir le plus grand BPC que vous pensez vouloir fabriquer, avec un peu d'espace supplémentaire sur les bords. Une taille courante est d'environ 30 cm sur 20 cm.

La prochaine chose à prévoir est la distance entre les LED UV et la plaque de verre. Cette distance est très importante pour obtenir une lumière homogène. Si les DEL sont trop proches du verre, vous obtiendrez des "points chauds" lumineux juste au-dessus de chaque DEL et des zones plus sombres entre les deux. Si elles sont trop éloignées, la lumière sera homogène, mais elle risque d'être trop faible, ce qui entraînera des temps d'exposition très longs. Une bonne distance de départ se situe entre 5 et 8 cm.

Vous devez également planifier la disposition de vos diodes électroluminescentes. Disposez-les en grille avec un espacement régulier entre elles. Cela vous permettra de vous assurer que chaque partie de votre circuit imprimé reçoit la même quantité de lumière UV. Lorsque vous avez un plan simple sur papier, vous êtes prêt à commencer la construction.

Construction du cadre et de la structure de la boîte

C'est ici que le projet prend vie. Supposons que vous utilisiez une boîte en bois.

Coupez les pièces de bois à la taille nécessaire pour votre boîte. Vous aurez besoin d'un fond et de quatre côtés. Vous n'avez pas besoin d'un couvercle en bois, car le couvercle sera muni d'une mousse de pression. Assemblez les quatre côtés et fixez-les à la pièce de fond avec de la colle à bois et des vis. Vous obtiendrez ainsi une boîte solide qui bloque la lumière.

Préparez ensuite l'intérieur. Cette étape est très importante si vous voulez obtenir de bons résultats. Prenez du papier d'aluminium et utilisez de la colle en spray ou de la colle normale pour couvrir tout l'intérieur de la boîte. Couvrez le fond et les quatre parois. Rendez la surface aussi lisse que possible et essayez de ne pas laisser de plis. Cette couche brillante réfléchira la lumière UV à l'intérieur, réduisant ainsi les ombres et garantissant que la planche reçoit une lumière uniforme de tous les côtés.

Lorsque l'intérieur est prêt, faites un petit rebord pour la plaque de verre. Collez quatre fines bandes de bois sur les parois intérieures. Veillez à ce que les bandes soient toutes à la même hauteur, à environ 5-8 cm au-dessus du fond, comme vous l'avez prévu précédemment. Ce rebord accueillera la plaque de verre.

À la fin, ajoutez un couvercle. Une simple planche de bois avec des charnières suffit. A l'intérieur du couvercle, collez un morceau de mousse plat. La mousse doit être un peu plus épaisse que l'espace entre le couvercle et le verre lorsqu'il est fermé. Ainsi, lorsque vous fermez le couvercle, la mousse appuie fortement sur le verre. PCB et le film, afin qu'ils restent parfaitement en contact. S'il y a un décalage, les pistes peuvent paraître floues et de mauvaise qualité.

Création d'un réseau de DEL UV et d'un schéma de circuit simple

Nous allons maintenant travailler sur le cœur de la machine : les lumières. C'est ici que votre soudure Les compétences de l'équipe de recherche et développement seront utiles. L'objectif est de créer un panneau de diodes électroluminescentes régulièrement espacées.

Une bonne façon de procéder consiste à utiliser un morceau de carton perforé ou une fine feuille de plastique comme base pour votre réseau de DEL. Tracez votre quadrillage sur le panneau à l'aide d'un crayon. Percez ensuite de petits trous pour les pattes de chaque DEL. Placez toutes vos DEL dans les trous, en veillant à ce que les pattes positives (anodes) et négatives (cathodes) soient orientées dans le même sens.

En ce qui concerne le schéma du circuit du boîtier d'exposition PCB, l'approche la plus simple consiste à câbler les DEL en parallèle. Cela signifie que toutes les pattes positives sont connectées ensemble et que toutes les pattes négatives sont connectées ensemble. Vous pouvez le faire en pliant soigneusement les pattes des DEL et en les soudant l'une à l'autre ou en utilisant des fils pour les connecter. Le câblage en parallèle est une bonne chose, car si l'une des DEL s'éteint, les autres restent allumées.

Une fois toutes les DEL connectées, vous aurez deux points de connexion principaux pour l'ensemble de la matrice : un positif et un négatif. Soudez un fil rouge au côté positif et un fil noir au côté négatif. Ces fils seront reliés à votre alimentation électrique par l'intermédiaire de la minuterie et de l'interrupteur.

Le circuit complet est simple. Le fil positif de l'alimentation 12V va à l'interrupteur principal On/Off. De l'interrupteur, il passe à l'entrée du module de minuterie. Ensuite, la sortie du module de minuterie est reliée au fil rouge positif de la matrice de DEL. Ensuite, le fil noir négatif de la matrice de LED retourne directement à la borne négative de l'alimentation. Ainsi, l'interrupteur allume tout, et la minuterie détermine la durée pendant laquelle les DEL restent allumées.

Assembler le tout

Une fois la boîte construite et la matrice de LED prête, il est temps d'assembler le tout.

Tout d'abord, placez votre réseau de DEL au fond de la boîte. Vous pouvez utiliser de la colle chaude ou de petites vis pour le maintenir en place. Assurez-vous qu'il est bien fixé et centré.

Ensuite, trouvez un bon endroit à l'extérieur de votre boîte pour monter l'interrupteur marche/arrêt et le module de minuterie. Percez les trous nécessaires. Il est préférable de les placer à l'avant ou sur le côté de la boîte pour en faciliter l'accès. Fixez solidement l'interrupteur et la minuterie.

Montez ensuite votre bloc d'alimentation de 12 V. Il est souvent plus sûr de l'installer à l'extérieur de la boîte pour éloigner les pièces à haute tension de l'intérieur et pour l'aider à rester au frais. Percez un petit trou pour faire passer les fils de 12 V dans la boîte.

Vous pouvez maintenant terminer le câblage comme décrit dans le plan du circuit. Veillez à ce que votre câblage soit bien ordonné. Utilisez de la colle chaude pour fixer les fils afin qu'ils ne se déplacent pas. Une fois toutes les connexions effectuées, placez soigneusement votre feuille de verre sur les rebords de support que vous avez faits à l'intérieur de la boîte. Votre Exposition au PCB DIY La boîte est maintenant entièrement assemblée !

Étalonnage du temps d'exposition à la PCB

Vous avez construit un outil extraordinaire, mais il reste une étape très importante à franchir avant de pouvoir l'utiliser. Vous devez déterminer le temps d'exposition idéal. Ce temps peut être différent pour chaque boîte maison en raison du type de LED, de leur distance par rapport au verre et du type de résine photosensible que vous utilisez.

Pour déterminer le temps d'exposition parfait d'un circuit imprimé, il faut procéder à un test simple. Pour ce faire, vous aurez besoin d'un petit morceau de cuivre recouvert de résine photosensible et d'une mire spéciale imprimée sur un transparent. La mire doit présenter différentes formes, comme des lignes fines de différentes épaisseurs et quelques zones pleines.

Placez votre planche d'essai et votre transparent dans la boîte. Prenez maintenant un objet opaque, comme un morceau de carton noir épais. L'idée est d'exposer différentes sections de la planche pendant des durées différentes.

• Recouvrez entièrement la planche avec le carton, à l'exception d'une petite bande à l'une des extrémités.
• Allumez le minuteur pendant 30 secondes et laissez la première bande s'exposer.
• Lorsque le temps est écoulé, faites glisser le carton pour découvrir une deuxième bande, juste à côté de la première.

Réglez ensuite la minuterie sur 30 secondes supplémentaires. Pendant ce temps, la première bande recevra 30 secondes supplémentaires de lumière (pour un total de 60 secondes), et la seconde bande recevra ses 30 premières secondes.

Répétez ce processus. Faites glisser la carte vers le bas, exposez-la pendant 30 secondes et recommencez. Si vous faites cela cinq fois, vous aurez cinq bandes exposées pour des durées allant de 30 secondes à 2,5 minutes.

Après avoir terminé ce test, développez la planche comme vous le feriez normalement. Lorsque vous regardez la planche, vous voyez une nette différence entre les bandes. Les bandes dont le temps d'exposition est trop court s'effacent et les lignes sont brisées. Les bandes qui ont été exposées trop longtemps peuvent sembler floues ou surexposées. Vous recherchez la bande qui présente les lignes les plus nettes et les plus claires. Le temps que la bande a reçu est votre temps d'exposition idéal.