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

Toule représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droits ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété Intellectuelle (Art L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (Art L 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d'information de l'œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 a L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie.

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


. 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

»

'4

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

64 69

5.3 Révéler soigneusement

71

5.4 Ensuite

73

77

CD

5.2 ïnsoler un support photosensibilisé

Les outils informatiques

7

Le double face

111

8

Sécurité et documents utiles

123

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-

CHAPITRE

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

5

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.

CHAPITRE

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

78

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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7

Le double face

111

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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

CHAPITRE

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

CHAPITRE

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

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

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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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

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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...

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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.

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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 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

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(7)

U4

( 1 5 ) ;

/N00005

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(6)

U4

( 1 4 ) ;

/N00006

Ul

( 3 )

U3

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/N00007

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(5)

U4

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/N00008

U2

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U4

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( 3 )

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( 1 1 ) ;

/N00010

U2

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U4

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/N00011

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Ul

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U3

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Ul

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U3

( 1 3 ) ;

/N00014

Ul

(6)

U3

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U3

( 1 5 ) ;

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Ul

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U3

( 1 6 ) ;

/N00017

U2

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U2

(15)

U4

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/N00019

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U4

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U2

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U4

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/N00021

U2

(12)

U4

(4)

/NÛ0022

U2

(11)

U4

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/N00023

U2

(10)

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(2)

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( 9 )

U4

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Ul

(16)

U3

(8)

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Ul

(15)

U3

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/N00027

Ul

(14)

U3

(6)

/N00028

Ul

(13)

U3

(5)

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Ul

(12)

U3

(4)

/N00030

Ul

(11)

U3

( 3 )

/N00031

Ul

(10)

U3

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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.

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

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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