Plaque PCB double face 20x15cm

La plaque PCB double face 20 × 15 cm est une plaque de circuit imprimé nue : une base FR4 de 1,5 mm d’épaisseur, cuivrée sur ses deux faces, sur 300 cm² de surface. Rien n’y est dessiné, rien n’y est percé. C’est la matière première de celui qui veut graver lui-même son circuit, au lieu de l’envoyer fabriquer et d’attendre une carte.

Vingt centimètres sur quinze, c’est de quoi tirer plusieurs cartes d’une même plaque : douze morceaux de 5 × 5 cm, ou une carte d’un seul tenant pour un montage qui n’entre nulle part ailleurs. La plaque ne porte aucune couche photosensible : le motif se reporte par transfert de toner, au fer à repasser, ou se dessine directement au marqueur indélébile sur le cuivre.

Ce que ce format permet

• Une carte d’un seul tenant. 200 × 150 mm accueillent un montage complet — alimentation, microcontrôleur, étages de sortie, borniers — sans empiler les blocs, et avec assez de place entre eux pour glisser un fer entre deux pistes.
• Plusieurs cartes dans la même plaque. 300 cm² se recoupent en douze morceaux de 5 × 5 cm, six de 5 × 10 cm ou quatre de 7,5 × 10 cm. La chute d’un projet devient la carte du suivant, à condition de découper avant de graver.
• Deux faces utilisables. Le circuit d’un côté, un plan de masse de l’autre : c’est ce qui permet de faire revenir les retours de courant sous les pistes de signal et de réduire le bruit sans tirer un fil de masse par composant.
• Une carte qui se visse. Quatre trous de 3 mm percés dans les angles d’un morceau découpé suffisent à le fixer au fond d’un boîtier ou sur des entretoises, et les soudures cessent de travailler quand on branche et débranche les fils.
• La découpe sur mesure. Un format intermédiaire ne s’achète pas : il se coupe. Une carte de 12 × 9 cm se tire d’un 20 × 15 cm sans gâcher le reste, qui sert aux cartes suivantes.

Caractéristiques techniques

Ce qu’une plaque nue n’a pas

Trois absences décident de la façon de travailler. Les confondre avec des défauts coûte une soirée.

• Pas de couche photosensible. Aucune insolation sous lampe UV n’est possible : le motif se reporte par transfert de toner avec une imprimante laser, ou se dessine au marqueur indélébile. Une imprimante à jet d’encre ne convient pas au transfert, son encre ne résiste pas au bain.
• Pas de perçage métallisé. Sur une carte industrielle, le cuivre chemise chaque trou et relie les deux faces. Ici, non : une liaison entre la face du dessus et celle du dessous se soude — un fil de 0,5 mm de chaque côté du trou — ou se fait par un rivet. Un schéma double face se dessine donc en prévoyant ces points de liaison.
• Aucune protection du cuivre. Le cuivre nu s’oxyde à l’air humide en quelques jours et devient difficile à souder. Une carte gravée se protège dans la foulée : pistes étamées à la soudure, ou vernis de flux laissé en place.

Fabriquer une carte, pas à pas

L’exemple suivi est celui d’une carte d’alimentation 5 V : un régulateur 7805, ses deux condensateurs et deux borniers d’entrée et de sortie. Le déroulé vaut pour n’importe quel autre schéma, seul le tracé change.

Le matériel

• la plaque nue, et de quoi la couper : scie à métaux à denture fine ou disque à tronçonner ;
• une imprimante laser et du papier glacé, ou un marqueur indélébile à pointe large ;
• un fer à souder 40 W à pointe fine, du fil d’étain fin et une pince coupante ;
• un multimètre, pour contrôler les continuités avant la mise sous tension ;
• un régulateur 7805 et ses deux condensateurs, deux borniers à vis 2 broches pour l’entrée et la sortie ;
• des barrettes de broches mâles au pas de 2,54 mm si la carte doit recevoir des fils de liaison.

1. Reporter le tracé

1. Dessiner le schéma à l’échelle 1 pour 1 sur papier, puis le retourner : le motif doit être en miroir, sinon la carte sort à l’envers et toutes les pattes de composants tombent à l’opposé. Vérifier le pas des boîtiers (2,54 mm pour un DIP ou une barrette de broches) à la règle avant d’imprimer.
2. Imprimer le motif en noir franc sur du papier glacé, avec une imprimante laser : c’est le toner qui sert de masque, pas l’encre.
3. Nettoyer le cuivre à l’éponge abrasive fine puis à l’alcool, jusqu’à ce qu’il brille. Un cuivre gras ou terni retient mal le toner, et c’est exactement là que les pistes manqueront.
4. Poser le papier toner contre le cuivre, repasser à 150-180 °C pendant deux à trois minutes en appuyant fermement et en tournant. Laisser refroidir, tremper la plaque dans l’eau tiède dix minutes, puis décoller le papier. Retoucher les manques au marqueur indélébile : un trait fin vaut mieux qu’un trou dans la piste.
5. Pour un dessin direct, tracer au marqueur en traits épais, sans laisser de jour dans le cuivre. Cette méthode convient aux cartes larges, pas aux pistes fines.

2. Graver

1. Travailler dans un bac en plastique, avec des gants et des lunettes. Le bain usuel est du perchlorure de fer maintenu autour de 40 °C ; le persulfate de sodium fait le même travail en moins salissant. Aucun outil en acier ne doit tremper dans le bain, il ressort rouillé.
2. Protéger la face qui ne doit pas être gravée. Sur une plaque double face, cette étape n’est pas facultative : l’adhésif large ou le plan de masse au marqueur empêche le bain de manger le cuivre du dessous pendant qu’on surveille le dessus.
3. Agiter doucement le bain et regarder la plaque toutes les cinq minutes. Le bain est terminé quand le cuivre nu entre les pistes a disparu et que le fond apparaît franchement clair, sans voile. Continuer au-delà fait ronger les pistes par les côtés, sous le masque, et la carte devient inutilisable.
4. Rincer à l’eau claire, puis retirer le masque au dissolvant ou à l’acétone. Le bain usé ne se jette pas dans l’évier : il se garde dans un bidon bouché pour une déchetterie.

3. Percer

1. Percer après la gravure : percer avant fait éclater le cuivre autour du trou et gêne le report du motif.
2. Compter 0,8 à 1 mm pour les pattes de composants, 1,2 à 1,5 mm pour les borniers à vis, les fils d’alimentation et les pattes de relais. Une mèche à métaux ordinaire suffit pour quelques trous ; elle s’émousse vite sur la fibre de verre, et c’est là qu’une mèche au carbure se justifie.
3. Vitesse élevée, appui très léger, et une chute de bois sous la plaque : la fibre de verre est abrasive, une mèche forcée casse net et emporte le perçage avec elle.
4. Marquer l’emplacement au pointeau avant de percer, plutôt que de le chercher en approchant la mèche. Ébavurer les trous à la lime fine ou au foret plus gros tenu à la main.

4. Protéger et souder

1. Étamer les pistes au fer, ou laisser le flux en place : le cuivre nu noircit en quelques jours et une piste oxydée refuse la soudure.
2. Souder par contact court, deux à trois secondes par patte à 350 °C. Le FR4 supporte la chaleur de la soudure, mais pas un fer posé trente secondes sur la même pastille : le cuivre se décolle du support et la piste part avec lui.
3. Couper les pattes à un millimètre au-dessus de la soudure, puis inspecter la seconde face : sur une plaque double face, une patte trop longue peut venir toucher le cuivre d’en face.

Contrôles avant la mise sous tension

• À l’ohmmètre, hors tension : aucune continuité entre l’entrée positive et la masse, ni sur la carte ni d’une face à l’autre.
• Chaque piste se contrôle de bout en bout : la continuité doit être franche, quelques ohms signalent une piste amincie par une gravure trop longue.
• Alimenter une première fois sans charge, et vérifier la tension de sortie avant de brancher quoi que ce soit.

Utiliser les deux faces

Une plaque double face ne fait pas une carte double face à elle seule : sans trous métallisés, les deux faces ne communiquent que là où un fil les relie. Deux usages tiennent malgré cela.

• Le plan de masse d’un côté. On le laisse en cuivre plein au lieu de le graver, et on le relie à la masse du circuit par trois ou quatre fils soudés des deux côtés. Les retours de courant passent alors sous les pistes de signal, ce qui calme un montage qui craignait les perturbations d’un relais ou d’un moteur placé à côté.
• Deux circuits indépendants. La face du dessus porte la commande, celle du dessous la puissance, reliées seulement aux points prévus. Cela impose de dessiner les deux faces en miroir l’une de l’autre, un repère pour chaque liaison.

Découper la plaque

La découpe se décide avant tout tracé et avant toute gravure : une plaque déjà garnie vibre sous la scie et les soudures voisines travaillent. Une scie à métaux à denture fine ou un disque à tronçonner donne un bord net ; la rayure au cutter suivie d’une cassure effrite le bord sur les 1,5 mm d’épaisseur et ne convient pas à une carte qui sera vissée. Ébavurer ensuite à la lime fine, et essuyer le plan de travail — la poussière de fibre de verre est irritante et ne se dissout pas dans l’eau.

Points d’attention

• La poussière de fibre de verre est le vrai risque du perçage et de la découpe. Lunettes de protection, masque respiratoire anti-poussière, et un chiffon humide plutôt qu’un balai : la poussière ne se dissout pas dans l’eau.
• Un bain de gravure se surveille, il ne s’oublie pas. Deux heures dans le perchlorure de fer et il ne reste plus de pistes du tout. Rester dans la pièce et vérifier toutes les cinq minutes.
• Le perchlorure de fer tache durablement et attaque les métaux. Bac plastique, gants, vieux vêtements, aucun outil en acier dans le bain, et le bain usé se garde dans un bidon bouché, jamais dans l’évier.
• Percer après graver, toujours. L’ordre inverse fait sauter le cuivre autour des trous et le report du toner devient impossible sur une surface trouée.
• Une piste qui disparaît a presque toujours deux causes : un cuivre mal dégraissé avant le report, ou un bain trop long. Les deux se corrigent au coup suivant, pas sur la carte en cours.
• Reprendre une piste coupée se fait au fil, pas au crayon. Un fil de 0,5 mm soudé des deux côtés du défaut répare un tracé manquant sur une plage de 5 mm, sans redessiner la carte.
• Ne pas compter sur le cuivre pour tenir le poids des fils. Les borniers d’alimentation supportent l’effort d’un fil tiré si la carte est vissée ; laissée libre, elle bouge et finit par arracher la pastille.

Questions fréquentes

Faut-il une insolation sous lampe UV ?

Non. Cette plaque est livrée nue, sans couche photosensible : il n’y a rien à insoler. Le motif se reporte au fer à repasser par transfert de toner, ou se dessine au marqueur indélébile. Les plaques dites présensibilisées, livrées sous film vert ou jaune, sont un autre produit : elles demandent un révélateur, et n’ont rien de commun avec la plaque nue.

Les deux faces sont-elles reliées ?

Non, et c’est le point à prévoir au dessin. Faute de perçage métallisé, une liaison d’une face à l’autre se soude : un fil de 0,5 mm passé dans le trou et soudé des deux côtés, ou un rivet cuivre. Un schéma qui passait d’une face à l’autre sans y penser se rattrape par quelques fils courts, mais il vaut mieux les placer au tracé.

Combien de cartes tirer d’une plaque de 20 × 15 cm ?

Douze morceaux de 5 × 5 cm, en comptant une lame de scie entre eux. En pratique une dizaine : la découpe rogne quelques millimètres par carte et les morceaux de bord ne sont pas toujours récupérables.

Quelle largeur de piste pour l’alimentation ?

Sur une face extérieure en cuivre de 35 µm, compter environ 0,3 mm de largeur par ampère, pour une élévation de température d’une dizaine de degrés (formule IPC-2221). Un montage qui consomme 2 A demande donc des pistes d’environ 0,8 mm — et un plan de masse plutôt qu’une piste large, au-delà de quelques ampères.

La plaque est-elle percée ou pastillée ?

Ni l’un ni l’autre. Aucun trou, aucune pastille, aucune piste : tout le motif reste à graver et à percer. C’est la différence avec les cartes à pastilles du catalogue, qui arrivent déjà percées et se câblent à la soudure sans passer par la gravure.

Le cuivre non utilisé doit-il être retiré ?

Non, il aide plus qu’il ne gêne : laissé en plan de masse, il accélère le refroidissement de la carte et écarte les perturbations entre pistes voisines. Il faut simplement que ce cuivre soit relié quelque part, sinon il reste flottant et n’apporte rien.

Que faire des chutes ?

Les garder : un morceau de 5 × 5 cm suffit à une carte de filtre, de capteur ou d’adaptateur. Une chute conserve du cuivre vierge sur tout ce qui n’a pas été tracé.

Comment couper la plaque proprement ?

À la scie à métaux à denture fine ou au disque à tronçonner, avant tout tracé et avant toute gravure. Ébavurer ensuite à la lime fine, puis percer les nouveaux trous de fixation à 3 mm si le morceau doit être vissé.

À combiner avec

• Plaque PCB simple face 10 × 15 cm : le petit format à une seule face, pour une carte gravée d’un côté, sans plan de masse ni liaison entre faces.
• Plaque PCB double face 8 × 12 cm perforée : la même matière, mais pastilles et trous déjà percés, pour un montage qui se câble à la soudure sans passer par la gravure.
• Plaque d’essai 830 : l’étape d’avant, où le montage se met au point sans rien graver ni souder, avant d’être figé sur la plaque gravée.
• Boîtier rail DIN PCB 175 × 90 × 40 mm : pour enfermer un morceau découpé et le fixer sur un rail, comme un module du tableau.
• Vis M3 16 mm avec écrou : pour visser la carte sur un fond ou des entretoises par ses quatre trous d’angle.
• Gaines thermorétractables : à glisser sur les fils d’alimentation aux points de soudure, là où une piste voisine passe à quelques millimètres.