Plaque PCB simple face 10x15cm

La plaque PCB simple face 10 × 15 cm est une plaque de circuit imprimé nue : une base FR4 de 1,5 mm d’épaisseur, cuivrée sur une seule face, sur 150 cm². Aucune piste, aucune pastille, aucun trou, aucun marquage. C’est la matière première de celui qui dessine lui-même son circuit et le grave dans son atelier, sans passer par un fabricant.

Le format s’y prête : une carte de relais, un régulateur, un adaptateur de connecteur ou le circuit de puissance d’un montage tiennent largement dans 100 × 150 mm, et le reste de la plaque se découpe en cartes plus petites. Une seule face cuivrée suffit pour tous les montages simples, où les pistes se croisent peu et où les plans de masse n’apportent rien.

Ce qu’une seule face change

Sur une plaque double face, deux couches donnent de la liberté : un tracé peut passer sous un autre, un plan de masse peut occuper une face entière. Ici, il n’y a qu’un plan de cuivre, et cela se répercute sur la façon de dessiner :

• Un croisement de pistes ne se règle plus en changeant de couche. Là où deux conducteurs doivent se croiser, on soude un cavalier : deux trous espacés de quelques millimètres, un fil court qui passe par-dessus, soudé des deux côtés. C’est la seule manière de croiser sur une simple face, et un tracé qui en compte une dizaine reste parfaitement utilisable.
• La masse se ramène par une piste, pas par un plan. Le cuivre inutilisé peut rester en place et servir de masse, mais il faut le relier au circuit et vérifier qu’il ne frôle aucune piste. Sur un montage simple, une piste de masse large qui fait le tour de la carte est plus sûre qu’un cuivre plein mal placé.
• Le cuivre du dessous n’existe pas. La face arrière est le support isolant, nu : rien à graver, rien à protéger, et rien à court-circuiter non plus. C’est ce qui rend le travail plus rapide : une seule face à masquer, un seul tracé à surveiller.
• Une plaque plus légère à l’achat et plus simple à graver, pour tous les montages qui n’ont pas besoin de la seconde couche : prototypes, cartes d’essai, montages d’apprentissage, petites séries.

Caractéristiques techniques

Dessiner un tracé sur une seule face

Un circuit destiné à une simple face se dessine dans un ordre précis, sous peine de recommencer trois fois :

1. Placer les composants d’abord, à l’échelle 1. Poser sur le papier les boîtiers, les borniers et les trous de fixation, puis tirer les pistes entre eux. La place des connecteurs décide de tout le reste ; l’inverse ne fonctionne pas.
2. Compter les croisements. Repasser le tracé et marquer chaque endroit où deux pistes doivent se couper. Chaque croisement devient un cavalier : deux pastilles, un fil, deux soudures. Au-delà d’une quinzaine, il vaut mieux déplacer un composant que d’empiler les cavaliers.
3. Passer le courant en piste large, le signal en piste fine. Une piste d’alimentation ou de sortie de relais s’écrit large, une ligne de commande peut rester fine. Séparer franchement les deux évite de refaire le tracé après le premier échauffement.
4. Tracer le motif en miroir. Le dessin se reporte côté cuivre, vu de dessus : il doit être retourné, sinon les pattes de composants tombent à l’opposé et la carte ne sert à rien. Les repères de pas (2,54 mm pour un DIP ou une barrette de broches) se vérifient à la règle avant l’impression.
5. Monter une fois sur plaque d’essai 830 avant de graver. Un montage qui fonctionne sur la plaque d’essai se grave ensuite sans surprise ; un montage gravé trop tôt se redessine. C’est le détour le moins cher du travail.

Fabriquer une carte de commande de relais, pas à pas

L’exemple suivi est une carte de commande de relais pilotée par une sortie numérique d’Arduino : un transistor, une résistance de base, une diode de roue libre et deux borniers. Tout tient sur une face, aucun croisement n’est nécessaire, et le montage sert aussi bien pour une lampe, une pompe ou un électrovanne.

Le matériel

• la plaque nue, et de quoi la couper : scie à métaux à denture fine ou disque à tronçonner ;
• un fer à souder 60 W à température réglable, du fil d’étain fin, une pince coupante, de la tresse ou une pompe à dessouder ;
• un multimètre, pour contrôler les continuités et les courts-circuits avant la mise sous tension ;
• un transistor 2N2222, une résistance de 1 kΩ, une diode de roue libre (1N4007 ou 1N4148) ;
• un relais 5 V à bobine et deux borniers à vis 2 broches, un pour l’alimentation de la bobine, un pour le contact de puissance.

Câblage

• La bobine du relais reçoit le +5 V d’un côté ; son autre borne va au collecteur du transistor.
• L’émetteur du transistor rejoint la masse, avec le fil de masse de la carte Arduino.
• La base du transistor reçoit la sortie numérique de l’Arduino à travers la résistance de 1 kΩ ; la masse est commune entre les deux cartes.
• La diode de roue libre se soude en parallèle sur la bobine, cathode (la bague) côté +5 V. Sans elle, la surtension de rupture de la bobine travaille le transistor à chaque coupure et finit par le percer. Un relais qui ne fait plus « clic » au bout de quelques jours, c’est presque toujours cette diode oubliée.
• Les contacts du relais arrivent sur le second bornier : commun, travail, repos selon le branchement voulu. Le circuit de puissance passe par là, jamais par la plaque du côté commande.
• Une sortie numérique d’Arduino tient environ 20 mA ; la bobine d’un relais 5 V en demande trois à quatre fois plus. C’est tout l’objet du transistor : quelques milliampères sur la base suffisent à laisser passer les quelques dizaines de milliampères du collecteur, et la sortie de la carte n’est pas sollicitée.
• Le programme se limite à une sortie qui passe au niveau haut pour coller le relais et au niveau bas pour le relâcher, avec les mêmes précautions que pour une LED : la sortie pilote la résistance, jamais la bobine directement.

1. Reporter le motif

1. Dessiner le tracé à l’échelle 1, en miroir, et le vérifier sur la plaque nue à blanc — composants posés, borniers en place, sans rien souder.
2. Imprimer sur papier glacé avec une imprimante laser : c’est le toner qui fait office de masque. Une imprimante à jet d’encre ne convient pas, son encre ne résiste pas au bain.
3. Dégraisser le cuivre à l’éponge abrasive fine puis à l’alcool, jusqu’à ce qu’il brille. Un cuivre gras ou oxydé retient mal le toner, et c’est exactement là que les pistes manquent après la gravure.
4. Repasser la feuille toner contre le cuivre, 150 à 180 °C, deux à trois minutes en appuyant fermement. Laisser refroidir, tremper dix minutes dans l’eau tiède, décoller le papier, puis reprendre les manques au marqueur indélébile.
5. Pour un tracé large, le marqueur seul suffit : traits épais, sans laisser de jour dans le cuivre. Cette méthode ne permet pas les pistes fines.

2. Graver

1. Travailler dans un bac en plastique, avec gants et 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 trempe dans le bain.
2. Agiter doucement et regarder la plaque toutes les cinq minutes. Le bain est fini quand le fond apparaît franchement clair, sans voile de cuivre entre les pistes. Continué trop longtemps, il ronge les pistes par les côtés, sous le masque.
3. Rincer à l’eau claire, puis retirer le masque au dissolvant ou à l’acétone. Le bain usé se garde dans un bidon bouché, jamais dans l’évier.

3. Percer

1. Percer après la gravure et avant la soudure : les trous se placent par rapport aux pastilles, et une plaque déjà garnie de composants vibre et se dessoude sous la mèche.
2. Compter 0,8 à 1 mm pour les pattes de composants, 1,2 à 1,5 mm pour les borniers et les fils d’alimentation. Une mèche à métaux ordinaire fait l’affaire pour quelques dizaines de trous.
3. Poinçonner chaque emplacement avant de percer plutôt que de chercher le point en approchant la mèche, et poser une chute de bois sous la plaque : la fibre de verre est abrasive et une mèche forcée casse net.
4. Ébavurer les trous à la lime fine ou au foret plus gros tenu à la main, puis souffler ou essuyer la poussière.

4. Souder et contrôler

1. Glisser les pattes par le côté cuivre, souder sur la face arrière, une soudure brève de deux à trois secondes par patte à 350 °C. Un fer posé trente secondes sur la même pastille décolle le cuivre de son support.
2. Placer les cavaliers s’ils sont prévus, avant les composants qui les recouvriraient : un fil court passé dans deux trous et soudé des deux côtés.
3. Couper les pattes à un millimètre au-dessus de la soudure, puis relire la carte à l’œil : deux pastilles voisines soudées ensemble se repèrent à cette étape, pas au premier clic raté.
4. Contrôler à l’ohmmètre, hors tension : aucune continuité entre le +5 V et la masse de la carte ; puis vérifier que chaque sortie rejoint bien le bornier prévu. Alimenter une première fois sans charge avant de brancher le circuit de puissance.

Découper la plaque

La découpe se décide avant tout tracé et toute gravure : une plaque déjà garnie travaille sous la scie et les soudures voisines souffrent. Dans 150 cm², six morceaux de 5 × 5 cm, quatre de 5 × 7,5 cm ou quatre de 7,5 × 7,5 cm passent sans gâcher le reste — compter une lame de scie entre chaque morceau, donc un peu moins en pratique.

La scie à métaux à denture fine ou le disque à tronçonner donnent un bord net. La rayure au cutter suivie d’une cassure effrite les 1,5 mm d’épaisseur et ne convient pas à une carte qui sera vissée. Ébavurer ensuite à la lime, et essuyer le plan de travail avec un chiffon humide : la poussière de fibre de verre est irritante et ne se dissout pas dans l’eau.

Points d’attention

• Poussière de fibre de verre : lunettes de protection, masque anti-poussière et chiffon humide pendant la découpe et le perçage. C’est le vrai risque de ce travail, avant la chimie.
• Le bain de gravure se surveille. Resté deux heures dans le perchlorure de fer, il ne reste plus de pistes du tout. Rester dans la pièce et regarder la plaque régulièrement.
• Le perchlorure de fer tache et attaque les métaux : bac plastique, gants, vieux vêtements, aucun outil en acier, et un bidon bouché pour le bain usé.
• Sur une simple face, le court-circuit vient du cuivre laissé en place. Un cuivre plein qui n’est pas relié à la masse peut se retrouver à quelques dixièmes de millimètre d’une piste : soit on le relie franchement, soit on le retire à la gravure.
• Un cavalier se place au tracé, pas au montage. Découvrir un croisement oublié sur la carte gravée se rattrape par un fil volant, moins propre et plus fragile qu’un cavalier prévu.
• Étamer les pistes après la gravure. Le cuivre nu noircit à l’air humide en quelques jours et devient difficile à souder. Un passage d’étain ou une couche de flux laissée en place règle le problème.
• Percer après graver, souder après percer. L’ordre inverse fait sauter le cuivre autour des trous et gêne le report du toner.

Questions fréquentes

Simple face ou double face : comment choisir ?

Prendre une simple face quand le tracé se croise peu et qu’aucun plan de masse n’est nécessaire : montages simples, prototypes, cartes d’essai. Passer à la double face quand il faut un plan de masse sous les pistes de signal, beaucoup de croisements, ou deux circuits différents sur la même carte. Une carte simple face mal dessinée se rattrape par des cavaliers ; un montage qui en demande vingt est le signe qu’il fallait une double face.

La plaque est-elle pré-sensibilisée ?

Non. Elle arrive nue, cuivre apparent, sans film photosensible : il n’y a rien à insoler sous lampe UV. Le motif se reporte au fer à repasser avec une impression laser, ou se dessine directement au marqueur indélébile. Une plaque présensibilisée, livrée sous film vert ou jaune, est un autre produit et demande un révélateur.

Que faire quand deux pistes doivent se croiser ?

Souder un cavalier : deux trous de 0,8 mm aux extrémités du croisement, un fil dénudé de quelques millimètres qui passe au-dessus de la piste croisée, soudé des deux côtés, puis coupé ras. Le cavalier se pose avant les composants qui le recouvriraient, et se dessine dès le tracé.

Quelle largeur donner aux pistes ?

Une ligne de commande ou de signal se contente de 0,3 mm, ce qui reste facile à graver. Pour l’alimentation, compter environ 0,3 mm de largeur par ampère : un montage qui consomme 2 A demande donc des pistes de l’ordre du millimètre, et les pistes de puissance du relais se tracent larges pour la même raison. Une piste amincie par une gravure trop longue chauffe et finit par couper.

Faut-il retirer le cuivre inutilisé ?

Pas obligatoirement, mais il ne doit pas rester flottant à côté des pistes. Deux choix propres : le laisser en cuivre plein et le relier à la masse du circuit par deux ou trois points, ou le graver comme le reste. Un cuivre isolé qui frôle une piste est une panne en attente.

Combien de cartes tirer d’une plaque ?

Six morceaux de 5 × 5 cm, quatre de 5 × 7,5 cm ou quatre de 7,5 × 7,5 cm, en comptant la lame de scie entre chaque. En pratique une ou deux de moins : la découpe rogne quelques millimètres et les morceaux de bord ne sont pas toujours récupérables. Les chutes servent pour la carte suivante.

Peut-on réparer une piste coupée ?

Oui, au fil : un fil de 0,5 mm soudé des deux côtés de la coupure répare un tracé manquant sur quelques millimètres, sans redessiner la carte. Une piste qui disparaît vient presque toujours d’un cuivre mal dégraissé avant le report ou d’un bain trop long — deux causes qui se corrigent au coup suivant.

Peut-on fixer la carte dans un boîtier ?

Quatre trous de 3 mm percés dans les angles d’un morceau découpé suffisent, avec des vis et des entretoises, à fixer la carte sur un fond. Un morceau de 7,5 × 7,5 cm entre dans les boîtiers rail DIN du catalogue. La carte vissée cesse de bouger quand on tire sur les fils, ce qui protège les pastilles des borniers.

À combiner avec

• Plaque PCB double face 20 × 15 cm : le grand format à deux faces cuivrées, pour un tracé qui croise beaucoup ou pour tirer un plan de masse sous les pistes de signal.
• PCB double face perforé : la plaque déjà percée et pastillée, pour câbler un montage à la soudure sans passer par le report ni le bain de gravure.
• Boîtier rail DIN PCB 145 × 90 × 40 mm : pour enfermer un morceau découpé et le fixer sur un rail, comme un module du tableau.
• Module 1 relais 5 V : la même commande de relais déjà montée et testée, quand le but est de faire fonctionner un montage plutôt que d’apprendre à graver une carte.
• Gaines thermorétractables : à glisser sur les cavaliers et les fils d’alimentation aux points de soudure, là où une piste voisine passe à quelques millimètres.
• Vis M3 12 mm avec écrou : pour visser la carte sur un fond ou des entretoises par ses quatre trous d’angle.