自宅でPCBを作る方法

問題を排除するために楽器を試してください





電子プロジェクト用のPCBを作成する電子愛好家にとって、とても楽しいことがあります。プリント回路基板またはPCBは、コンパクトな回路プロジェクトの構築に役立つだけでなく、回路の動作を確実に失敗させず、より正確にします。

この投稿では、最小限の労力と最大限の精度で、自宅で小さなDIYPCBを作成する段階的なプロセスを包括的に学びます。



DIYの段階的な手順

基本的に、次の重要な手順が含まれます。

  1. 銅張積層板を適切なサイズに切断します。
  2. 回路図に従って、コンポーネントリードの穴を開けるためのパンチングインデント。
  3. エッチングレジストペイントを使用してくぼみの周りにパッドを描画し、エッチングレジストペイントを使用してトラックを介してパッドをリンクします。
  4. 化学薬品が露出した銅を食い尽くすまで、塗装されたボードを塩化第二鉄溶液に浸し、塗装されたレイアウトセクションをそのまま残します。
  5. ボードを乾燥させ、トラックとパッドからエッチングレジストペイントをこすり落とします。
  6. くぼみにドリルで穴を開けます。
  7. 完成したボードを上質なエメリー紙で磨きます。
  8. 部品の組み立てとはんだ付けに準備ができたPCBを使用します。

次に、上記の手順について詳しく説明します。 PCB製造の最初のステップは、必要なリソースとアイテムを取得することです。基本的なものすべてに焦点を当てます。



PCBの作成に必要な材料

プロセスを開始するために、最初にPCB作成に必要なすべての重要な成分または材料を収集します。制作には以下の基本事項が必要になります

  • 銅張積層板
  • 塩化第二鉄溶液
  • エッチングレジスト化学薬品または塗料。
  • 絵筆またはペン
  • PCBをエッチングするための容器
  • ドリルマシンとドリルビット。
  • エッチャントリムーバー
  • 精練パッド、キッチンペーパー

銅クラッド ラミネート

銅張積層板

最も基本的なアイテムは、プリント回路基板だけを作るための銅張りで、これらのさまざまなものがあります。

ベース(絶縁)のものは、一般的にグラスファイバーまたはSRBP(シートレジンボンド紙)のいずれかであり、後者は通常、より手頃なオプションです。

しかし、グラスファイバーはいくつかの良い面を備えているため、商業消費者と娯楽消費者の両方で広く使用されるようになりました。

1つ目は、基本的に、SRBPよりも頑丈であるため、曲げや破損の影響を受けにくいということです。耐久性の向上は、変圧器などの重量のある部品を支えるボードにも非常に役立ちます。

追加の利点は、グラスファイバーが半透明であるため、通常、ボードの上部(コンポーネント)領域を通る銅のパスを表示できることです。これは、検査や障害の発見に役立つことがよくあります。

そうは言っても、SRBPボードの標準は、多くの要件に対して十分すぎるほどです。マーケティングキャンペーンでは通常、ボードを1mm、1.6mmなどと呼びますが、これは実際には母材の厚さを指します。

ボードの厚さ

当然、厚い(約1.6〜2mm)ボードは、細い(約1mm)モデルに比べて堅牢になる傾向がありますが、重い品質のボードは、大きなPCBの場合、または重い部品がボードに取り付けられる可能性がある場合にのみ重要です。

ほとんどのアプリケーションでは、ボードの厚さは実際にはほとんど重要ではありません。

場合によっては、銅ラミネートボードが1オンスの品質、または2オンスの品質として選択されることがあります。これは、ボードの1平方フィートの銅の重量に関係します。

ほとんどの回路は非常に低い電流を処理し、 通常の1オンスボード 必要なのはほぼすべてです。実際には、1オンスのボードは、手ごわい電流を伴う回路でも十分であることがよくあります。

エッチングレジストペイント

プリント回路基板を製造する基本的な方法は、通常、完成した基板上で必要な銅の領域をエッチングレジストで覆い、その後、銅の不要な(覆われていない)領域を取り除くエッチャントに基板を浸すことです。 。

続いて、エッチングレジストを取り外して、銅のトラックとパッドを露出させます。

エッチングプロセス中にエッチャントを銅のレイアウトから遠ざけることができる塗料はどれでも、レジストとして使用することができます。

エッチングレジストペイント

私は個人的にネイルエナメルまたはマニキュアを使用することを好みます。どんな安価なブランドでも使用でき、エッチングレジストとして最適です。

エッチングレジストの特性

専門的には、おそらく最も広く使用されているレジストは防水塗料とインクです。水溶性の品種は、エッチング液に溶けて洗い流されるため、目的に適さないことは間違いありません。

速乾性のある塗料やインクは、ボードがエッチングされるまで長時間待つ必要がないため、より有利です。

より基本的なプリント回路パターンでさえ、最近ではボードの比較的コンパクトな領域内に大量の細い銅のトラックがあるように見え、非常に細い線を作成する能力のあるペイントブラシが必要になります。

トラックレイアウトの描画

エッチングレジストペン

簡単な解決策は、使い古したファイバーチップペンをペイントブラシのように使用することです。これは、問題を解決するための非常に優れた手段とは思えないかもしれませんが、優れた最終結果を生み出すのに役立ちます。レジストを実装する簡単な方法は、電子部品販売店から簡単に購入できる市販のエッチングレジストペンの1つを使用することです。

スピリットベースのインクと鋭い先端を使用するあらゆる種類のペンは、このアプリケーションで機能するはずです。ペンの適切性について確信が持てない場合は、廃棄された銅ラミネートボード上にいくつかの痕跡を簡単に引き出し、ボードをエッチングして、インクがエッチャントを正しく維持しているかどうかを確認できます。

追加のタイプのレジストは 耐摩擦性転写 これらはいくつかのコンポーネントマーチャントから入手可能であり、次の例に示すように、真に卓越した専門的な結果を提供できることがよくあります。

銅張りのトラックレイアウトを作成する

実際には、エッチャントとして適用できる化学物質がたくさんあることに気付くかもしれませんが、これらの大部分は何らかの理由で危険であり、家庭で設計されたボードには適していない可能性があります。

エッチャント

エッチャントは、銅ラミネートの露出した銅領域と反応し、ボードからそれを分解する化学物質です。エッチングレジストで塗装されていない基板上の銅領域や、トラックレイアウトやパッドに寄与しない領域を取り除くために使用されます。

PCBエッチャントとしての塩化第二鉄

自家製のボードに通常使用されるエッチャントは塩化第二鉄であり、これはほとんどの選択肢に比べて危険性は低いですが、それでも注意して実装する必要がある化学物質です。

したがって、皮膚に何かをこぼした場合に備えて、水道水を流してすぐに洗い流す必要があります。塩化第二鉄は金属に反応し、金属を多孔質にして漏れを引き起こすため、金属容器に塩化第二鉄を保管しないでください。

塩化第二鉄は有毒であるため(そして多くの使用の過程で、同様に非常に有毒な塩化銅に徐々に変化します)、それは明らかに食品や調理器具などから遠く離れて保管されなければなりません。

塩化第二鉄の種類

塩化第二鉄は、さまざまな形態で入手できます。おそらく最も便利なタイプは、化学薬品のすぐに使える溶液です。多くのコンポーネントサプライヤーは、通常250mlの容器に入れて、濃縮した形でこのような液体の形で販売しています。

ボトルに記載されているガイドラインに従って、使用前に少し希釈する必要があります。それほど希釈する必要はないかもしれません。250mlのボトルは通常、水で希釈した後、500mlまたは1リットルしか使用できません。

塩化第二鉄結晶

一部の企業は、「塩化第二鉄ロック」としても知られる結晶として塩化第二鉄を提供する場合があります。このラベルは非常に適しています。なぜなら、この形では、小さな素敵な結晶ではなく、確かに黄色い岩の破片のように見えるからです。

このタイプでは、塩化第二鉄は通常500gmのパッケージで入手できます。これは、1リットルのエッチング液を生成するのに十分です。

これをより大きなパッケージで入手することもできますが、500gmは非常に多くの通常サイズのボードをエッチングするのに十分であり、勤勉なコンストラクターでも非常に長い間簡単に生き残ることができるため、500gmパックより大きくなることはほとんど報われません。

塩化第二鉄溶液の作り方

結晶状態では、特に塩化第二鉄は容易に溶解しませんが、安定して攪拌すると遅かれ早かれ完全に分解し、絶えず混合するとかなり速く溶ける可能性があります。

大事なことを言い忘れましたが、塩化第二鉄は無水の形で入手できます。これは基本的に、実質的に水を含まない本物の塩化第二鉄であることを意味します。余談ですが、結晶の形でわずかな量の水を持っています。

この種の塩化第二鉄が実際に扱いにくい原因は、水と混合したときに発生する加熱効果です。冷水から始めたとしても、すぐに非常に熱くなり、容器が触れると非常に暖かくなり、プラスチック容器が溶ける危険があります。

もう1つの懸念は、化学物質が適切に溶解し、適切なエッチング配合物を作成することです。何らかの理由で、分解することのない大量の化学物質と、塩化第二鉄のように見えるがエッチングの可能性がほとんどない溶液になってしまう可能性があります。

そのため、冷水(理想的には冷蔵または氷を含む)を使用する必要があります。さらに、溶けない少量の化学物質が存在する可能性があります。これは、液体から濾されるか、エッチングを妨げないように見えるため、単に溶液中に残される可能性があります。

ドリルビットサイズ

家庭でPCBを製造するための次の重要な要素は、コンポーネントリード用にPCBに穴を開けるために必要なドリルビットです。

コンポーネントのリード穴の一般的な直径は1mmですが、プリセット抵抗器や大きな電解コンデンサなどの多くのコンポーネントでは、もう少し大きな直径が必要です。これらの部品には、穴径約1.4mmが適しています。

PCBドリルビット

通常、半導体やその他のリードが細いコンポーネントには、直径1mm未満を使用することをお勧めします。これらのコンポーネントでは、0.7mmまたは0.8mmが許容可能な直径のようです。

あなたが高品質のドリルビットにアクセスできる場合、それらはかなりタフでなければなりません。

ただし、直径が約0.7mmから1.4mmのドリルビットは非常に弱い場合があるため、比較的慎重に取り扱う必要があります。

それらが下向きの真っ直ぐな垂直圧力で維持されている場合は問題ないかもしれませんが、向きがボードに対して直角に維持されていない場合、適切な穴が作成されず、ドリルビットが2つに破損する可能性があります。

そのため、このようなドリルビットを使用して穴を開けるときは、現実的な注意を払う必要があります。できれば、以下に示すように、調整可能なスタンドを使用して機械を使用することをお勧めします。

PCBドリルマシン

これまで、プリント回路基板を作成する際に必要な重要事項について説明してきましたが、他にもいくつかの確率と目的が不可欠である可能性があります。

ただし、これらは通常、基本的な家庭用オブジェクトであり、エッチングのアクションコースが進むにつれて明らかになります。プリント回路基板を製造するための多くの異なる方法があります。

それらのすべてが基本的に同一であり、主な相違点は、途中でさまざまな測定が実行される順序にすぎないという事実にもかかわらず。

したがって、ボードを製造する1つのアプローチを検討することから始め、その後、いくつかの代替手法について説明します。

PCB作成入門

最初のステップは、ボードの正しい寸法を取得するために、プリント回路が提示されている本または雑誌を確認することです。

あなたは一般的に持っているかもしれません 回路図、コンポーネントオーバーレイ図、およびプリント回路トラックパターン 次の3つの図にそれぞれ示されているように、実際のサイズで再現されています。

トラックレイアウトの概略図

プリント回路のサイズは、テキストまたは回路図で入手できる必要がありますが、多くの場合、実際のサイズの銅トラックパターンの比率を考慮する必要があります。

ラミネートボードの銅側に完成したボードの境界をマークしてから、前のマークの外側に約2mm程度の追加の線のセットを引っ張ります。

これらの輪郭の間を注意深くカットすることにより、問題を最小限に抑えて、まともな精度と直定規でボードのセクションを生成できるはずです。

ボードの側面は、小さなフラットファイルを使用し、望ましくない可能性のある研磨端を排除するグラスファイバーボードを使用して滑らかにすることができます。

ボードの切断中に銅が剥がれるのを防ぐために、マーキングはボードの銅側に行い、同じ側から切断する必要があることに注意してください。 したがって、ラミネート側からではなく、常に銅側からボードを切断またはドリルするようにしてください。

次のステップは、コンポーネント用の穴の位置と、適切な場合はボード取り付け用の取り付け穴を描くことです。

これを行う簡単な方法は、図面とボードの端を正確に位置合わせすることにより、銅トラック上のボード上に回路図をクランプすることです。

次に、ブラダウルまたは同様の先の尖ったツールを使用して、銅に小さなくぼみを打ち抜くことにより、回路図を通してボードに注意深く正確にマーキングします。

先のとがったツールでパンチしてボードにマークを付けることは必ずしも必須ではありません。別の方法は、チェロテープを使用して図面をボードに位置合わせして貼り付け、それ自体がドリルマーカーのように機能する図面をドリルダウンすることです。

エッチングレジストでトラックを塗装する

ボードを適切なサイズにトリミングし、すべての穴を開けたら、次のタスクは、エッチングレジストでボードをペイントすることです。これには基本的に、ボードをできるだけ広範囲にクレンジングすることが含まれます。

特別なクリーニングブロックは市場から入手でき、これらは明らかに非常にうまく機能します。銅ラミネートボードは、一般に銅表面の上部に酸化物と腐食を示す可能性があり、これを除去することが非常に重要です。そうしないと、ボードが適切にエッチングされなくなる可能性があります。

したがって、銅の表面からすべての酸化物、汚れ、腐食を完全に除去する、適度に強力な洗浄剤を使用することをお勧めします。

ボードを完全に洗浄し、銅層が全体に光っているように見えたら、ボードを温水で洗い流して、クレンザーや油性成分の残りを取り除きます。この時点で、銅の表面に触れないように注意してください。そうしないと、脂っこい指の跡が生じ、エッチングプロセスが遅くなる可能性があります。

次に、エッチングレジストペイントを使用して、コンポーネントのリード用に開けられた穴の周りに銅パッドを引っ張ります。

パッドがエッチングレジストで描画されたら、回路設計に従ってパッドをリンクするように銅トラックをペイントします。これを行うときは、常に銅の表面に手を近づけないでください。ボードの一方の端から始めて、ランダムに行うのではなく、もう一方の端に向かって体系的に進みます(間違いを引き起こす可能性があります)

複雑なPCB設計の場合

いくつかの現代的なプリント回路設計は、非常に洗練されており、複製が難しい場合があります。

複雑なPCBにトラックを描く

この種のボードを設計するときは、さらに細いペン先を備えたプリント回路レジストペン(または適切な代替品)を使用することをお勧めします。細くて密集した平行な線路がたくさんある場所では、定規の助けを借りて細い直線をスケッチできるようにする必要があります。

トラックまたはパッドが互いに融合しているのが見える場合は、レジストが乾くのを待ってから、コンパスポイントまたは他の鋭利な先の尖ったものを使用して、余分に重なっているレジストを削り取ります。

レジストが乾いてPCBが検査されるとすぐに、次のタスクは、露出した銅がすべて除去されるまで、ボードをエッチャント溶液に沈めることです。

PCBエッチングがどのように行われるか

本質的に、エッチングの過程で起こることは、鉄が沈殿する間、銅が塩化第二鉄中の鉄の代わりになって塩化銅を形成することです。

最初のエッチングプロセスは非常に速く、数分しかかかりませんが、塩化第二鉄が徐々に塩化銅に変化するにつれて、エッチング動作は着実に遅くなり、いくつかのボードをエッチングした後、エッチング時間はかなり短いことがわかります長期化するか、まったく達成されない。

その場合、エッチャントは塩化第二鉄溶液の新しいバッチと交換する必要があります。塩化第二鉄は赤黄色で、塩化銅は青色であることがわかります。したがって、エッチング液がゆっくりと緑がかった色に近づいている場合は、化学物質が耐用年数の終わりに近づいていることを示しています。

自宅で小さな皿にボードをエッチングするときは、ボードの銅面が上を向いていることを確認し、適切なサイズの非金属皿でプロセスを実行します。

上にまともなカバーを追加し、定期的にカバーを取り外して、エッチングが終了するまで結果を確認することをお勧めします。この方法の主な問題は、塩化鉄と塩化銅の層がボードの上部に発生する傾向があり、エッチング時間が大幅に長くなる可能性があることです。これは、エッチングがスピードアップするように、時々皿を注意深く揺り動かしてこの層を移動させることによって対抗することができる。

エッチング用の特別な容器の使用

ボードの銅面を下に向けてPCBを垂直位置に近づけるために、コンテナをセットアップするのは実際にはかなり簡単だと感じるかもしれません。

この状況では、鉄の析出物が層を発達させることができず、ボードから下向きに落下する傾向があるため、エッチングプロセスは非常に速く発生します。これにより、エッチングが妨げられないことが保証されます。それでも、ボードとエッチャントを定期的に攪拌すると、発生する可能性のある小さな抑制コーティングをノックオフするのに役立ち、さらに高速なエッチングが可能になります。

DIYPCBエッチング容器

上の図は、これを実現するためのいくつかの簡単なオプションを示しています。図(a)では、ボードが四隅で所定の位置に維持され、他の点で皿と接触しないようにする湾曲した皿が採用されています。

(b)で示された手法は、手順を可能にするためにかなり大きな皿を必要とする可能性がある、より大きなPCBに適しています。容器はかなり大きくなければならず、古典的なインスタントコーヒージャーに似たものなら何でも機能します。

瓶を実際に満たすには、おそらく大量のエッチャントが必要になります。これは最初は少し高価に見えるかもしれませんが、エッチャントは確かに少量と比較して比例してより長い時間持続します。

あるいは、少量のエッチング液を大量の水で希釈することもできますが、これによりエッチングが大幅に減速する可能性があるため、お勧めできません。

かなり大きなボードの場合、ボードをエッチングする唯一の機能的な方法は、銅面を上に向けた大きな平らな皿(写真皿のような)を使用することです。エッチング時間を短縮するために、頻繁に攪拌することに慣れている場合があります。

オープン銅の小さな領域がある領域ではエッチングがより速く発生し、オープン銅の比較的広い領域があるボードの領域でははるかに長い時間がかかります。エッチングは、ボードの周囲でより迅速に行われます。

通常はより効果的に機能し、通常は実際にははるかに簡単な方法を上に示します。ここでは、木製またはプラスチックの棒のペアが皿の全長、反対側に置かれています。これらは皿よりも比較的長く、上に置くことができます。次に、ボードは、ボードの両端に1つずつ、2本のワイヤー片で支えられたロッドから吊り下げられます。

理解を深めるために、図には1本のワイヤだけが示されています。銅線を使用する場合は、18SWGの太さのスーパーエナメル銅線であることを確認してください。ワイヤーは、ロッドの直径の周りで端を1回または2回回すだけで、ロッドに取り付けられます。

エッチングが終わった後

エッチングが完了したように見える場合は、ボードを徹底的に調べて、開いた銅のポケットが残っていないことを確認し、銅のトラックとパッドが密接に描かれているボードの部分を探す必要があります(ICパッドのグループなど)。 。

エッチングが完全に完了したことを確認したら、しばらくの間、ボードをエッチング液の上に垂直に保ち、滴るエッチング液がボードを浸出させてから、ティッシュペーパーまたは布でボードを拭きます。

余談ですが、これは、エッチングプロセス全体を通してキッチンペーパーを近くに置いて、必要なときにいつでもピンセットや手袋からエッチング液の残りを拭き取ることができるようにするのが賢明な決断です。次に、ボードを水で注意深く洗浄して、エッチング液の最終的な残りの痕跡を洗い流します。

レジストの取り外し

最後に、銅に付着しているレジストを除去する必要があります。そうしないと、銅パッドへのはんだ付けプロセスが大幅に妨げられる可能性があります。標準のレジストリムーバーを入手できます。これは、塗料やインクの大部分を分解するライトスピリットの形である可能性があります。

精練パッド

同様にレジストのスクラビングによく適したプリント回路研磨ブロックを入手することも可能かもしれない。もう1つの手法は、研磨パッドまたは粉末を使用することです。これは基本的に、プリント回路製造の最も簡単なアクティビティの1つであり、いかなる種類の問題も発生しないはずです。

完全なはんだ付けを行い、「ドライ」ジョイントがまったくない状態で、レディPCB上のコンポーネントの最終アセンブリを可能にするには、コンポーネントのはんだ付けを実際に開始する前に、銅のトラックとパッドを光沢仕上げに研磨する必要があります。

あなたに

上で説明したように、自宅でPCBを作成するのは非常に簡単に見えます。市場からの既製のDIY材料を使用して、優れたプロフェッショナルグレードのPCBを作成するのはほんの数時間です。とは言うものの、意図した回路プロジェクトが成功裏に達成されるように、プロセスは望ましい結果を達成するためにいくらかの注意と精度を必要とするかもしれません。

このトピックについて疑問がある場合は、以下のコメントからお知らせください。喜んでサポートさせていただきます。




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