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またまた新しいプリント基板の作り方 [電子工作]

2019年7月1日の日記

感光フィルムALI-3.jpg 紫外線で露光中[晴れ]

   娘のUVレジン用露光装置を借りました.....[ひらめき]

工作マニアのiruchanは今もプリント基板を自作しています。

まあ,今の時代,ネット経由でガーバーデータと呼ばれるプリント基板用のデータを送れば,海の向こうの赤い大きな国から1週間もすれば完成したプリント基板が届く,と言う時代なんですけど......iruchanは今も昔ながらのエッチングでプリント基板を作っています。

ということで,この記事で紹介したとおり,今まではアイロンを使ってレーザープリンタのトナーを生の基板に転写してパターンを写し取っていました。

ただ,この方法,正直言って,まあ使える,と言う程度でしかないと判断しています。とにかく,やはり失敗する確率が高い上,仕上がりが汚い,というのがその理由。

そもそもなかなかトナーの転写がうまくいきません。
 
アイロンの温度や水分,使用している転写用紙,トナーを含めたレーザープリンタの性能などにも左右されますし,何より一番の問題はうまく紙からトナーが剥がれてくれないということなんですよね~[雨][雨][雨]
 
いろいろ,iruchanも転写用紙を普通の紙や中国製のツルツルしたプリント基板製作用と称する転写用の黄色い紙など,試してみたのですが,やはりうまくいきません。紙を剥がすときにアセトンを使う,なんて方法がネットやYou Tubeなどに出ているのですが.....。アセトンの臭いには閉口しますね.....。
 
また,特殊な転写用紙がどうにもレーザープリンタと相性が悪く,中のドラムに張り付いてしまって紙詰まりしたりします。プリンタが故障しちゃ,まずいですし,やはりちょっと危ない感じです。

それに,なんとかうまく転写できた,としても仕上がりが非常に汚いんですよね~。

やはり元々紙に印刷されたものだけに,パターンの周囲がギザギザと汚いし,下手すると細い紙の繊維が残って隣のパターンとショートしていることもしばしばで,それも肉眼じゃわからないくらい細い繊維のため,完成してからテスターでいちいちチェックしないといけなくて,エッチング後,カッターでその細いパターンを切る必要がありました。

と言う次第で,せいぜい点数は70点といった感じ。この方法はあきらめようと思います。もっといい方法はないかと探していました。

やはり,もとの感光基板に戻ろうか,と言う気もしたのですけれど.....。

でも,サンハヤトのポジ感光基板は仕上がりはきれいだけれど,何より高い!!

それに,失敗したらもう二度と感光基板としては再利用ができないし,iruchanみたいに小型の基板を作る場合は余白がもったいない!!

ということで,昔から感光剤だけ入手できないかと考えていました。

実を言うと,20年ほど前まで,秋葉原でスプレー式の感光剤が売られていたのです。

でも,あるのは知っていましたが使ったことはありませんでした。

米オムニ社の感光スプレーというもので,秋葉でも売られていたようです。

これが今もあると便利なんですけどね......。

なぜだかわかりませんが,現在は市販されていません。売れなかったんでしょうね。

それで,今回,一応,海外のサイトを検索して似たのが売られていないか,確かめてみました。

と,やはり今でも似たのがあるんですよね.....。

photo sensitive paint.jpg こんなのもあるんですけど。

 赤い国じゃなくて,独製で,ポジ感光タイプだし,輸入できればいいんですが。

でも,スプレー缶の輸出入は高圧ガス保安法に引っかかるので,輸入する場合は試験成績書が必要です。また,航空機内は1本だけ,500ml以下であれば持ち込み可能なようなのですが,もちろん,プロパンガスなど,可燃性ガスを使っているものは不可です。また,不燃性ガスのものでも,どう考えても保安検査場でもめそうだし,海外旅行のついでに買って帰る,と言うことも難しそうです。また,▲のものはそもそもExtremely flammable aerosol(高可燃性ガス)と書いてあるので,ダメです。

一応,ダメ元で海外のサイトにメールを出して聞いてみましたが,なしのつぶて。正直,向こうでも "何バカ言ってんだこいつは!" と言うところなのだと思います。どこの国もスプレー缶の輸出は面倒だと思います。

じゃ,オムニスプレーはどうだったんだよ,という感じなのですが....。

となると,スプレー缶はダメなので,感光剤そのものを購入することを考えてみます。

大阪の共立電子さんで富士薬品工業のポジ型フォトレジストという薬品が売られています。

ただ.....。

なにせ1本500ml入りのものが7,000円以上しますし,なにより賞味期限? が半年,と言う代物。

こりゃあかん......。

もうひとつ,iruchanはeBayやAli Expressで中国製の怪しげなどろりとした青色の感光剤が売られているのは知っています。アルコールで希釈して使えるそうです。これこそ本当に感光剤みたいな感じで,半導体工場などで実際に使われているような液体です。

といって,色から言って,ジアゾ系の感光剤と思いますけど,中身はまったく不明ですし,どうにも臭いらしいです。ちょっと,中国製と言うこともありますし,臭い,というのであれば,避けた方がよい感じです。

と言う次第で,八方塞がり,という感じなんですけど.....四面楚歌って,こんなもんなんでしょうね......そんなことあらへん。

で,photosensitive paint PCBなんてキーワードでネットを検索していると.......,なんと.......,

感光フィルムがあるではないですか!!!

しかも,すでにいろんな方がこの方法でプリント基板を作っておられるようです。

ちなみに英語でプリント基板って普通,PCBと言います。Printed Circuit Boardの略で,悪名高いPoly Chlorinated Biphenylではありません。

こりゃ,いいや,って感じです。フィルムなら臭わないし,なにより固体なので,皮膚についても問題ないでしょう。

現像時にはアルカリ性の液体が必要で,どうやら炭酸ナトリウムが必要らしいですが,それだったら薬局で簡単に手に入りますしね,何とかなりそうです。

実はこのフィルムはさっきの感光液を探しているときにAliで見つけました。

まだ海のものとも山のものともわかりませんから,とりあえず,1mだけ,試しに買ってみました。値段も安く,2ドル弱です。

感光フィルムALI.jpg 海の向こうの大きな国から届きました.....。

来てみると非常に薄いフィルムで,色も薄い青色をしています。サンハヤトの基板と同じような色をしています。

なんかいけそう.....と思いました。今,調べてみるとamazonでも入手可能なようです。ただ,値段は倍以上するようです。

          ☆          ☆          ☆

早速,試してみます。この感光フィルムは3層構造になっていて,上下に透明な保護フィルムが貼ってあるので,これを途中で剥がしながら作業する,と言うことになります。

まずは大まかな流れとしてはこんな感じです。クリックすると拡大します。

感光フィルムプリント基板製作1.jpg

最初に,保護フィルムを1枚だけ剥がし,基板面に密着させます。このとき,温度と圧力が必要なので,アイロンやラミネータが必要です。

その後,紫外線ランプで露光し,炭酸ナトリウムの水溶液で現像すればOKです。

ところが.....。

でも,ここからまた茨の道でした.....。何ごとも成功するまでには時間と労力がかかるようです.....orz。

☆パターンの製作

最大の問題点は,この感光フィルムネガであること,です。

サンハヤトの感光基板はポジタイプなので,黒く塗ったところがパターンとして残りますが,これは逆で,透明な部分が黒く残るのです。

これは,事前に知っていたのですが,やはりパターンの製作は面倒です。

仕方ないので,いつも通り,"花子" でパターンを描いてから画像出力して,画像編集ソフトでネガ反転しました。

その後,OHPシートに印刷します。最近はレーザープリンタもOHP印刷ができないものが多く,困ったものなんですけどね....。

☆貼りつけ

さて,まずはフィルムを基板に貼りつけます。

感光フィルムALI-1.jpg こんな色をしています。

      基板の大きさにカットします。

感光フィルムは3層構造になっていて,中心に感光フィルムが入っていて,上下を保護フィルムが貼り付いています。

まずは基板に貼り付く側の保護フィルムを剥がして,基板に貼りつけます。

非常に薄いフィルムなので,保護フィルムを剥がすのも非常に面倒ですが,両面テープを机に貼りつけてやってみると剥がすことができます。

感光フィルムALI-2.jpg 保護フィルムを剥がします。

実は,後から気がつきましたけど......ここからが最大のヤマ場なんです。

一応,感光フィルムとまだ残っている保護フィルムを基板に貼りつけたらOKなんですけど,iruchanは最後の最後,現像する際に何度も失敗しちゃいました。

一緒に,露光,現像したパターン部分も剥がれちゃうんです......orz。

何でか原因がわからず,困っちゃいました。

どうやら,基板に貼りつけた際に,きちんと銅箔面に貼り付いていなくて,炭酸ナトリウムで現像した後のパターンも一緒に剥がれてしまうようです。

仕方ないので何度も実験しました。

どうやら,ポイントとしては,

銅箔面をきれいに磨いて乾燥させる

まあ,これはエッチングする場合は当たり前ですけど,やはり感光フィルムを貼る場合もきれいにしておかないといけないようです。水を使って貼りつけると言う場合もあるようですが,iruchanは水を使うとダメでした。ステンレスたわしで磨いたり,アルコールで拭いてみました。

低温のアイロンで密着させる

やはりトナー転写方式同様,アイロンでフィルムを密着させる必要があります。

ただ,この感光フィルムは非常に熱に弱いので,アイロンの温度は最低にし,しかも基板に押しつける際には一度,スイッチを切って,温度を下げてからにした方がよいです。

おまけに,中央の感光膜がさらに温度に弱いようで,保護フィルムは何ともないのに,感光膜だけ縮んじゃう,なんて現象も出ました。

You Tubeではラミネータを使う人がいるようですが,見ていると4,5回,ラミネータに通していますし,何度も熱を加えて圧力をかけて密着させないといけないようです。

その後,どうも数時間,放置した方がよいようですし,一晩放置する,と言う方もいるようです。すぐに露光させて現像をするとダメなようです。やっぱ,KATOじゃなかった,果報は寝て待てってか?

感光フィルムALI-6.jpg アイロンで貼りつけます。

☆露光

次は紫外線を当てて露光します。天然光でもよい,と書いている人もいらっしゃいますが,太陽だと季節や時間,天気によって大幅に変動するので,やはりサンハヤトの感光基板同様,きちんと露光装置を買った方がよいです。

で,iruchanも昔から自作の紫外線ランプを使っていたのですが....。

なんと今はUVレジン用に,きれいな露光装置が,しかも安く売られていて,非常に便利です。amazonでもたくさん売られています。サンハヤトのちびライトは15,000円もしますけど.....。そんなに高いものは必要ありません。

実はiruchanも今回は娘が買ったやつを使わせてもらいました.......(^^;)。

amazonで,レジン液や型がついて,おまけに露光装置までついて2,000円ほどだったそうです。

残念ながら,露光装置は昔ながらの蛍光ランプ仕様で,グローランプで点灯するので,スイッチを入れてもすぐに点灯せず,2,3秒待たされるんですけど,まあ,十分です。と言うより,昔は蛍光灯というと,みんなこうだったんですけどね.....。蛍光灯式のものでも今じゃ,ほとんどがインバータ式なので,瞬間的にパッと点灯するので,点灯管式のものはなんか,久しぶり,という感じです。なお,UVランプは高級なものは紫外LEDを使っているようです。また,ネイルアート用というのも売られていますが,これは赤外線センサーがついていて,指を入れないとランプがonしないようになっているので使えませんね。

さて,露光は結構,娘の買ったライトが明るいので,短時間で済みそうです。

iruchanは自作のライトだと5分以上やっていましたが,結局,娘のだと90秒でOKのようです。これ以上紫外線を当ててしまうと,余白部分も紫色に変色してパターンが残ってしまいますから,銅箔の色が見えるくらいにしないといけません。

感光フィルムALI-5.jpg なかなかいけそう......。

露光後の状態です。OHPシートがネガになっているのにご注意ください。

2枚目の保護フィルムをはがして現像します。

感光フィルムALI-8.jpg 完成!
 こんな風に,半分だけ,という作り方もできます[晴れ]

☆現像

さて,次は感光しなかった余白部分を除去します。

サンハヤトの感光基板同様,何らかの液体で除去するのですが,この感光フィルムの場合は炭酸ナトリウム(Na2CO3)が指定されています。薬局で入手可能です。だいたい,500g入りのものが600円くらいです。

ただ,炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)だったら重曹ですから,せいぜい100円ほどで安く手に入って助かるのですが,phが低すぎ,難しいようです。

また,amazonを見るとセスキ炭酸ナトリウムというのも売られていますが,これはNa2CO3とNaHCO3の混合物で,やはりph値が異なるので,使えるとは思いますが,未検証です。

感光フィルムALI-4.jpg こんにゃく用でした.....[晴れ]

  これを100mlの水に溶かして1%程度の水溶液にして使います。

ただ,濃度にはシビアな感じ.....。濃すぎるとやはり▲のように,パターンごと剥がれてしまうのでご注意ください。たぶん,phが低い方が安全な感じです。

また,サンハヤトの感光基板の時と違って,余白の部分は溶けて無くなるのではなく,どうにも感じとしては剥がれていく,という感じです。一応,溶けて薄くなってきて,モロモロになって剥がれていく....という感じなのですが,どうにも違和感があります。この点,サンハヤトの方がよさげです。

時間的には1分くらいで大丈夫,と書いている人もいるのですが.....iruchanは1時間くらいかかる,という気がします。とにかく,ゆっくりと気長に待つしかなさそうです。やっぱ,KATOは寝て待てってか?

時間を短縮しようと,炭酸ナトリウムを濃くしちゃうとダメなようで,パターンまで剥がれちゃいます。

実をいうと,iruchanは最初,アルカリならいいだろう,ということで,なぜか手持ちがある水酸化ナトリウム(NaOH)を使ってみました。一応,使えて,ちゃんと余白の部分がはがれてくれるのですが,一緒にパターンの部分もはがれちゃいました。化学に詳しい人に聞いたら,NaOHだとアルカリが強すぎるせいでは,とのこと。Na2CO3もアルカリが強すぎるとダメなようです。

感光フィルムALI-7.jpg 歯ブラシでこするとよいです。

モロモロと剥がれかけてきたら,歯ブラシでこすったりしてもOKです。これが終わると水洗いして完成です。


仕上がってみると,なかなかよい感じです。パターン部分もうまくいくとちょっとやそっとじゃ剥がれないくらい,強固に貼り付いていて,エッチングしてもきれいなパターンができそうです。

ただ.....。

やはりどうしてもトナー転写方式みたいに,パターンのエッジがギザギザで,汚いです。スカッときれいなエッジにしてほしいのですけど.....。フィルムの材質の影響が大きいようです。また,文字の転写も難しく,読める程度にはならない感じです。パターンもやはりところどころ剥がれてしまうので,サインペンで補修します。

☆エッチング

エッチングは通常通りです。iruchanはいつも,お湯で温めてやっています。

感光フィルムALI-10.jpg 仕上がりです。

う~~ん,やっぱり,一番仕上がりがきれいなのはサンハヤトのポジ感光基板ですね~。やはり感光フィルム方式だと感光したパターンの残存膜が厚すぎるようで,剥がれるときにきれいに切れず,エッジがギザギザです。感光しなかった部分が溶けるように消えてくれれば,こんなことにならない感じです。どうも製造しているのは何社かあるようなので,試してみたいと思っています。


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