自宅でPCBを作るDIY紫外線露光装置

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電子回路が好きな人にとって、汚れたブレッドボードからきれいで永久的な回路基板に移行することは大きな一歩です。プリント基板を自作する (プリント基板)を自宅で使えるのは、まるで超能力のようです。より小さく、より信頼性が高く、驚くほどプロフェッショナルに見せることができます。自家製PCBを作る方法はたくさんありますが、UV光とフォトレジスト材料を使用する写真法は、最もシャープで正確な結果をもたらします。この方法は、工場で作られたような基板を作る秘訣です。

そのためには、UV露光ボックスという特別な道具が必要です。この装置は、紫外線を使って回路設計を透明フィルムから感光性の銅基板に転写するものです。プロ用の装置を購入することもできますが、高価です。しかし、自作は楽しく、やりがいのあるプロジェクトです。自作のユニットは、市販のものと同じように機能します。

このガイドでは、あなた自身の露光装置を作るためのすべてのステップを説明します。簡単な言葉でわかりやすく説明します。どのような部品が必要なのか、どのように組み立てるのか、そして新しい道具を使ってどのように素晴らしい回路基板を作るのかを学びます。最後には、あなたの電子工作工房に、強力な新しい装置を手に入れることができるでしょう。

PCB暴露プロセスの理解

フォトレジストが必要な理由

組み立てを始める前に、なぜこの箱が必要なのかを知っておくととても便利です。このプロセス全体が機能するのは、フォトレジストと呼ばれる特殊な材料のおかげです。これは、紫外線（UV）が当たると変化する感光性の化学物質です。

理解のための簡単な例え

壁にペンキを塗るとき、特定の形を塗らずに残したいとします。マスキングテープを使って、保護したい形を覆います。塗り終わったらテープをはがすと、きれいな形が残ります。フォトレジストのプロセスはこれによく似ていますが、塗料の代わりに光を使い、テープをはがす代わりに特殊な現像液を使います。

銅板の準備

まず銅張りのボードから始めますが、これはガラス繊維のシートを薄い銅の層で完全に覆ったものです。この銅が回路の金属トラックになります。まず、銅の表面全体をフォトレジストの薄い層で覆います。これは通常、基板に注意深く塗る薄くて暗いフィルムです。

回路設計の印刷と配置

次に、回路設計を透明なプラスチックのシートに印刷します。デザインは黒いインクで書いてください。黒い部分は銅のトラックを入れたいところ、透明な部分は銅を取り除きたいところです。そして、フォトレジストで覆ったボードの上に、この透明シートを置きます。

紫外線暴露

この2つを紫外線照射ボックスに入れます。UVライトをオンにすると、紫外線が降り注ぎます。光は透明な部分を通過することができますが、回路設計の黒いインクによって遮られます。

取締役会の発展

フォトレジストに当たった紫外線が化学反応を起こして硬くなります。黒いインクの下で保護されていたフォトレジストは光に触れないので、柔らかいままです。数分後、光を消して基板を取り出します。その後、現像液と呼ばれる特殊な液体に基板を入れます。この現像液は、露光されていない柔らかいフォトレジストだけを洗い流します。光が当たった硬い部分は基板に残ります。

これで、あなたの銅板の形が完成です。 サーキットコース は硬化したフォトレジストで保護されています。他の銅はすべて露出しています。最後に、この基板を塩化第二鉄のようなエッチング液に入れます。この薬品は、保護されていない銅をすべて食ってしまいます。硬いフォトレジストで覆われている銅には触れません。エッチングが終わると、回路を形成する銅のトラックだけが残ります。

そのため、均一な照射がとても重要なのです。自作の露光ボックスは、紫外線を強く均一に照射し、毎回シャープで完璧な仕上がりを実現します。

材料と道具を集める

どんな良いプロジェクトでも、最初のステップは部品と道具をすべて揃えることです。この組み立てでは、それほどエキゾチックなものは必要なく、ほとんどの部品はオンラインや電気店で手に入れることができます。リストをいくつかの簡単なグループに分けることができます。

エレクトロニクス用

• 紫外線LED： これが最も重要な部分です。UVストリップが必要です。 LED または個別のもののセット。PCB露光に最適なUV LEDの波長は、通常395nm～405nmです。この波長域は、ほとんどのフォトレジストフィルムで完璧に機能します。均一なカバレッジを得るためには、十分な数のライトが必要です。50個から100個のLED、または2メートルのストリップが、中型のボックスの出発点として適しています。
• 電源 すべてのLEDに適切な電圧と十分な電流を供給できる電源が必要です。ほとんどのLEDストリップはDC12Vで動作します。LEDの仕様を確認して、適合する電源を探してください。多くの場合、12V、2Aの電源が良い選択です。
• タイマー： ストップウォッチを使うこともできますが、内蔵タイマーを使えば、より簡単で正確な計測が可能になります。秒と分を設定できるシンプルなデジタル・タイマー・モジュールをオンラインで購入できます。これはプロジェクトにとって大きなアップグレードです。
• オン／オフスイッチ： 基本的なロッカースイッチまたはトグルスイッチは、ユニットの主電源をオン／オフするために使用されます。
• ワイヤー すべての電子部品を接続するために、細い接続ワイヤーが必要です。赤と黒のワイヤーは、プラスとマイナスの接続を管理するのに便利です。

箱と構造について：

• 箱： すべてを入れるものが必要です。シンプルな木箱は、作業がしやすいのでおすすめです。丈夫なプラスチックの保存容器も使えます。古くて壊れたフラットベッドスキャナーのケースを使って大成功した人もいます。
• ガラスまたは透明アクリルのシート： これはPCBを置く台になります。非常に透明で平らである必要があります。傷がつきにくいので、ガラス製が良いでしょう。大きさは箱の大きさによります。
• アルミホイルか鏡： これを箱の内側に敷きます。光沢のある表面は紫外線を反射し、より均一で効率的な露光を可能にします。
• 泡のかけら： これは箱の蓋に使用し、透明板をPCBにしっかりと均等に押し付けます。
• ネジ、ナット、ボルト： 電子部品を取り付け、箱を固定するための小さな金具が必要です。

必要な道具

• はんだごてとはんだ
• ホットグルーガン
• 各種ビット付きドリル
• ドライバー
• ワイヤーストリッパーとカッター
• 定規またはメジャー

DIYプリント基板UV露光ボックスの設計

切断や穴あけを始める前に、簡単な計画を立てておくとよいでしょう。考えるべき主なことはサイズです。箱は、あなたが作りたいと思う一番大きなPCBが入る大きさで、端の部分には少し余裕を持たせてください。一般的なサイズは30cm×20cmです。

次に計画することは、UV LEDとガラス板の間の距離です。これは均一な光を得るためにとても重要です。LEDがガラスに近すぎると、各LEDの真上に明るい「ホットスポット」ができ、その間に暗い部分ができます。LEDが遠すぎると、光は均一になりますが、弱すぎて露光時間が非常に長くなります。まずは5cmから8cmの間が良いでしょう。

LEDのレイアウトも計画してください。LEDとLEDの間隔が均等になるように、格子状に並べてください。こうすることで、PCBのどの部分にも同じ量のUV光が当たるようになります。紙に簡単な計画を書いたら、作り始める準備完了です。

ボックスフレームと構造の構築

ここからがプロジェクトの本番です。木箱を使うとしましょう。

木片を箱に必要な大きさにカットします。底と4つの側面が必要です。蓋には発泡スチロールを入れるので、木製の天板は必要ありません。4つの側面を合わせ、木工用ボンドとネジで底板に固定します。これで、光を遮る丈夫な箱ができます。

次に内側を準備します。良い結果を望むなら、このステップはとても重要です。アルミホイルを取り、スプレーのりか普通ののりを使って箱の内側全体を覆います。底と四方の壁を覆います。できるだけ表面を滑らかにし、シワを残さないようにします。この光沢のある層は、内部の紫外線を反射するので、影をカットし、ボードが四方から均等に光を受けるようにします。

内側が準備できたら、ガラス板用の小さな棚を作ります。内壁に4本の細い木材を接着します。短冊の高さはすべて同じにし、底面から5～8cmほど上になるようにします。この棚にガラス板を置きます。

最後に蓋をします。蝶番のついたシンプルな木の板で十分です。蓋の内側に、平らな発泡スチロールを接着します。発泡スチロールの厚さは、蓋を閉めたときのガラスとの隙間より少し厚めにします。こうすると、蓋を閉めたときに、発泡スチロールがガラスを強く押しつけます。 プリント基板 とフィルムが完全に接触するようにします。隙間があると、線路がぼやけて見栄えが悪くなります。

UV LEDアレイの作成と簡単な回路図

では、マシンの心臓部であるライトに取り組みます。ここがあなたの ハンダ付け のスキルが役に立つでしょう。目標は、LEDを等間隔に並べたパネルを作ることです。

これを行うには、LEDアレイのベースとして、パーフボードまたは薄いプラスチックシートを使用するのがよい方法です。ボードに鉛筆でグリッドパターンをマークします。次に、各LEDの足用に小さな穴を開けます。すべてのLEDを穴に入れ、プラス（陽極）とマイナス（陰極）の向きが同じになるようにします。

PCB露出ボックスの回路図に関して言えば、最も単純な方法はLEDを並列に配線することです。これは、プラス側の足をすべて一緒に接続し、マイナス側の足をすべて一緒に接続することを意味します。これは、LEDの足を注意深く曲げ、互いにはんだ付けするか、またはワイヤーを使って接続することによって行うことができます。並列配線は、1つのLEDが燃え尽きても他のLEDが点灯し続けるので、良い方法です。

すべてのLEDを接続した後、アレイ全体の主な接続ポイントが2つになります。プラス側に赤線を、マイナス側に黒線をはんだ付けします。これらの配線は、タイマーとスイッチを通して電源に接続します。

回路はシンプルです。12V電源からのプラス線はメインのオン／オフスイッチへ。そしてスイッチからタイマーモジュールの入力へ。次に、タイマーモジュールの出力がLEDアレイの赤のプラス線に行きます。その後、LEDアレイのマイナスの黒線は、そのまま電源のマイナス端子に戻ります。スイッチですべてをオンにし、タイマーでLEDが点灯している時間を設定します。

すべての組み立て

箱を作り、LEDアレイの準備ができたら、いよいよすべてを組み立てます。

まず、LEDアレイを箱の底に置きます。ホットボンドか小さなネジで固定します。しっかり固定され、中央に配置されていることを確認してください。

次に、オン/オフスイッチとタイマーモジュールを取り付けるために、ボックスの外側の良い場所を探します。必要な穴を開けます。アクセスしやすいように、ボックスの前面か側面に取り付けるのがベストです。スイッチとタイマーをしっかりと取り付けます。

次に12V電源を取り付けます。高電圧のパーツを内部から遠ざけ、冷却するために、多くの場合、ボックスの外側に取り付けるのが最も安全です。12V配線をボックス内に通すために、小さな穴を開けます。

これで、回路図に記載されている配線がすべて完成しました。配線はきれいに整頓してください。配線が動かないように、ホットボンドで固定してください。すべての接続が終わったら、箱の中に作った支柱の上に、ガラス板を慎重に置きます。あなたの DIYによるPCB露出 ボックスが完全に組み立てられました！

PCB露光時間の較正

せっかく素晴らしいツールを作ったのに、それを使う前にもう一つとても重要なステップがあります。理想的な露光時間を割り出す必要があります。この時間は、LEDの種類、ガラスからの距離、使用するフォトレジストの種類によって異なるため、自作ボックスごとに異なる可能性があります。

完璧なPCB露光時間を見つけるには、簡単なテストが必要です。これを行うには、フォトレジストが塗布された銅板の小片と、透明紙に印刷された特別なテストパターンが必要です。テストパターンは、太さの異なる細い線やベタの部分など、さまざまな形状のものが必要です。

テストボードと透明板を箱の中に入れます。次に、黒い厚紙のような不透明なものを用意します。このアイデアは、ボードのさまざまな部分をさまざまな時間露出させることです。

• 一方の端の小さな帯を除いて、ボード全体を厚紙で覆います。
• タイマーを30秒間オンにして、最初のストリップを露出させます。
• タイマーが終わったら、厚紙をスライドさせ、2枚目のストリップを1枚目のストリップの真横に出します。

次に、タイマーをさらに30秒間セットします。この間、最初のストリップはさらに30秒間光り（合計60秒間）、2番目のストリップは最初の30秒間光ります。

この作業を繰り返します。カードを下にスライドさせ、30秒間露光し、もう一度行います。これを5回繰り返すと、次の5つのストリップが露光されることになります。 30秒～2分半.

このテストが終わったら、通常通りボードを現像してください。ボードを見ると、ストリップ間に明確な違いがあることがわかります。露光時間が短すぎるストリップは洗い流され、線が途切れます。露光時間が長すぎるストリップは、ぼやけて見えたり、露出オーバーに見えたりします。あなたが探しているのは、最もシャープできれいなラインを持つストリップです。ストリップが受け取った時間が、あなたの理想的な露光時間です。