プレセンシタイズドPCB：設計・製造の決定版ガイド

プリント基板（PCB）はすべての電子デバイスの骨格です。それらがどのように機能し、動作するかを理解することは、PCB製造の学習者から最も経験豊富な修理技術者まで、極めて重要です。典型的なPCBには、基板上のいくつかのトレースを通じて接続された多くの受動および能動コンポーネントが含まれます。PCBには、従来型PCBとプレセンシタイズドPCBの2つの主要なタイプがあります。プレセンシタイズドPCBが何を伴うか、その設計と製造プロセス、エッチング方法、プレセンシタイズドPCBの利点などについて簡潔にガイドします。

プレセンシタイズドPCBとは？

プリントPCBとしても知られるPCBは、自動化ツールの機能に関して2つの主要な目的を果たします。部品を実装する場所として使用され、部品間の電気的接続を提供します。

現在市場にはさまざまなタイプのPCBがあります。しかし、プレセンシタイズドPCBとは何でしょうか？従来型PCBとプレセンシタイズドPCBです。プレセンシタイズドPCBは、工場で製造された、またはプロフェッショナルに作られたPCBで、その表面が感光性エマルジョンでコーティングされています。

今日、市場で入手可能なほぼすべての電子製品がプレセンシタイズドPCBを使用しています。プレセンシタイズドPCBは、現在販売されている多数の電子部品で使用されている最も一般的な電子デバイスの一つです。

設計と製造プロセス

プロの会社と同じように自分でPCBを作成または構築することを考えていますか？おそらく電子工作プロジェクトをお考えでしょう。もしそうなら、正しいサイトに来ました。以下は、あなたのPCB基板を作成するためのステップバイステップガイドです。始めましょう！

2.1 購入するアイテム

プレセンシタイズドPCBの作成の準備ができましたか？もしそうなら、購入する必要があるものがいくつかあります。必要なものの内訳は以下の通りです：

露光ボックス
ドリルビット
FeCl₃（塩化鉄(III)）
NaOH（水酸化ナトリウム）
ゴーグル
錫溶液
プレセンシタイズドエポキシ
電源
防塵コート
タイマー
化学薬品用バケツ
ハンダ

2.2 PCBを描画

完成品（プレセンシタイズドPCB）がどのように見えるかという設計イメージがあると仮定すると、次のステップに進めます。もしなければ、読み進めてください。

ほとんどの場合、ProteusソフトウェアがPCB描画に使用されますが、Fritzingソフトウェアも同じ機能を達成するための優れた代替手段です。描画した設計を.pdfファイルに簡単にエクスポートできるようになります。

多くの人が設計をPDFファイルにエクスポートすることを好みます。PDFファイルは実寸を維持するため、データを1:1のスケールで配置すれば、印刷後にスケールの問題に遭遇しないことが保証されるからです。

2.3 アートワーク印刷

透明シートにPCB設計が描かれたら、希望するアートワークを少なくとも3枚印刷する必要があります。なぜでしょうか？そうすることで、不透明度が正しく確保され、次のステップに進めます。

イメージをミラーリングする必要がある場合があります。これにより、すべてのテキストが透明シート上で正しく表示されます。目的の回路を印刷するには、トップレイヤー、寸法、ビア、パッドのみをオンにする必要がある場合があります。

上記のステップを正しく完了すれば、レイアウトは作業開始の準備が整います。

2.4 プレセンシタイズドPCB - 化学薬品のセットアップ

化学薬品のセットアップは、多くの注意を払うべき最も重要なステップの一つです。ここで、保護手袋とゴーグルを着用し、作業エリアが十分に換気されていることを確認する必要があります。

なぜ上記の慎重な措置が必要なのでしょうか？この時点で、強酸と強塩基を扱うことになり、中には他よりも速く気化するものもあります。塩化鉄の汚れは落とすのが難しいため、この手順では実験着を着用する必要があります。

上記のステップを完了したら、別の塩化鉄(III)（FeCl₃）溶液を準備することもできます。この反応を速くしたい場合は、銅と酸（FeCl₃）の反応を触媒する必要があります。そうしないと、結果がやや失望するものになる可能性があります。

最後に、水浴を用意する必要があります。蒸留水浴が望ましく、すべてのステップの間でPCBを洗浄するために使用します。PCB洗浄後の余分な水分を吸収するため、吸収紙をスタンバイしておくとよいでしょう。

2.5 PCB露光

UVライト露光ボックスをセットアップする必要があります。これは、あなたの設計の黒い線をUV線が通過しないようにする動きです。その後、最初のアートワークをテープで慎重にペインに取り付けます。その後、残りのデザインを慎重に追加し、全体の不透明度を高めます。

完了したら、感光性レジンを扱う作業になります。これは、職場を暗めの場所にする必要がある作業です。

細心の注意を払って、PCBの保護フィルムを剥がし、感光面を配置し、テープでしっかりと固定します。感光面がUVチューブに向くように、すべてを露光ボックスに入れます。密封することを忘れないでください。

その後、2分から2分30秒の範囲でタイマーを設定し、この範囲を超えないようにします。この दौरान手袋を着用し、時間が来たら露光ボックスの電源を切り、PCBを取り出します。

2.6 PCB現像

このステップでは、PCBをできるだけ早く、感光面を上に向けて水酸化ナトリウムの浴に入れます。すぐに青紫色（時には灰色）が現れます。

浴を優しく振って、設計が30秒〜60秒で見えるようにします。その後、PCBを水浴に入れて洗浄します。

2.7 プレセンシタイズドPCB - PCBエッチング

ここでは、PCBの感光性は最小限ではなくなり、自信を持って照明をオンにできます。その後、PCBの銅面を上向きにしてFeCl₃酸浴に慎重に入れ、優しく撹拌します。

溶液は反応を起こすために動いている必要があります。水浴の温度により20〜40分で、銅の表面積が溶解します。その直後にPCBを取り出し、別の水浴で洗い、乾燥させます。

2.8 プレセンシタイズドPCB - PCB洗浄

回路に付着した残りのレジンを除去する必要があります。しかし、それを容易にするには、PCBをアセトン浴にゆっくり入れると、アセトンが黄色く変わるのがわかります。

10〜20秒で、残りの銅が露出します。今度は、PCBを水に入れて優しく擦ります。

2.9 プレセンシタイズドPCB - PCB錫メッキ

錫メッキはオプションで、無視することもできます。それでも、コンポーネントをハンダ付けする際に役立ち、PCBを損傷する可能性のある腐食を防止できるため、行うべきです。

これを行うには、ほぼ完成したPCBを空の浴に入れ、塩化第二錫溶液を優しく振りかけます。

上記のステップが完了したら、あなたは単独で使用可能なプレセンシタイズドPCBを作成しました。

2.10 PCBドリル加工

垂直ドリルと0.8mmのドリルビットを組み合わせて、PCBのすべての穴をドリル加工してください。ただし、0.8mmドリルが通過する必要があるコンポーネントと比較して、やや不十分な場合がいくつかあります。

プレセンシタイズドPCB：設計・製造の決定版ガイド

上記のシナリオに遭遇した場合、全くパニックにならないでください。このようなケースは一般的です。コンポーネントが大きすぎて通らない場合、1.2mmのドリルビットがPCBの最初の穴を広げるのに役立ちます。ここでも注意が必要です。

プレセンシタイズドPCBのエッチング方法

PCBエッチングは、減算法PCBの化学処理において最も重要なステップの一つです。このプロセスは、望ましいまたは必要な回路パターンを達成するために銅を除去することで構成されます。PCBエッチングでは、以前のPCB製造工程で重要となるスズメッキによって保護されている回路を除き、すべての銅を除去する必要があります。

プレセンシタイズドPCBのエッチングは、あなたが想像する最も複雑な作業の一つになる可能性がありますが、実際にはあなたが想像するほど難しい作業ではありません。すべての材料を揃えたら、レイアウトを印刷し、回路レイアウトを印刷することから始めます。すべてが望み通りになることを確認するために、アセテートなどの透明材料に設計を書く必要がある場合があります。

アセテートへの印刷は、多くの人が好む普通のインクジェットプリンターではなく、レーザープリンターを使用して行う必要があります。アセテートへの印刷インクの良い点は、粘着せず、望ましくない結果をもたらさないことです。

レーザープリンターのトナーを使用しても問題ありません。しかし、自宅にレーザープリンターがない場合、最寄りのコピースタンドを探し、アセテートへのコピーについて問い合わせることができます。

フェリッククロライドなどのローカルエッチング溶液は、粉末または溶液の形で入手できます。現像液は粉末の形で、温水で溶解する必要があり、ここではユニバーサルPCB現像液が完成します。ほこりの場合も同じプロセスで現像液を使用し、完了すれば基板の準備が整います。

プレセンシタイズドPCB - UVフォトレジスト

紫外線フォトレジストは、ドライフィルム現像において最も重要な特徴の一つです。これはUV光によって開始または誘発される単純な化学反応であり、UV活性化フォトレジストという名前の由来です。

プロセス全体は、光感受性有機材料を使用して基板をコーティングすることから始まります。一般的に現像液として知られる溶剤が、表面に慎重に塗布されます。その後、パターン化された材料がゆっくり慎重に表面に塗布され、光を遮断します。これにより、PCBのマスクされていない領域のみが光に露出することが保証されます。

ポジティブフォトレジストの場合、光によって感光性材料が劣化します。現像液は光に露出した領域を溶解し、マスクがあった領域にコーティングを残します。しかし、ネガティブフォトレジストの場合、光によって感光性材料が強化されます。現像液は光に露出しなかった領域を溶解し、マスクが届かなかった領域にコーティングを残します。

多くのプレセンシタイズドPCBとその他のドライフィルム現像液は同じ原理を採用しています。基板は、暗室での保管中に安定し、UV光を経験するとそれに混合された活性化溶液に正に反応する、特定の青や類似の色合いの顔料インクでコーティングされます。反応により、インクがPCB上に完全に定着し、フォトレジストの役割を果たします。

プレセンシタイズドPCB - プレセンシタイズドPCBの利点

プレセンシタイズドPCBにはいくつかの利点があり、これが電子機器、装置、コンポーネントの多くのメーカーや生産者にとって完璧な選択肢となっています。プレセンシタイズドPCBの利点は以下の通りです。

プレセンシタイズドPCBはコンパクトで、大量のワイヤーを節約できます。複数の電流を運ぶケーブルの代わりに銅トラックによる部品間相互接続が特徴です。プレセンシタイズドPCBでは、相互接続が比較的かさばりません。
プレセンシタイズドPCBは、故障や破損した場合に簡単に修理できます。損傷時、プレセンシタイズドPCBは非常に簡単にチェックでき、その後、特定の故障コンポーネントを交換できます。プレセンシタイズドPCBの電子部品とその極性は、基板上で正しく設計され、明確にラベル付けされています。
従来型PCBは部品接続に多くの時間を要します。実装において多くの時間を節約できます。しかし、プレセンシタイズドPCBははるかに少ない時間で済むため、多くの人が好みます。
多くのプレセンシタイズドPCBは動きに対して免疫があります。十分に注意深ければ、プレセンシタイズドPCBのほとんどのコンポーネントが基板にしっかりと固定されていることに気づくでしょう。動きを許さないハンダを使用しているため、基板の動きに関わらず安定しています。
従来型PCBと比較して非常に信頼性が高いことで知られています。信頼性と性能の面では、プレセンシタイズドPCBは最高の結果を提供することで知られており、多くの電気メーカーが従来型PCBの代わりに使用することを好みます。