自作PCB入門：ホームメイドプリント基板の初心者ガイド

現代のプリント基板（PCB）は、今日のテクノロジーの生命線です。何らかの形でPCBを持たない電子機器を見つけることはほぼ不可能です。プロのPCBメーカーが高品質なプリント基板を製造するには専門知識が必要ですが、ご自宅で独自のホームメイドPCBを作成できます。以下のガイドではその方法を紹介します。

ホームメイドPCB - プリント基板とは？

コンポーネント付きプリント基板の画像

プリント基板は20世紀後半に広く普及しました。それ以前は、メーカーが家電製品のコンポーネントをワイヤーで直接接続していました。そのため、配線は無秩序で乱雑でした。PCBの作成はこの問題を解決することを目的としていました。

本質的に、PCBはガラス繊維の平らな断片を通る埋め込みワイヤーの集合体です。それがどう機能するか理解するには、ファブリケーターがどのように作成するかを知る必要があります。

製造プロセスでは、メーカーがガラス繊維のスライスを重ね、化学樹脂で処理します。樹脂がそれらを結合させます。

次に、メーカーはガラス繊維スラブの両面に銅層を適用します。その後、フォトレジストを適用します。メーカーは基板上のトレースと一致するPCBレイアウトパターンをエッチングします。その後、UVライトで基板を硬化・乾燥させます。

完全組み立て後のプリント基板がリフロー炉へ移動

次に、メーカーは温水で基板を洗浄し、露出部分を洗い流し、銅のトラックを残します。これらのトラックは、銅エッチングプロセス後のPCBの外観の基盤として機能します。

基板の仕様と設計に応じて、メーカーは取り付け穴、スルーホール、ビアホールをコンポーネントと接続のためにドリル加工します。

それでも、PCBは基板上の電気接続の集合体に過ぎないため、シンプルなものを作るのに特別な製造プロセスは必要ありません。残りのガイドでその方法を紹介します。

ホームメイドPCB - 自宅でPCBを作る方法

3枚の銅プリント基板のコレクション

このセクションでは、自宅で独自のDIY PCBを作る方法を説明します。必要な材料のリストを掲載しています。しかし、私たちの見積もりでは、必要な最も重要なコンポーネントはPCB設計ソフトウェアです。幸いなことに、回路設計の作成を助ける優れたオープンソース設計ソフトウェアが多数あります。それには以下が含まれます：

• Autodesk Eagle
• KiCad
• Fritzing
• DesignSpark PCB
• ExpressPCB
• PCBWizard

これらのツールにはそれぞれチュートリアルとドキュメントがあり、PCBレイアウトの設計方法を学ぶのに役立ちます。希望のPCB設計を作成して印刷したら、このガイドの残りの手順に進めます。

プリント基板のスケッチ

ホームメイドPCB - 必要なツールと材料

• 光沢印刷された古い雑誌紙や広告パンフレット
• 古い新聞紙
• レーザープリンターまたはインクジェットプリンター
• 衣類用スチームアイロン
• 銅張積層板
• 塩化第二鉄粉末溶液（FeCl3エッチング液）
• 食器洗いスクラブ/スチールウール
• アセトン（除光液/シンナー）
• ゴム手袋
• プラスチック箱/プラスチック容器
• ティースプーン
• PVCワイヤー
• A4フォト/光沢紙
• サンドペーパー
• 黒色永久マーカー
• カッターナイフ
• サンドペーパー
• ペーパータオル1ロール
• 脱脂綿
• 透明テープ
• 茶色の紙
• オーブンミット

手順

このチュートリアルでは、シンプルにすることにしました。555タイマーチップに接続するPCBを作成します。したがって、独自のタッチスイッチを開発または統合できるようになります。このセクションの手順を進める前に、すべての材料とツールがあることを確認してください。

チップと回路基板のセットのコレクション

ホームメイドPCB - ステップ1

推奨PCB設計ソフトウェアツールのいずれかで作成したPCBレイアウトをインクジェットまたはレーザープリンターで印刷します。黒/グレースケールで印刷されることを確認してください。PCB設計ソフトウェアとプリンタードライバーの設定で設定できます。

また、ミラー印刷であることを確認してください。さらに、フォト用紙の光沢面に印刷する必要があります。印刷後、記事からデザインを切り出します。

PCBレイアウト印刷

ホームメイドPCB - ステップ2

カッターを使用して銅張積層板から正方形のピースを切り出します。切断時は、印刷されたPCBレイアウトをサイズの参考にしてください。

ホームメイドPCB - ステップ3

スチールウールまたはキッチンスクラブを使用して、切り出した積層板の銅側をこすり、上部の酸化層とフォトレジスト層を除去します。これにより、PCBレイアウト設計を銅に貼り付けやすくなります。

ホームメイドPCB - ステップ4

印刷されたPCBレイアウトを処理された銅積層板の上部（最終的なPCBとして機能）に転写します。用紙の光沢部分が下向きになり、銅積層板の側面と整列していることを確認してください。

ホームメイドPCB - ステップ5

次に、茶色の紙を銅ピースと印刷されたデザイン用紙の上に置きます。茶色の紙を保護として、デザインを銅ピースにアイロンで押し付けます。このとき、以下を確認してください：

• 平らな木製または花崗岩の表面を使用している
• アイロンはスチーム設定ではない
• 一定の圧力をかけながらゆっくりアイロンをかける
• 銅基板が固定されている - ペンチを使用可能

衣類用スチームアイロン。最大温度になるまで温める

適切に行えば、転写プロセス全体に1時間かかります。しかし、アイロンの使用に抵抗がある場合は、鉛筆と黒色永久マーカーを使用してデザインを銅面に転写することもできます。

ステップ6

オーブンミットを使用して銅ピースをボウル、シンク、またはぬるま湯の入った容器に移します。次に、10分間水に浸したままにします。最後に、用紙を銅から優しく分離します。最も効果的な方法は、低い角度で用紙を銅から剥がすことです。

場合によっては、デザインが銅面に完全に現れないことがあります。その場合、黒色永久マーカーを使用して欠落している線を埋める必要があります。

ステップ7

次に、プレートをエッチングする必要があります。ゴム手袋を着用し、床、机、カウンターを茶色の紙や新聞紙で覆います。これにより、エッチング液でそれらを汚さないようにします。

プラスチック容器または箱に水を入れ、塩化第二鉄粉末を小さじ3杯入れます。慎重にかき混ぜて溶液を溶かします。次に、PCB（銅ピース）を溶液に30分間浸すか、プロセスが銅を露出させるまで浸します。

ペンチを使用してエッチングプロセスが完了したか確認します。最終製品から不要な銅が除去されているはずです。

ステップ8

PCBをエッチングしたら、残りの塩化第二鉄溶液を希釈し、慎重に廃棄します。排水溝やトイレに流さないでください。配管やパイプを損傷する可能性があります。可能であれば、お住まいの地域の有害化学物質回収サービスに連絡してください。

綿毛にアセトン（除光液）を数滴垂らし、PCB上のインク/トナーを拭き取って銅レイアウトを露出させます。次に、温水でPCBを丁寧に洗浄・すすぎ、ペーパータオルで乾燥させます。

最後に、サンドペーパーでPCBのエッジをトリミングし滑らかにします。マイクロ電動ドリルでスルーホールを作成できます。あるいは、電子部品を直接PCBにはんだ付けすることもできます。PCBをより伝統的な外観にしたい場合は、緑または赤のUV硬化はんだレジスト塗料を購入できます。

これが完了したら、作業エリアを片付けるだけで、立派なホームメイドPCBの完成です。

コンポーネントなしのプリント基板

結論

ブレッドボードは基礎を学ぶ際に最適です。しかし、より複雑なプロジェクトでは、実際にはんだ付け可能なPCBの方が優れていることがわかります。それでも、このガイドをお楽しみいただけたことを願っています。PCB製造プロセスについてさらに学びたい場合は、当社ウェブサイトの他のページをご覧ください。いつもお読みいただき、ありがとうございます。