自作プリント基板に挑戦しました
2017/4/5 追記: 初挑戦だったのもあり、情報が不十分な箇所があります。この記事upの約1年後の追記にて補足していますので、こちらもご覧ください。
もう4月も終わりで、環境が新しくなった方はそろそろ慣れ始めてきた頃でしょうか。
先週の基本情報技術者試験が終わってからはRasPiのリモート接続設定や基板作りをやってました。今回は自作プリント基板の方について書きたいと思います。
今回、私が用いた材料・道具は以下のものになります。( )のなかに適宜、購入元を書いています。
- クエン酸(100均)
- オキシドール(Amazon)
- 食塩
- アセトン(Amazon)
- レーザープリンタで印刷した基板のパターン(ファミマ)
- 水
- お湯
- 生基板(Amazon)
- アルミ箔
- コピー用紙1枚
- アイロン 又は ラミネーター
- 割り箸
- (アイロン台)
- (使わなくなったスプーン)
- (ピンセット)
- (プラスチック板カッター)
さて、次は手順です。
１. 基板データ作り・印刷
私はPCB-CADにKicadを使っているので、今回もKicadで基板データを作りました。
ここらへんは個人で異なると思いますが、印刷してスキャン、ペイントソフトで白黒反転、修正しました。もっと効率のいい方法があると思いますので、他の方法を知りたい方はCADソフトに詳しいお方の方法を参考にするといいと思います。
反転後、修正がてら失敗した時用に多く作っておきました。
できたパターンデータを近くのコンビニやらスーパーやらのレーザープリンタで印刷してきます。家にレーザープリンタがあるなら、それを使ってもいいかもしれません。インクジェットではできないので注意です。
2.基板カット・パターン転写
生基板から作りたい基板のサイズに合わせてカットします。
私はプラスチック板カッターでカットしましたが、シャー(工具)などがある方は切断しやすい方でやりましょう。もちろん、その過程で表面の銅箔を削ったら元も子もないですが...笑
ここで、水にクエン酸を混ぜた水溶液で基板を洗浄します。
写真では金属スプーンを使っていますが、混ぜる時や基板をつける時は割り箸を使った方がいいです。
水溶液は大量に作らなくても、基板が浸かる程度で十分です。この液に10円玉を入れると綺麗になったりします(笑)
基板が綺麗になったら、印刷した基板のパターン(以下、転写紙)を水につけて、印刷側と銅箔側を貼り付けます。転写紙は濡れた状態で構いません。
続いて転写です。アイロンを最高温に設定しましょう。アイロン台に基板、その上にコピー用紙を乗せてアイロン掛けします。コピー用紙をめくってみて、転写紙が白く乾いていたら基板をコピー用紙の上に置いて、直接アイロン掛けします。少し圧をかけて、数十秒アイロン掛けします。
少し冷ましてピンセットで基板をつまんで水につけ、またアイロン掛けの工程を繰り返します。私はこれを3回繰り返しました。
転写はラミネーターでもできます。基板の温度が80〜90℃で4〜5回圧着をかけるといいようです。
終わったら基板をしばらく水につけておきます。転写紙の紙の部分がふやけるくらいまでつけたら、紙の部分を指の腹で剥がしていきます。ちゃんと転写できていたら、少々強めに剥がしに行っても印刷部分は剥がれないと思います。エッチング(銅箔を溶かす)部分が露出するくらい剥がれたら、次の工程に移ります。
回路パターンの貼り付けがうまくいってなかった場合は、4.の工程で転写紙を剥がしてもう一度 2.からです。
3.エッチング
第二塩化鉄を用いた方法もあるので、それについては下の方へ...
ここではクエン酸式について説明します。
オキシドールとクエン酸、食塩が25:5:1くらいになるように取って容器の中に入れ、混ぜていきます。
十分に混ざったら、大きい容器に沸かしたお湯を入れ、その中にエッチング液を入れた容器を浮かせます。そして2.で作った基板をエッチング液に投入します。
コポコポと基板の表面に泡が出てきて、しばらくすると容器の底が青っぽくなってくると思います。
この時、ときどき基板を引き上げて光にかざし、どれだけエッチングできたか確認しながらやるといいと思います。私はおよそ15分くらいのエッチングでした。
エッチングできたところは光が透過されています。これでだいたいパターン通りになってたら引き上げていいと思います。そして次の工程に移ります。
4.トナー落とし・後処理
基板に残ったトナーを落とします。私はアセトンを使いましたが、ワッカーシンナー、紙やすりでもできます。アセトンはガラスやポリプロピレンの容器に入れて使用した方がいいです。
アセトンの中でゆすいでも剥がれなかったら、取り出してピンセットや布で剥がしちゃいましょう。
トナーを剥がせたら、自作プリント基板の完成です！
わたしが作った基板はこんな大きさでした。結構細かいのでもいけちゃいました。
続いて後処理です。アセトンは新聞紙などに染み込ませて可燃ごみ行きです。エッチング液はアルミ箔を入れて処理します。この時に熱が発生するので、大きい容器に冷水を入れて、その中に浮かべて反応させましょう。
反応が終わると赤っぽいふにゃふにゃした物体が浮いてます。銅が析出されています。ここからは結構時間がかかります。中の液体が透明になるまで置いておきましょう。大丈夫そうなら中性かと銅が溶けていないかを銅イオン試験紙で確認して、銅をろ過して排水します。
基板作りの工程としては以上です。あとは穴あけ、部品実装になりますが、ここでは省きます。
実は今回の基板作りは2回ほど失敗しています。
なにせ初めてでしたので笑
一回目が右側、二回目が左側です。二日目の3回目で成功しました。
成功品と出来栄えを比べると全然違いますね。
今回のプリント基板の自作において、以下のページ、動画を参考にさせていただきました。そして、工作工房さん(@kousakukoubou)にご丁寧にアドバイスをいただきました。この場を借りて感謝申し上げます。
A's LabⅡ : プリント基板を自宅で安く簡単に自作しよう（作り方）
↑こちらではエッチング液に第二塩化鉄を用いています。
トナー熱転写式プリント基板制作 by suzukitti ニコニコ技術部/動画 - ニコニコ動画
↑こちらでは転写紙に妙楽堂の転写紙を用いています。また、印刷方法から丁寧に解説されています。エッチングにはクエン酸式を用いています。
エッチングの仕上がり具合ではクエン酸<第二塩化鉄のようです。また妙楽堂の転写紙とともに作り比べてみたいと思います。
さて、これからできた基板に部品をはんだ付けしていきます。できたらまたTwitterに上げます。これで思う存分SMDの実装もできると思うと楽しみです(笑)
何かおかしいところや質問等あれば是非受付けるつもりなので、お気軽にどうぞ。
Amazonで購入したものについてはリンクを貼っておきます。
それでは次の更新まで。そして素敵なGWを。
See you again!
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基本情報技術者試験を受けに行った話
お久しぶりです。初めての方ははじめまして。
さて、この日曜日(4/17)に基本情報技術者試験を受けに行ったわけですが...
正直不安です...(- - ;)
怖くて解答見てません...笑
もう少しバリエーション多く問題を解いておけばよかったなあとか、もう少し詰めておけばよかったなあなど、いくつか反省点はあります。
特に午前問題。
過去問をやっていると順調に解けている印象だったんですが、いざ本番では覚えていない単語が出てきたりして、焦って解ける問題が解けないと勘違いしてしまう(問題を一巡した後に解けました)ということもありました。やっぱり演習と本番は違います。
午後問題は問題文を冷静に読んでいけば解ける問題ばかりだったので、C言語の関数を1つど忘れしてしまったこと以外は、あまり大きな失敗はなかったように思います。
ちなみに今期(H28.春)の問題と解答はこのページから見ることができます。
IPA 独立行政法人 情報処理推進機構：問題冊子・配点割合・解答例・採点講評（2016、平成28年）
お粗末な私の問題の感想はここまでとして、当日の流れを書いていきたいと思います。
○午前問題まで
まず、朝は7時くらいに起きて、眠気の残る目をこすって朝ご飯を食べて8時10分くらいに家を出ました。
高松の会場は香川大学の教育学部で、自転車で行きました。ガードマンや試験係員の方がけっこう居て、門前には「情報処理技術者試験会場」と大きな張り紙(だったっけ)が貼られてました。試験部屋までのいくつかの場所に係員の方が居て、親切に会場の場所を教えていただきました。
（この試験会場に行くまでで、朝起きることができずにけっこう落ちる人がいるらしいです。確かに、受験番号が貼られている席にもいくつか空席がありました。）
試験部屋は受験番号をもとに割り振られていて、基本情報(FE)の何番とかで決められていました。
部屋に入ると、黒板には着席場所や諸注意が書かれていて、見回すと高齢の方一人がすでに着席していました。
そこからはぞろぞろと受験者が入ってくるのをちらちら見ながら単語を見直していました。集合時間が近づくと試験監督と補助員の人が入って、部屋をぐるぐる回りながら事前注意をしたり、試験の準備を始めていました。
試験開始前20分(9時10分)、試験監督からの諸注意と連絡事項が口頭で述べられ、問題が配られ始めました。そしてそこから試験開始までの時間が長いことです。ただ問題用紙の表紙を眺めるか、黒板の方を見るだけしかできません。プレッシャーで精神がすでに削られてましたね...笑
○昼食、そして午後問題
試験開始前以上に精神を削らせて午前問題終了。早く終わった方はすでに何人か退室していました。12時10分くらいに部屋を一旦出て、一階のフロアで昼食。午後問題の集合時間が12時40分で特にフロアに居続ける理由もなかったので、部屋に戻って軽く復習をしていました。
12時40分に、また試験監督の方が入ってきて諸注意、退出可能時間等の連絡をして、問題が配られました。ここでまた約20分の精神圧縮に耐えました。13時に試験監督の声を聞いて鉛筆を手に取りました。
午後問題も終了すると(すでに何人かは帰っていましたが)試験監督の方が枚数を数えて退出の号令を唱え、精神修行の時間は終わりました。あとはもう自転車で帰路に着くのみでした。
終わった後は心の疲れが体にどっと来てましたね...笑
受験前は半年に一回の受験が少ないと思っていましたが(高度試験は一年に一回)、あんな体験は半年に一回で十分だと思いました(笑)
結果はあと一ヶ月もしないうちに発表になります(解答内容と答えを見比べたら合否はわかりますが(笑))ので、心して待ちたいと思います。
ちなみに余談ですが、とある試験会場では女子校での受験だったようで、一時的に男子用トイレになっていた女子トイレに男性が行列を作っていたそうです。(笑)
これからはまたMaker活動に戻るつもりです。
それでは次の更新まで。
See you again!
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春休みにやったことまとめ
最近、基本情報技術者試験の勉強の気晴らしに回路やプログラムを作って実験をしています。
後輩に頼まれたのもあって、今回はその内容を公開することにしました。
○Kicadで回路データ作り
中ロボ*1が終了して、まず考えたのは表面実装基板(SMD基板)を作ることでした。
以前にKicadに興味を持ち、手持ちのMacにインストールしていたので、一度チュートリアルということで簡単な基板をデータとして作ってみました。
制作にはこちらのページを参考にしましたので、詳しくはこちらをご覧ください。
そしてできた基板データがこちらです。
実際に出力できたらいいんですが、ガーバーデータの出力方法は分かっても発注するお金も、制作する環境もなかったので、データまでにしました。
でもつい先日、レーザープリンタで格安に基板を制作する方法を見つけたので、今年中にその環境を整えていきたいなと思っています。
Kicadを使ってみた感想としては、想像していたよりも使いやすかったです。部活の方ではJW-CADを使っていたのですが、Kicadでは回路図から部品の実装データを自動で生成してくれるので、パターンの配置も楽でした。
そのうち高密度の基板も制作してみたいと思います。
○サーボモータ駆動
Kicadでの基板データ制作の次はサーボモータの駆動実験をしました。
実験には下のページを参考にしました。
プログラムは以下の通りです。
/******************************/
/*** Servo Move Program ***/
/******************************/
int val = 0;
int add = 6;
#include ＜servo.h＞
Servo myservo;
void setup(){
myservo.attach(9);
}
void loop(){
myservo.write(val);
delay(1000);
val = val + add;
myservo.write(val);
delay(1000);
if(val>89){
val = 0;
}
}
回路はリンクの参考ページの通りです。サーボモータはトルクが強いですね。調べてみたら、速度に関係なくトルクが一定らしいです。通りでロボットアームに使われるわけだ。
○圧電スピーカーで音楽演奏実験
YouTubeにも動画をあげていますが、圧電スピーカーで「OnlyMyRailgun」を演奏してみました。
Twitterでも言っていましたが、圧電スピーカーの前にどれだけ抵抗を置いても、音の大きさがなかなか変わりませんでした。これは圧電スピーカーが電流駆動ではなく電圧駆動であることを表していると思います。電力をあまり消費せずに十分に機能を発揮するというのは部品としては素晴らしい。
GitHubに「OnlyMyRailgun演奏」で作ったプログラムを上げています。自由に使っていただいて構いません。
https://github.com/yagiyums/OMR_Music
あと、これの制作しながら、音楽を作るのはやっぱり楽しいなと思いました。また時間があったら、電子工作オーケストラとか作って演奏してみたいです。
○HDD駆動実験
実はこれ、まだうまくいってません(笑)(円盤が回らずに震えるだけでした)
なので参考ページのリンクと実験の風景だけにしときます。
動作原理やらハーフブリッジってなんぞやってことは上のリンクにわかりやすく載っているのでそちらを参照してください。
本当はHDDの3相ブラシレスモータとプラッタ円盤を取りたかったんですが、ねじが潰れてしまって簡単に取れなくなってしまいました(笑)
もう一度駆動に挑戦したら、回転ステージとして使いたいです。
○ドア自動開閉システム
これに関してはまだ途中です。進捗とかはTwitterに時々上げてます。
自動ドア閉扉の動画
— やぎ湯@発展途上のMaker (@yagiyums) 2016年3月22日
自動のシステムはこれから pic.twitter.com/yEA8EcvawO
開く時の糸巻きとりのためのソレノイド設置
— やぎ湯@発展途上のMaker (@yagiyums) 2016年3月25日
今日はここまでにして、次からは回路作ります pic.twitter.com/4hT2znf8xh
https://twitter.com/yagiyums/status/713773060407427072
現在はKicadで回路図を作っています。実際に動いたらまたTwitterやこちらに上げます。
できればニコ動に動画も上げたいですね。
メール通知機に関しては、基本情報技術者試験が終了したらまたプログラムを作っていきたいと思っています。
いろいろ作りすぎてますが、マイペースに活動していきます(笑)
それでは、次の更新まで。
See you again!
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