A's LabⅡ

アスラボと読みます。ロボトレースやマイクロマウスの大会に向けて、機体の構造設計・回路設計・基板設計・プログラミングを中心に行っています。趣味のパワーエレクトロニクス系では、テスラコイルやコイルガンなどを製作・評価・改善を繰り返しています。興味を持って頂ければ幸いです。アドバイスや感想などございましたらコメント欄にお願いします。

August 2014

プリント基板を自宅で安く簡単に自作しよう(作り方)

夏休みも終盤ですね。今年は色々あって夏休みのような感じが全くありませんでしたけどね。大学に行ったらもう少し楽なんだろうなと考えているHaidoです。

今回は前回のおまけで言っていたプリント基板の自作についてどこのブログよりも詳しく書いていこうと思います。(H27.1.26追記:プリント基板を海外の業者に発注するやり方はこちらの記事にまとめましたので参考にどうぞ)

まずは基板設計です。 それは前回の記事で書いたのでそちらを見てください。
前回の記事にちょっと追記ですが、一枚だけで印刷するのは何か勿体無い感じがあるのでEagleの制限の範囲まで基板を詰め込みましょう。そうすると転写で失敗した時とかに再印刷する手間が省けるので最低でも2枚は欲しいですね。今回始めてだったので同じ基板を大量に準備しておきました。この様に大量に基板を複製するときは、レイヤーを全て表示する設定にして、基板を選択、コピーして複製します。この時、回路図にリンクされてるとエラーが起きるので、回路図はDeleteするか新しいフォルダを作成してボードデータのみを入れ、そこで作業すれば複製できます。詳しいやり方は動画じゃないと説明できません。わからないことがあったらコメントください。
BvaFaSYCMAE5RZH
これは表の面ですね。後ほど反転して印刷しました。

生基板についてですが、私はヤフオクで2kg落としてしまいましたw
BvZE2-UCAAAB6tu
ヤフオクでずーっと狙ってるのが面倒だという人はアマゾンなどでも生基板が購入できます。リンクを張っておきました。私自身もこれだけあると使い切れないので、声をかけてくれれば格安で販売します。(なくなり次第終了)

次にすることは基板データの印刷です。 必ずレーザープリンターを使用してください。インクジェットプリンターで印刷してもなにも起きないので気をつけましょう。
ちなみに私が今回使用した紙(転写紙) はこれです。
BwG_6aRCQAAXI1d
amazonで400円くらいで売っていて送料は無料でした。

これは一見普通のコピー用紙に見えますが、普通紙よりもきめが細かく凹凸がないように感じます。(手触り)
ちょっといい紙使いたいときにでもあるといいと思います。

私はレーザープリンターを持っていないので学校のをお借りしました。電気科パソコン室で印刷してきました。

個人でプリント基板対応のレーザープリンタを買うならこのプリンターが安くていい感じだと思います。


そして印刷してICの脚を合わせてみたら唖然としました。
Bv56LerCYAAIgS3
まさかのサイズがちょっと違う!?wwww

どうやら余白を印刷の設定が勝手に変更しちゃったようです。そこを修正してもう一度印刷したら成功しました。このこと書いてあるサイトは見たことがないので意外とやってみて悩んでる人多いんじゃないかな?
IMG_20140828_135741
こちらはばっちりです。

次は基板のカットですがこれは写真を撮り忘れました。学校の工作機械(名称忘れた)でスパスパ切断していきます。
IMG_20140821_133913 (2)

そしたら基板をクエン酸で洗浄しましょう。水に溶けるだけクエン酸を溶かして飽和レベルまでもっていってください。
これが最初
IMG_20140828_150033

液に入れるととてもピカピカになります。
BwGz0wbCYAACErJ

この液は捨てずにとっておきましょう。また使えます。というか母に取られましたね。10円と5円もピカピカになるということを言ったばっかりに。。。いや、思ってる以上にピカピカになるんですよそれがw
IMG_20140828_154359

続いて転写です。まずはアイロンを一番高温になる設定にしておきましょう。その間に基板の準備です。転写紙と基板を貼り合わせて水で濡らして密着させます。この時に位置をしっかり合わせておきましょう。動かせるのは今だけです。水滴のように乗っている水は拭き取って、紙が湿ってるような状態で転写していきます。まず耐熱の本や板を置き、その上に基板・転写紙、適当なコピー用紙の順番で置いていきます。まずはコピー用紙を当ててアイロンがけしていきます。ちょっとアイロンがけするとコピー用紙が濡れるので、ちょっと場所を変えて水を蒸発させる感じで掛けていきましょう。
コピー用紙を外してみて、基板全体が白く乾燥してるようなら今度はコピー用紙を基板の下に入れてアイロンがけしていきます。1分から2分ほどでしょうか。ずっと当てるのではなく円を描くように転写しましょう。ここで圧を加えたほうがいいという人もいますが、私はそんなに圧を加えずにやりました。(ちょっとは加える)そのほうが転写紙に優しい気がします。そして一度冷まします。手で持てるくらいになったら冷水に着けます。そしてさらに密着させるようにし、もう一度アイロンの工程を1回ループします。そうすることで成功率が上がるのではないかと自分で思っています。(自分で編み出したし比較してない)この転写工程がプリント基板で一番難しい所らしいですが、私は一度も失敗しませんでした。 確実に成功する方法はラミネーターを使うといいらしいですね。5回ほど潜らせばいいそうです。

そしてまた触れる程度に冷めたら水に数分漬けて転写紙をふやかします。
BwG9pusCUAEDhaX
指の腹でゴシゴシ落としていきます。結構力を入れてもトナーは剥がれないので心配せず。IMG_20140828_162949

剥がれるようならアセトン(マニキュアの除光液)やラッカーシンナー、紙やすりなどでトナーは落とせるのでそこまでビビる必要はありません。
BwG_a8GCIAAtlHh
完全に落とせたなと思ったら一度乾燥させてみましょう。

BwHBu26CYAEaH2q
意外と残ってますね。トナーの部分に紙が残ってるのは別にいいのですが、溶かす銅の部分に紙が残ってるとうまく腐食されないので念入りにしましょう。
一度乾燥させてまた水に入れるとさっきは取れなかった部分が取れていきます。
BwHHDofCQAMtpjw
こんな感じになればOKです。

ここまで来たらエッチングです。塩化第二鉄をポリ袋に入れてその中にさっきの基板を放り込みます。そして温度を40℃程度になるようにすると反応が早くなります。大体20分ほどですかね。ゲームをしながら待ちましょう。何度が揉んで腐食液を均等な濃度にすると反応が早くなります。あまりやりすぎるとパターンが切れるらしいので程々に。さっきの指とは違うことを忘れずに。

腐食液(塩化第二鉄液)にはこちらのエッチング液を使用しました。基板のエッチング専用でないものもありますが、濃度が違うとエッチングされないので、専用を買っておけば間違いないかと。
BwIM4cvCIAEkctN
なんか周りのお湯が茶色いですね。ポリ袋に穴があったみたいです。秋月の電子部品が入っていた袋を使ったのが間違いでした。キッチンに行けば分厚いいいのがあったのに。

この液には重曹を投下し放置します。
IMG_20140828_232228

すると腐食液が下に沈んでいくので、綺麗な部分は外に放置して自然に蒸発するのを待ち、塩化第二鉄の部分は新聞紙に吸い取らせて日光に照らして余分な水分を蒸発させてから燃えないゴミに捨てます。
IMG_20140828_230351

塩化第二鉄を水道に流して痛い目を見るのは自分ですよ。

エッチングが終了した基板を蛍光灯に当てて見てみましょう。
IMG_20140829_002811
うーん・・・
文字の削れがある。それに転写紙が残ってたのがエッチングが進まない部分があったようです。というかベタアースの距離が近すぎた。要修正。
他の基板のはベタアース部分がちょっと残念なことになったものの、いい動作はするだろってことなので画像は省略します。

次はトナーを落とす工程に入りましょう。さっき言ったアセトン(マニキュアの除光液)やラッカーシンナー、紙やすりなどで落とします。簡単です。
Bwb4erFCUAA0GFE
250mlと400mlでどっち買うか迷いましたが100円しか変わらなかったので400mlにしました。

最後は穴あけです。小さめの基板用のボール盤があるととても捗ります。お金を掛けたくない人は100均のピンバイスでも購入してください。
BwnJ0FcCMAA7kQ3
こんな感じになります。ドリルは学校にあった一番細い1.0mmを使用しましたが、それでもまだ太かったみたいです。ハンダ付けがめちゃくちゃ難しそうな部分ありますね。twitterでは「ドリルは標準0.4mm」「細いやつで0.2mm」とwataさん。「ドリルはいつも0.8mm使ってる」と雑追K。0.4mmって結構細いですよね。手元にあったエナメル線見てみても加工精度高くないと難しそう・・・ということで0.6mmくらいのを求めて100均に行ってみたのですが1.5mm以下のドリルが売っていなかった。。。ネットで調べると売ってるみたいなのでほかの店も回ってみようと思います。ピンバイス形式になってたら持ち手部分切断してボール盤にくっつければいいだけだしw

穴あけが終わったらフラックスを前面に塗って酸化予防します。レジストでもいいですが、部品の部分をマスキングしたりするのが面倒なのでフラックスを使います。フラックスを塗った基板も長時間放置すると腐食していきますが、何もしないよりかはマシです。

さて、いよいよ実装です。

プリント基板の配線過程なんて見ても面白くないと思うので全部飛ばして完成。
IMG_20140907_012210
周りの余分なところはネジを開ける部分で残してあるだけで、部品のところだけで考えるとなんと30*30のSSTC制御基板です。この密集度は最高です。今使ってるSSTC制御基板はというと・・・
BwTyLWyCAAEmrVy
フィードバック用のCTに落雷して死にました。テスラの高電圧使って色々実験してたらね。直すより新しく作ったほうが早いというのもプリント基板のいいところ(?)


こんな感じでプリント基板が完成しました。初めてだったので丸一日分くらいの時間持ってかれてると思います。このプリント基板製作に投資した金額は全部で三千円も掛かってません。これで基板2kg分作れると思ったらユニバーサル基板の出番はなくなりそうですね。とても簡単な回路なら手で組んでもちょっと複雑だとEagle走らせたほうが断然早い。2回目は今回の1/5くらいの時間でできそうなきがする。いろいろ手探りな点が多かった。

という私の覚書メモでしたっと。長文読んでくれた方ありがとね。コメントくれると今後の更新にも力はいるからよろしく。 プリント基板の委託・販売も考えてるからそちらもよろしく。現在は受け付けておりません。

追記
Bw25EhQCcAEw6cd
右が人生初で左が5枚目のプリント基板。かなりコツ掴みましたね。最初はエッチングの時間とか分からずに適当にやってましたが5枚目にもなると「この辺かな?」という勘が鍛えられます。みなさんも頑張ってね。

AVRマイコンの開発環境を整えよう

やっと忙しい日々から少しだけ解放されたHaidoです。

今回はAVRマイコンの開発環境を整えました。
IMG_20140816_222255 (2)
ライタは AVRISP mkIIを使っています。これ自体は去年から買ってあったのですが、うまいこと書き込めずにずーっとお蔵入りしてました。この間行われたものづくりコンテスト電子回路組立部門でC言語を必死に勉強したので、やっぱりその知識を捨てるのは勿体ない気がしますね。それで埃をかぶってたライタを取り出してきて開発環境を整えようと頑張ってみました。開発環境を整えるのは他のサイトを参照してください。

そうこうしてるうちにどんどん時間が奪われていくので金魚氏に相談してみることに。親切に教えてくださってありがとうございます。 でも結局書き込めなかった原因はもっと根本的な部分にあることが分かりました。新規プロジェクトの設定の選択ミスと言う情けない部分で動作しないと悩んでたのでした。


やっとマイコンの開発環境が整ったので更に知識を身に着けていきたいですね。
参考までに私の動作環境とサンプルプログラムの公開でもしておきましょうか。
OS:windows8.1
使用ソフト:AVRstudio バージョン6.2(8/16現在の最新版)
マイコン:ATmega328P,ATTINY13A

プログラムは動画に出てくる下ボードの2つのLEDが交互に点滅するプログラムを載せておきます。
上のランダムにLEDが止まるプログラムは動画に出てくるのでやりたい人はそれをみて理解してください。あまりブログをソースで埋め尽くすのは好きじゃないのでご協力を。欲しい人はコメント欄にでも書いてください。個別に対応します。

/*
 * GccApplication1.c
 *
 * Created: 2014/08/16 2:25:27
 *  Author: Haido
 */ 

/*
*【接続】
*B0にLED
*B1にLED
*【動作】
*LEDが0.5sで交互に点灯・消灯を繰り返す
*/

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main (void){
DDRB = 0xFF;  //ポートB出力
PORTB = 0x00;  //ポートB初期化
while (1){
PORTB = 0b000001;
_delay_ms(500);
PORTB = 0b000010;
_delay_ms(500);
}
return 0;
}

これは外部入力もないし単純で簡単な回路ですね。ライタの動作確認には持って来いのプログラムと言ってもいいでしょう。 

次はLCDに挑戦してみました。
BvOiFPLCMAEbzkQ
いい感じですね。ライブラリ使わずに全てプログラミングしてます。ポインタ使って入力も楽な仕様。

BvOk1F5CUAApSke
バックライトつけると結構いい感じになりました。1/8Wの抵抗を表面実装部分にはんだ付けするのにちょっと手こずりしたね。

BvUsg2-CEAEfyWm
更に7segの制御なのですが、ブレッドボードが小さすぎて接続できず諦めました。画像はただ光らせてるだけ。プリント基板の製作環境が整ったらこういった学習が手軽にできるボードも作りたいですね。これくらいは手配線でも大丈夫ですが。

その他サーボ等制御しましたが写真載せても地味なので省略します。こちらは割り込み処理を行う方式を使っているので色々なプログラムに組み込めそうです。

マイコンが使えるようになると電子工作の幅が思いっきり広がりますね。今までアナログ回路で面倒な回路を組んでいたのがマイコン一つでできちゃうものもあります。それにC言語の使い道はマイコンだけでなく、様々なところで通用する言語なのでやって損はありません。(大雑把な言い方にして逃げてる)

マイコンの進捗はこんな感じです。

【おまけ】
次回予告的な感じになるのかと。
現在プリント基板を自作する環境も整えています。現在届いているものは、転写に使う マット仕上げのA4コピー用紙・塩化第二鉄(腐食液)の2つです。この二つは両方とも送料手数料無料で合計700円程です。あとは生基板の到着を待つのみ。18日までお盆休みで、振り込みを確認したら発送するとのこと。それまでに基板のパターンを印刷しておきたいですね。月曜日学校行くのでその時に部室のレーザープリンター使って出力しちゃいましょう。またこれは一つの記事としてまとめるのでお待ちを。
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