SFC デザイン言語WS（電子工作）第11回「基盤制作」

Makoto Hirahara
第11回基盤制作
6.26 2015
DIY ELECTRONICS
デザイン言語ワークショップ(電子工作)

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今日の内容
• 回路の制作手段
• プリント基板
• CNC切削
• 導電糸
• 導電インク
• 銅箔テープ

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回路を作る方法
ブレッドボード
電子部品やジャンパ線を差し込むだけで電子回路を組む
ことができる試作用の基板。
空中配線
部品同士を直接半田付けして回路を作り、同時に構造体
としても機能させる。
ユニバーサル基板
あらかじめランドがグリッド状に配置されたもの。台座
の素材の違いで、紙フェノール、ガラスエポキシがある。

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プリント基板
基板表面の銅箔を薬品によって溶かし回路を作る。
http://www.sunhayato.co.jp/PPCB/

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CNC切削
回路パターンからCNCの切削データを作成。生基板の銅箔だけを削りパターン
を作る。

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導電糸
ステンレスを繊維状にしてできた電気を通す糸。縫ったり、
結んだりして回路を作れるので、電子手芸で使用される。
導電インク
カーボン・銀など導電性の物質と溶剤を混ぜたもの。
書いた線がそのまま回路になる。
銅箔テープ
薄く伸ばした銅に導電性の接着剤が塗布されたもの。
回路を作れるほか、半田付けが難しい物への継ぎ手になる。

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感光基板製作入門キット
感光基板制作に必要な道具が一式入っているセット。大量に制作する場合は、
専用の機材を使う方が効率的だが、まず初めに試してみるのに便利。
http://item.rakuten.co.jp/tsukumorobo/4931442520633/
サンハヤト感光基板製作入門キット PK-12

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感光基板制作手順
1. Illustrator, Fritzingなどで、パターンを作る。
2. パターン画像を透明シート(OHPシートなど)にプリント。
3. ポジ感光基板を露光
4. 現像液で基板を現像し、感光した部分を除去。
5. エッチング液に入れ、撹拌しながら銅箔を溶解させる。
6. 穴を開ける
7. フラックスを塗る。
http://www.sunhayato.co.jp/dcms_media/other/QPPC-MNL.pdf
制作手順参考

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1. パターンを作る(Illustrator)
配線パターンをレイヤーに分けて作成する。通常2.54mmピッチなので、キー
のストロークを1.27mmピッチに設定すると操作しやすい。

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1. パターンを作る(Fritzing)
ブレッドボードタブで配線したあとで、PCBタブでパターンを作ります。
Export for PCBを選択すると、各レイヤーがPDFとして書き出されます。

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2. パターン画像を透明シートにプリント
パーツ外形は非表示にして、銅箔を残す部分だけを透明シートに印刷する。
エーワン OHPフィルム

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3. 露光
感光基板の表面には感光材が塗布されている。この感光剤は紫外線が当ると変
質し、現像液によって溶解する。薬品は時間とともに変質するため使用期限が
あり、期限内であっても反応に差が出る場合がある。
銅箔
ベース
感光剤
ポジ感光基板
NZ-P12K

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3. 露光
基板とOHPシートをクランプで挟み、紫外線ライトで露光させる。紫外線が回
り込み意図しない箇所が露光するのを防ぐため、OHPシートと感光基板はでき
るだけ密着させる。
銅箔
ベース
感光剤
OHPシート
紫外線
サンハヤト PK-CLAMP
紫外線を受けて変質する
ガラスサンハヤトちびライトDX

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4. 現像
バットに現像液と基板を入れて撹拌する。感光して変質した部分が、現像液に
反応し溶解する。長時間浸けていると感光していない部分も侵食されるため、
規定時間に従って作業する。
銅箔
ベース
感光剤
現像液
変質した部分は、感光材が溶け出す。ポジ感光基板用現像剤 DP-50

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5. エッチング
銅を溶かすエッチング液に基板を入れる。液は40∼50
℃に保ち、気泡で撹拌すると反応が良い。ここでも、
長時間浸けていると保護している部分まで反応が進む
ため、注意が必要。液温、エッチング液の使用回数、
パターンの形状などにより、反応が変わるので、状態
を確認しながら作業する。
銅箔
ベース
感光剤
エッチング液
感光剤が無い部分は、銅箔が溶ける
卓上エッチング装置 ES-10
セラミックヒーター KTS-210

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6. 穴を開ける
パーツの足を指すための穴を開ける。ボール盤を使う
と早く正確に作業できる。穴径はパーツごとに違うが、
一般的な抵抗やLEDではφ0.9mm程度。
銅箔
ベース
ボール盤

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7. フラックス
十分乾いた後で、フラックスを塗る。フラックスは
腐食を防ぎ、半田付けしやすくする効果がある。
ハッコーFS-200 フラックス
20ml
銅箔
ベース
フラックス

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部品をハンダ付けする

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プリント基板
Good
・制作時間が回路の複雑さに左右されない。
・とても細かいパターンを作れる。
Bad
・気温、基板の鮮度、エッチング液の衰え具合、
など環境に寄って仕上がりが微妙に変わる。
・エッチング液が汚い。
・臭いがでる。

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CNCフライス盤
フライス盤は、回転する刃先(エンドミル)を縦横高さ方向に動かし、材料を切
削することで立体形状を作る機械。CNCはConmputer Numerical Controlの略
で、コンピュータ制御を指す。
CNCフライス盤で、基板表面の銅箔を削り取る事で、パターンを作成する。
銅箔
ベース
エンドミルはドリルと違い、側面で
切削ができるので、平面方向に移動さ
せる事ができる。

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CNCフライス盤による基板作成手順
1. Illustrator, Fritzingなどで、パターンのデータを作る。
2. 専用ソフトでエンドミルが移動するルート（ツールパス）を出力する。
3. CNC制御ソフトでツールパスを読み込む。
4. 材料をCNCフライス盤にセット
5. 切削

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パターンのデータを作る
Illustratorで、パーツ外形・ランド・穴・ラインをレイヤーに分けてレイアウトする。
一般的なピッチは0.1インチ(2.54mm)なので、キーの移動量を1.27mmにすると作
業しやすい。貫通する部分と銅箔を削る部分をそれぞれ.aiファイルとして保存する。
パーツごとに作っておくレイヤーに分けてレイアウト

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ツールパスを出力する
ツールパス生成ソフト（Cut2D）で、貫通部分と切削部分のIllustratorのデータ
を読み込みむ。それぞれのデータの彫り込み量、使用するエンドミルなどを選
択し、ツールパスデータ(.cnc)を出力。
.aiデータを読み込む切削のシミュレーション

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ツールパスに従ってをCNC制御ソフトで切削
CNCフライス盤に基板を固定。エンドミルを交換し、原点位置の調整を行う。
CNC制御ソフト(USBCNC)でツールパスデータ(.cnc)を読み込み実行。
CNCフライス盤に基板をセット USBCNC

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CNCフライス盤
Good
・外形を自由にできる。
・パーツを取り付ける穴も同時に開けられる。
Bad
・パターンの複雑さによって、製作時間が変わる。
・エンドミルの太さを考慮した設計が必要。
・削りカスでショートする場合がある。
・切削音がうるさい。

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導電糸
電子工作と手芸を組み合わせて、服や小物にLEDやセンサーを取り付けるよう
な作品を作る場合に用いる事が多い。小型で導電糸を結んで配線する事を前提
としたArduino Lilypadという製品もある。
https://www.switch-science.com/catalog/180/
LilyPad Arduino 328導電糸ボビン

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導電糸
Good
・柔軟性のある回路を作る事ができる。
・手芸を取り入れ魅力的なデザインを作る事ができる
Bad
・導電糸同士が接触しないよう、注意が必要。

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電子手芸
電子工作と手芸を組み合わせて、
服や小物に電子デバイスを組み込
むスタイル。
「テクノ手芸」という二人組ユニッ
トが有名。
http://techno-shugei.com/blog/?p=108

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導電インク
銅や銀などの導電物質を溶剤に混ぜたインク。自由に描いた線がそのまま回路に
なるが、インク自体に抵抗があるため、長さ・幅・厚みなど考慮する必要がある。
ＢＣ−００６導電塗料ペン型
http://www.bareconductive.com/make/
公式サイトの作例集

抵抗値は、濡れていると抵抗が大き
く、乾くにつれ下がる。完全に乾い
た状態で、公称値幅3mm×長さ
100mmで約470Ω。
紙だけでなく、金属やプラスチック
など色々な素材の表面に書く事がで
きる。
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導電インク
回路記号が、実際に抵抗として機能している

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導電インク
Good
・手書きで手軽に回路を作る事ができる。
・プリンタのインクとして用いると、回路をプリントで作れる。
Bad
・素材そのものの抵抗が大きいので、長さ・幅など考慮する必要がある。

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導電性テープ
銅またはアルミのテープ。粘着剤に金属粉が含まれているため、貼り付ける相
手と通電する。銅テープは表面にハンダ付けをできる。
銅・アルミ
金属粉入り粘着剤
剥離材
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/
detail.php?code=4ARB-D6J4

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導電性テープ
あらかじめテープに銅線をハンダ付けしておくと、対象に熱を加えずに配線す
る事ができる。写真は無機LEシートに配線を行っているところ。

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導電性テープ
Good
・熱に弱い端子に配線する事ができる。
Bad
・比較的高価

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次回の内容
CNCフライス盤による木材の加工の紹介など。
最終課題に向けて各自制作を進めて下さい。
授業時間内は、相談と進捗の確認を行います。できれば事前に相談内容をまと
めてメールで送ってもらえると、スムーズになります。

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