両面プリント基板の制作実験

　久々にプリント基板作成ネタです。

　レーザーカッターでのパターン作成方法については適切な塗布材料（生基板に塗布しレーザーで加熱した部分のみきれいに剝がれるような材質の物、または逆に加熱した部分が変異し加熱しない部分は溶剤等で簡単に拭き取れるような素材）がまだ見つかっていません・・＾＾；

　今回は一般化したレーザープリンタによるプリント基板作成についての検討を書いてみます。
　この方法はレーザープリンタで印刷したパターンを生基板に熱転写後、エッチングするという作業フローになりますが、なんといっても熱転写時に紙を剥がす作業（数時間水につけた後、手で擦りながらきれいに紙を剥がす）が大変そうです。
　結構前に ebay で見つけた

A4 10Pcs Sheets Heat Toner Transfer Paper For DIY PCB Electronic Prototype Make

を買い置きしていたのでまずはこの方法を試してみようと思います。これはシール等の台紙のような黄色い艶々したA4サイズの紙で 10 枚で 130 円でした ^^
（熱転写専用シートは高価なので検討対象外 w）

　最初にパターン図を作成する必要があります。回路図作成の際に乗り換えかけた KiCad で行こうかとも思いましたが、回路図の見た目の良さよりも使い易さを重視し、DesignSpakPCB（Ver8.0) で作成することにします。

1. 何を作るか？
   　テストパターンでも良いのですが基板作成のモチベーションを維持するために作り甲斐のある小型の物ということで照度計ロガーを作ることにします。
   　最近の数回分のブログの記事で HT7733A の特性や 照度センサの I2C 接続実験や PIC24FJ のRTCCモジュール実験や 5V用LCDの3V駆動の実験等を書きましたが、これらの記事で確認した内容を基に次のような回路図にしてみました。
   
   　例によって文字が小さくて見づらいです。LCD等の回路シンボルはウィザードで作りましたが文字のバランスはイマイチです（PIC24FJはウィザードで作成したものを手作業で上下方向に圧縮しています（もともとついているPIC24FJの回路シンボルはかなり横長で見づらい））。
   　もっと見易くすることもできはずですがどこに労力を注ぐべきかを考えると現状はこのままでご勘弁^^;
   
   

   照度系ロガー回路図

   
   
2. DesignSparkPCB でパターン設計
   　DesignSparkPCB は無料でフル機能が使用できるし、個人的には使い易いＵＩだと思います。また、パターンも自動で引けるので気に入っています。
   　最初に配線がし易いように表示される接続線を見ながら部品の配置を行います（自動配置機能もありますが、手で並べた方がいいです）
   
   
   • パターンの自動生成
     　部品の配置が決まったら「Auto Route Net」⇒「All Nets」を選択して自動でパターン生成します。
     　自動生成されたパターンが下図になります（隅にあるサークルパターンはネジ止め部分を絶縁するために手で書き入れたもの）
     
     　両面基板なので部品間隔をそれなりにとれば、大抵は自動生成で全ての接続が完了した状態になります（片面の場合は部品間隔を大きくしてもジャンパーが必要になるケースがほとんど）
     　赤が部品面（TopCupper）で水色が裏面（BottomCupper）です。
     　右上の方にあるコンデンサ（C6）の右側の足から右に伸びている赤色のパターンと Via がちょっと意味不明ですね・・w
     
     

     自動生成されたパターン

     
     
   • パターンの修正
     　自動生成されたパターンは接続のトポロジー的には問題ないのですが、横パターンと縦パターをプリント基板の部品面と裏面に割り当ててパターン生成する関係で無駄な スルホール（Via）が結構できます。
     　パターンファイルを基板製造業者に送り製造依頼するのであれば問題ないのかも知れませんが、基板製造業者には依頼しないので Via 数は最小限にしたいところです（穴開けやスルホール処理も手作業になるので大変）
     
     　修正したパターンが下図です。例えば左上の GND パターンの赤い部分を水色に変更して Via を２個（あれ３個？）削減しています。
     　また、自動生成されたパターンの角は直角になっているので斜めにする等修正します。
     　単純作業なので隅から隅まで一度目を通せば完了ですが、ミスがないように Top と Bottom のパターン表示を切り替えながら慎重に作業する必要があります。
     
     

     修正したパターン

     
     　Top（部品面）とBottom（裏面）のパターンを別々に表示すると次のようになります。
     
     

     Top Pattern

     
     

     Bottom Pattern

     
     
   • グランドのベタパターン化
     　エッチング箇所は最小限にしたい（耐ノイズ性の強化とレーザーカッター対応の考慮及びエッチング液の効率的な使用w）ので Top 及び Bottom グランドパターンをベタのパターンにします。
     　DesignSparkPCB では Pour Area を設定してから Cupper Pour することで簡単にベタパターンを作成できます。
     　最終的にグランドをベタにするのであれば、最初のパターン設計でグランドパターンを太くして引回しに苦労したのが水の泡なんだけどねｗ
     
     

     Top Pour Pattern

     
     

     Bottom Pour Pattern

     
     
3. レーザープリンタの印字パターンの熱転写
   　プリントパターンが出来たので冒頭で書いた ebay から購入した熱転写用紙（A4 10Pcs Sheets Heat Toner Transfer Paper For DIY PCB Electronic Prototype Make）を使って熱転写してみました。
   　使用したレーザープリンタは NEC製MultiWriter5600C で、ラミネーターはないのでアイロンで熱転写しました。
   
   　結果は下の写真でうまく転写でませんでした orz
   　このNEC製レーザープリンタはトナーが結構特殊（熱溶解して艶が出る）なのとアイロンの温度設定（今回は最強に設定）及び転写時の押し付けの力の強さ等が適切ではなかったのかもしれません ^^;
   　今後の課題として検討を継続します。
   
   

   熱転写結果(NG)

   
   

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タグ：DesignSparkPCB 照度計ロガー PIC24FJ MultiWriter5600C プリント基板制作 基板の自作