June 27, 2022

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2015-02-02

DIY 인쇄 회로 기판 (자작 PCB)

인쇄 회로 기판 (Printed Circuit Board) : 흔히 PCB 라고 부르며 회로 설계에 근거하여 부품을 접속하기 위해

도체 패턴을 절연 기판의 표면 또는 내부에 형성한 기판으로 단면, 양면, 다층기판을 총칭합니다.

간단히 애기하면 플라스틱이나 종이 재질로 된 판에 동판을 접착시킨 것입니다.

하드웨어 제작에서 필수인 PCB는 간단하게 만능기판을 사용하지만,  프린트기판을 직접 제작하면  견고하고 간결해 집니다.

만능기판을 사용하면 하드웨어를 구성하시는 동안 부품의 핀 넘버를 주기적으로 확인하며 납땜을 해야 하고,

납땜을 해둔 전선이 떨어지는 경우도 발생 합니다. 하지만 기판을 직접 제작하면 이런 단점을 보완하게 됩니다.

 

물론 기판을 만드는 가장 좋은 방법은 전문 업체를 통해 제작을 하는 것입니다.

디바이스마트에서는 샘플 PCB 제작 서비스를 실시하고 있으며 한 장의 PCB도 빠르고 편안하게 받아보실 수 있습니다.

하지만  간단한 회로, 개인적인 학습, 설계 중인 회로의 정상 동작을 테스트하기 위해서 직접 제작 하시는 경우도 많습니다.

처음 PCB 제작을 하시는 분들을 위해서 간단하게 프린트기판의 제작 과정을 확인해 보도록 하겠습니다.

샘플 PCB 제작 서비스

 

주의사항 – 밀폐된 공간에서 작업하지 마시고, 라텍스 장갑 이나 고무 장갑을 착용하시기 바랍니다.

1. 설계하기

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간단한 LED 회로 입니다. 별도의 프로그램이 없다면 셰어 웨어 프로그램인 이글 캐드 (EAGLE CAD)를 사용하시면 좋습니다.

2. 회로도 인쇄하기

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회로 인쇄에는 OHP 필름을 사용합니다. OHP(OverHead Projector Film)는 스크린위에 특정 영상을 확대, 투영할 수있는

광학계 투영기기에 사용되는 투명 필름 제품 입니다.  잉크젯용 필름을 사용하시면 됩니다.

인쇄에는 레이저 프린터를 사용하면 좋지만 일반 잉크젯 프린터를 사용하셔도 됩니다. 인쇄면은 거친면을 이용합니다.

3.  PCB 준비하기

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고감도 포지티브 감광기판을 사용 합니다. 에폭시 단면 1.6mm 입니다. (포지티브 패턴은 도체 회로부분이 불투명한 상태)

감광기판은 동판에 감광액이 코팅되어 있어 해상도가 뛰어나고, 짧은 시간에 일반 형광등에서도 노광 작업이 가능합니다.

커터칼을 이용해서 사이즈에 맞게 앞뒤로 여러번 칼자국을 내주고 책상 모서리에 기판을 대고 힘껏 눌러서 절단 합니다.

감광기판은 빛과 반응하는 화학물질 처리되어 있으니 남은 기판은 밀봉해 보관 하시면 최대 5년 까지 사용이 가능합니다.

일반 동판을 사용한 방법은 별도로 애기하도록 하겠습니다. (절단은 커터칼로 그어주고 아크릴칼을 이용하셔도 좋습니다)

상품의 포장마다 사용방법에 대하여 자세히 설명되어 있습니다.

4.  노광하기

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절단한 감광기판의 보호 필름을 제거하고 인쇄한 OHP 필름을 기판의 감광면(녹색면)에 밀착시키고 빛을 비춰 줍니다.

기판과 스탠드의 간격은 7cm 를 유지하고, 시간은 13~20분 정도 노출해 줍니다. (일반 A4 용지는 1시간 이상 소요)

필름과 기판이 밀착을 위해서 투명 아크릴을 위에 올려 밀착 하였습니다. 양면 테이프나 딱풀을 이용하셔도 됩니다.

딱풀을 이용해서 밀착하시는 경우 접착제 제거를 위해 물에 담가 두시고 제거하시면 됩니다.

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일반 LED 스탠드 사용하여 20분간 노광 하였습니다. 여기서 노광시간은 사용하시는 스탠드나 환경에 따라 조금 달라집니다.

1~2번 정도 실패(?)를 경험하시면서 적정 시간을 찾아가시면 됩니다. 3번 도전에 성공 하였습니다.^^

노광 시간이 짧으면 현상이 잘 이뤄지지 않고, 시간이 너무 긴 경우는 패턴이 얇아 질 수 있습니다.

5.  현상하기 (현상 후 세척)

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물 1리터에 현상제 1 봉지를 넣어 완전히 용해 시켜 줍니다. 적정 물의 온도는 30 ~ 40도 입니다.

3~4초 정도 지나면 감광기판의 파란색이 없어지기 시작 합니다. 시간은 1분 30초 ~ 2분 30초 정도 현상 합니다.

균일하고 빠르게 현상을 하려면 기판을 넣기 전에 잘 저어주시고, 기판을 상하좌우로 흔들어 주면 좋습니다.

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현상 시간은 환경에 따라 다르니 딱 맞춰 담그시지 마시고, 현상 과 세척을 여러번 번갈아 가시면서 하시면 좋습니다.

세척할 물을 현상액 옆에 두시고 기판을 현상액에 넣고 세척하면서 패턴의 현상되는 상황을 보시면서 하시기 바랍니다.

현상을 오래할 경우 패턴이 모두 없어지는 불상사(?)가 발생할 수 있습니다.ㅜㅜ

6.  엣칭 하기 (엣칭 후 세척)

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물 1리터에 엣칭 파우더 1 봉지를 넣어 용해 시켜 줍니다. 온도는 40 ~ 50도, 10분 ~ 15분이 지나면 엣칭이 완료 됩니다.

엣칭 중 기판에 붙은 공기방울을 털어내기 위해 천천히 흔들거나, 막대기를 이용해서 기판을 두드려 주면 좋습니다.

양면을 엣칭 하실 경우 5분 마다 앞뒤로 뒤집어 주시면서 합니다. 이번 기판은 엣칭액 온도 45도 에서 13분 소요 되었습니다.

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엣칭이 완료된 모습입니다. 엣칭전 부분적으로 패턴이 부족한 부분은 검정 유성펜으로 보완을 해주시면 됩니다.

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감광액과 유성펜을 제거하기 위해 세척제 또는 아세톤을 사용해 줍니다. 기판의 하단 부분만 지워준 모습입니다.

7. 드릴 작업 하기

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세척한 기판에 부품을 삽입할 구멍을 뚫어 줍니다. 자동펀치를 사용해서 센터홈을 내주고 전동 드릴을 이용해 줍니다.

드릴 프레스가 있다면 좋지만, 일반 전동 드릴 또는 핀바이스를 이용해서 충분히 작업이 가능 합니다. (드릴날 1mm 사용)

드릴날을 바로 작업 하지 마시고, 센터홈을 꼭 내주시기 바랍니다. 커터칼이나 송곳을 이용하셔도 좋습니다.

자동펀치의 사용은 사용할 지점에 펀치를 대고 꾸우욱 눌러 주시면 탁 소리가 나면서 작동이 됩니다.

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8.  플럭스 도포 하기

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기판의 동박은 공기와 반응하여 자연 산화되니 플럭스 (무세척) 또는 코팅제를 도포해 주면 좋습니다.

10. 부품 연결

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납땜 후 전원을 연결해 보니 LED에 불이 들어 옵니다. 워낙 간단한 회로라 작업이 용이한 점도 있었습니다.

DIY 는 기본틀에서 자신만의 노하우를 만들어 가는 과정이라고 생각합니다. 대부분 처음부터 잘하기는 쉽지 않겠죠.

수정할 사항이 있으시면 말씀해 주시고 숙련자(?) 분들의 노하우도 함께 나눠 주시길 바랍니다.^^

다음으로 엣칭 폐액 처리 방법과 일반 동판을 사용한 PCB 제작에 관한 간단한 팁을 애기해 보겠습니다.

 

11. 엣칭 폐액 처리

엣칭액은 폐액 처리제를 사용하여 처리해 주면 됩니다. 엣칭액 수명은 20~30매 정도로 재 사용시 중탕 방법을 이용합니다.

폐액 처리

처리제 제품 구성 중 지퍼팩에 사용한 엣칭액을 넣고, A 분말과 물 200cc를 용해 시킨 후 지퍼팩(엣칭액)에 넣어 줍니다.

6시간 경과 후 침전물이 발생하고 윗 부분에 맑은 물을 버려줍니다.다음으로 B 분말을 침전물에 넣고 잘 저어 줍니다.

하루가 경과되면 침전물이 굳어지니, 굳어진 침전물을 일반 쓰레기로 버리시면 됩니다.

12. 다리미를 사용한 패턴 만들기

감광기판을 사용하면 편리한 점도 있지만 사이즈가 한정적이고 일반 동판에 비해 가격이 상대적으로 비쌉니다.

일반 동판을 사용하시면 노광 작업 대신 다리미를 이용한 전사 작업을 하시면 됩니다.

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사용할 다리미의 온도를 아크릴 또는 폴리에스테르(세번째 단계 정도) 로 설정하고 5분 정도 예열해 줍니다.

그리고 동판과  OHP 필름을 고정시켜 주고 평평한 곳에 올려 놓습니다.

다리미를 지속적으로 움직여 주면서 열을 가해 줍니다. 이번 전사 작업 시간은 5분 소요 되었습니다.

전사 작업이 끝나면 기판을 찬 공기에 노출시켜 주거나 물 속에 넣어 빠르게 냉각해 주면 필름을 떼어내기 편합니다.

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전사 작업을 마친 모습입니다. 회로도 출력시 캐드의 미러 기능을 이용해서 출력해 주셔야 겠네요.^^;

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엣칭 작업을 완료하고 패턴을 지운 모습입니다. 고운 사포나 철수세미를 사용해서 패턴을 지워 줍니다.

처음에는 세척제를 사용했는데 검은 얼룩이 남고 잘 지워지지 않네요.ㅜㅜ

 

그밖에 일반 A4 용지로 회로도를 출력 후 먹지와 막대자를 이용해서 패턴을 완성하는 방법도 있습니다.

현재 단면만 사용한 패턴 작업이라 비아홀 작업에 대한 언급을 하지 않았습니다.

비아홀은 양면 이상의 회로상에서 각 부품이 연결된 패턴선이 한 면에서 갈 길이 없을 때 다른 면으로 이동하게 되는데,

이 때 기판의 양면에 있는 패턴선을 연결해 주는 구멍을 비아홀 이라고 합니다.

쓰루홀은 비아홀 중에서 부품의 핀이 삽입되는 홀을 쓰루홀 이라고 부릅니다. 일반적으로 둘 다 비아홀 이라고 부릅니다.

비아홀 작업은 절연 전선(단선)의 피복을 제거한 선심으로 작업하거나 별도의 비아홀 핀 키트를 사용하시면 됩니다.

자세한 내용은 관련 홈페이지를 참조 하시기 바랍니다.  [참고] SME교역 (www.smekorea.com) > PCB 가공 시스템

이상으로 자작 PCB에 관한 내용을 마치도록 하겠습니다. 여기 까지 읽어 주셔서 감사합니다.^^

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