プリント基板 (PCB) は現代の生活に遍在し、ハイテク機器、コンピューティング ツール、家庭用電化製品に不可欠な存在です。さまざまなタイプがあり、さまざまな方法で製造されています。従来の PCB 製造では、銅張りの基板を設計し、余分な銅を選択的にエッチングで除去します。ただし、カスタム銅基板を作成できると、創造的な可能性が広がります。ガラス PCB は、この多様な PCB タイプの中でもユニークなカテゴリです。
ガラス基板とは何ですか？
ガラス基板は、数多くの光学機器の中核を成しています。ガラス基板は、ミラーやレンズを作成するために、細心の注意を払って研磨、コーティング、研磨されます。ガラス基板は、光伝送品質を維持するために不可欠な、優れた熱安定性と均一性を備えています。ガラス基板は、厚さ数ミクロンから直径数メートルまで、さまざまなサイズで使用されています。
ガラスPCB
ガラス PCB は、LCD や LED 技術でよく使用されます。これらのボードは、生のガラス材料から作られています。ガラス PCB の製造では、回路パターンが UV 硬化マスクを使用して銅板に転写されます。UV 硬化マスクは、特にトラック幅が狭い場合に正確な結果を達成できるため好まれ、大量生産にも適しています。
このプロセスでは、銅板に UV 硬化エッチング レジストの薄い層が塗布されます。回路画像を含む不透明フィルムをレジストでコーティングされたボード上に配置し、UV 光にさらします。この露光により、回路が設計されている領域のレジストが硬化します。その後、未硬化のレジストを現像液で除去します。これにより、レジストの未露光部分が溶解され、硬化部分はそのまま残ります。
UV レジスト フィルムは、ポジ型とネガ型に分類されます。このコンテキストでは、ネガ型レジストが使用され、現像後もレジストの露光部分が残り、回路パターンが形成されます。
サーキットのレイアウト
材料の準備ができたら、まず回路の回路図を作成し、次に PCB レイアウトを設計します。このレイアウトを白紙に転写するには、通常 OHP (オーバーヘッド プロジェクター) 用紙を使用します。回路パスの配線には、自動配線ツールを使用します。これは、初心者には最初は複雑に思えるかもしれませんが、練習すれば扱えるようになります。
PCB 設計では、トラック (ルート) とパッド (接続ポイント) のみが重要です。設計に満足したら、レイヤー パレットでトラックとパッドのレイヤーを分離し、モノクロ画像を PNG ファイルとしてエクスポートします。
このプロセスでは、ネガティブ タイプのフォトレジストを使用します。これには、銅のトレースを保持する領域でレジストを光にさらす必要があります。画像をエクスポートするときは、「白地に黒」オプションを選択して、トラックとパッドが黒の背景に白く表示されるようにします。この形式は、印刷後も OHP 用紙の白い領域が透明のままであるため、鮮明さを保証します。
印刷とレイアウト
OHP 印刷の目的は、レジストの不要な領域への UV 光の露出を効果的にブロックするマスクを作成することです。これを実現するには、OHP 印刷の黒い領域が UV 光を完全にブロックして露出を防ぐようにします。最適なブロックのために、3 つの印刷物を位置合わせしてしっかりと接着し、露出プロセス中の安定性を維持します。
ガラスを銅箔に接着
ガラスに銅箔を使用する場合は、銅をガラス表面にしっかりと接着することが重要です。まず、ガラスと銅箔の両方を消毒用アルコールで徹底的に洗浄して、適切な接着を確保し、銅の剥離を防ぎます。ガラス表面に接着剤をたっぷりと均等に塗布し、銅箔を接着剤にしっかりと押し付けます。箔の表面全体に均一な圧力をかけて気泡を取り除きます。必要に応じて余分な箔を切り取り、接着剤が完全に硬化するのに十分な時間を取ります。
フォトレジストの塗布
まず、フォトレジストを必要なサイズにカットします。フォトレジスト フィルムは 2 つの保護カバーに挟まれており、塗布する前に慎重に取り外す必要があります。フォトレジストフィルムの露出面を銅の表面にしっかりと接着します。フィルムの両側にスコッチテープを貼って、保護カバーを簡単に取り外せるようにします。フォトレジストを銅にしっかりと押し付けて完全に接着し、フィルムと銅の表面の間に閉じ込められた気泡を取り除きます。
光照射の準備
事前に準備した OHP プリントを銅板に置き、正しい向きにして鏡面プリントにならないようにします。セットアップの上にガラスを置き、OHP プリントを銅の表面にしっかりと固定します。クリップを使用して配置を安定させ、照射中に動かないようにします。
UV 光照射
専用の UV 光源または太陽光のいずれかから、セットアップを UV 光に照射します。太陽光を使用する場合は、通常約 5 分間の照射で十分です。クリップを使用して、露光プロセス全体を通してセットアップの安定性を維持し、動かないようにします。
照射後、セットアップを光源から慎重に取り外し、配置を分解します。フォトレジストに乾燥の兆候が見られれば、照射が成功したことを示します。
フォトレジストの現像
フォトレジストを塗布した後、保護フィルムが覆っていますが、これを剥がす必要があります。スコッチテープを使用して、この保護カバーを慎重に剥がします。重曹または同様のアルカリ性物質を水に溶かして現像液を準備します。基板を現像液に約 1 分間浸し、流水で軽くすすいでください。フォトレジストの未露光部分が洗い流され、硬化したレジスト トラックが現れます。すすぎのプロセスを繰り返して、露光された部分がすべて完全に現像され、銅基板に目的の回路パターンが残ります。
エッチング
塩化鉄粉末を約 150ml の水に溶かして塩化鉄溶液を準備し、溶液が黒くなるまで待ちます。効果を確実にするために、必要に応じて塩化鉄を追加します。銅基板を塩化鉄溶液に浸し、エッチングが均一になるように定期的にかき混ぜます。約 10 ～ 15 分後、不要な銅はすべて溶解し、保護された銅トラックだけがそのまま残ります。
最終結果
アセトンまたは温水を使用して、銅トラックから残ったフォトレジストを除去します。ガラス基板上に製造された PCB は、電気的な利点はありませんが、透明性を必要とする用途に適しています。このような回路に LED を配置するなどの用途では、その独自の特性が役立ちます。
ガラスPCBの利点
360 度の発光パッケージと透明ガラスの目に見えないワイヤー装飾により、透明ガラス PCB は LED、5G、LCD などのアプリケーションで利用されています。
ガラス基板は、平坦性、透明性、変形、耐熱性、耐引裂性などの点で明確な利点があります。高温で長時間動作しても変形率は非常に低く、ガラス PCB は 360 度の発光が可能で、演色評価数は 80 で 140lmw 以上です。ヒートシンクは必要なく、光の減衰もありません。現在、ガラス PCB は LED ディスプレイ、ソーラーパネル、3D プリンターなどのアプリケーションで広く利用されています。