나만의 인쇄기판 제작방법

글쓴이 : SOONDORI

나만의 DIY 회로를 제작하는 방법은 1) 브레드-보드(Bread Board) 사용, 2) 만능기판 사용, 3) 에칭 PCB 사용, 세 가지로 요약될 수 있다. 이하에서 에칭 PCB를 만드는데 필요한 몇 가지 참고사항들을 정리한다.

■ LEVEL #1 : 원초적인 방법론(매직-펜 한 자루에서 시작!)

기장 기초적인 방법론으로서 1) 몇 천 원 어치 동박 PCB, 2) 1만 원쯤 하는 황갈색 에칭액(산화제이철용액, 반복사용 가능)과 주방의 플라스틱 그릇 3) 유성 매직-팬을 준비한다. 유성 매직펜에 대하여, 시장에는 Anti-Etching Magic Marker라는 마커 펜도 판매되고 있다. 작업흐름은 다음과 같다.

회로도(물론 간단한 것이어야 한다) → 사용할 동박 PCB 크기를 보고 A4용지에 기본 드로잉  → 확인 후  A4용지를 적당히 잘라 PCB에 붙이고 송곳으로 구멍위치를 살짝 표시한다   → 표시 흔적들을 참조하여 매직팬으로 직접 패턴을 그린다. 이때 원래 패턴 크기보다 약간 굵게 칠하는 게 좋다. → 에칭액에 담그고 잘 흔들어 표면이 균일하게 식각되도록 한다. 이때 산화제2철(Fe2O3)의 산소가 구리와 반응하여 산화구리가 되면서 순수한 구리박막층이 제거된다 → 패턴검사 → 신나는 땜 작업. 동박은 공기 중 습기에 부식되므로 경로패턴들에 땜층을 입히거나 투명 에나멜이라도 뿌려 둔다.

 * 동박/에칭액 등 구입처 : devicemart.co.kr 등 국내 인터넷 부품판매 사이트

(에칭작업 중. 출처 및 참조의 글 : https://www.pcbway.com/blog/Engineering_Technical/DIY_PCB_Making.html)

드릴링은 어떤 방법이든 가능하다. 일반 드릴을 써도 좋지만 무게중심 등 문제로 취급이 불편하므로 여건이 된다면 드레멜(Dremel) 소공구 또는 그와 같은 기능의 작은 드릴링 머신을 사용한다.

(7.2V 리튬 배터리를 사용하는 드레멜 공구)

Dremel 전동공구는 미세 드릴링은 물론 절단, 연마를 위한 다양한 전용 TIP들(공구상에서 쉽게 구할 수 있다. 개 당 1천 원 정도)이 제공되므로 어찌보면 향상된 DIY작업자를 위한 추천도구이다. PCB 제작은 물론 다른 DIY작업들에 있어서 매우 폭 넓게, 매우 유용하게 사용될 수 있다.

(표준형 드레멜을 상하운동 가능한 JIG에 붙인 경우)

이런 작업이 만능기판을 쓰는 것보다 비경제적이고 품이 많이 드는 것처럼 보이지만 사실, 두 개 이상 보드를 제작할 경우라면 충분히 타당하고 유용한 방법론이며… 만들어 놓고 보면 꽤나 뿌듯하다.

■ LEVEL #2 : 프로그램과 프린터 인쇄를 이용하는 방법(전사시트(laminated Sheet), 사진용지, 유광 폐 잡지)

이제 부터는 프로그램으로 미리 PCB 패턴을 만들어 놓았다고 가정할 때의 처리 방법들이다. 당연히 패턴을 그려주는 프로그램이 필요한데 인터넷에는 Fritzing(fritzing.org/download)같은 다양한 무료 소프트웨어들이 있다.

패턴이 준비되었다면 일반 레이저 프린터 인쇄가 1) 가능한 열 전사-시트(Thermal Transfer Sheet) 또는 2) 문구점에서 쉽게 구할 수 있는 유광 포토용지(Glossy Photo Paper)를 사용하면 된다. 활동적인 DIY 매니아들의 창의적 방법론으로서, 심지어 라미네이트(유광코팅) 폐 잡지에 패턴을 인쇄하는 경우도 있다.

(열 전사 시트. 출처 : http://www.smokeandwires.co.nz/blog/easy-pcb-creation-using-toner-transfer-paper/p1020620/)

(유광코팅 잡지를 사용한 사례. 잠시 열을 견질 수 있는 필름층이 키워드. 출처 : http://www.giangrandi.ch/electronics/pcb/printed-paper-l.jpg)

세 가지 모두 매직-팬 잉크와 같은 작용을 하는 ‘레이저 프린터 토너’를 분리 가능한 어떤 필름 면에 인쇄하고 그 필름을 PCB 면에 붙인 다음 적절한 방법으로 박리한다는 논리가 적용되었다. 혹시라도 집 안에 문구용 내열성 라미네이트 시트가 있다면 그리고 레이저 프린팅이 가능하다면 유사하게 작업하면 된다. 결과는 매 한가지다.

준비된 시트의 박리방법은 다리미로 살짝 가열하는 것. 가열되는 과정에 토너입자(=패턴)만 분리되어 PCB면에 붙는다. 참고로 박리가 잘되게 하려면 동판면이 매우 깨끗해야 한다는 점 유의한다. 이후의 작업흐름은 기본작업과 같다.

■ LEVEL #3 : 광 투영을 이용하는 방법(현상액 스프레이와 전문 감광기판)

이제까지는 동박에 에칭을 피하는 물질(매직펜, 전문 펜, 레이터 토너)을 묻혀 에칭 영역을 구분하는 방법론들이었다. 또다른 방법론으로서 UV 광 투영으로 동판에 패턴을 만드는 방법이 있다. 현상액 스프레이를 구해서 동박 PCB에 뿌리거나 아니면 미리 현상액이 처리된 감광기판을 구하여 작업한다.

투명필름(OHP 필름)에 패턴을 인쇄하고 감광기판 위에 올려 놓은 후 UV램프(전용도구가 있다. 아니면 탁상용 램프에 전구만 교환. 그것도 아니라면 태양빛)를 조사하면 빛이 닿는 곳과 아닌 곳이 구분되면서 에칭 준비가 끝난다. 아무래도 매직팬을 쓰는 경우에 비해 1) 패턴이 정교할 것이고 2) 여러 장의 PCB를 동시에 만들 수 있다는 장점이 있다.

■ LEVEL #4 : DIY과 PRO의 경계선? 특수 감광패턴 인쇄기

DIY작업 수준을 초과할 수도 있을 사례로서 높은 작업 빈도로 기판을 만들 것이라면 아예 표제부 사진(Sunhayato MP-10)과 같은 특수 프린터를 구입하고 편하게 작업할 수도 있겠다. 전용 UV잉크와 청소/관리도구 가 포함 또는 별도 공급된다.

(제품 제조사 사이트 : http://www.sunhayato.co.jp/index.html)

참고로 일반 연구개발실에서 PCB를 제작하는 단계는 1) 회로도 작성, 2) 아트워크(Art-Work, 임피던스, 두께 등 모든 것을 종합하여 패턴을 그리는 작업), 3) 외부 전문업체 샘플주문, 4) 부품을 마운트한 Test Board를 만들고 동작 확인, 5) 필요하면 패턴 수정, 6) 완벽하다고 판단되면 PCB 대량 발주(이때 전문장비를 이용한 기판 검사도 진행된다), 7) 이후 SMT 기술을 이용한 대량생산으로 정의될 수 있다.

여기서, 최초 매직팬 그리기 작업은 2항, 한 두 장 에칭 작업은 3항에 해당한다.