Press-n-Peelラミネーター実験

ラミネーターを使用すると良いらしいので実験してみた。

まとめ:
 ・使用したラミネーターはアイリスオーヤマLTA42E。ネットショップで約¥3000。
  トレーを外すだけで使用可能。この機種は廃品種
 ・KLA4約¥2000は改造が必要。改造費はサーモスタットの交換約¥500
 ・1.6mmの基板も使用可能。むしろ基板が厚い方が圧着力が大きくなるのでうまくいく。
 ・仮止めしたセロハンテープの粘着材がラミネーターのローラーに付着するのでPress-n-Peel専用機になってしまう。
 ・設定温度は最高温で6~7回通す。基板が冷めないように時間を置かずに。
  熱いので軍手をすると良い。
 ・ピン間2本程度のパターンも可能
 ・毎回同じ温度、同じ圧力でプレスできるので勘に頼る必要がなくなる。
  失敗原因の殆どは埃のかみこみによるもの。
 ・Press-n-Peelの寿命は4~5年程度か? <-約8年経過して特に劣化は確認出来ず
 ・失敗したパターンの除去はアセトンを使うと良い。但しアセトンはプラスチックを溶かすので注意!! 水に溶けるので洗浄が容易。
  大きなホームセンターのFRPコーナーに置いてある。
 ・Press-n-Peelに印刷されたパターンはトナーの厚みだけ凸になっているので、べたパターン(GND)を使ってパターン潰れを防ぐ。
  塩化第二鉄溶液の節約にもなる。
 ・新品の基板は酸化防止剤が基板表面に塗ってあるのでスコッチブライトで落としてから使用する
  石けんの使用は厳禁。基板表面が水をはじくようではダメ
 ・ガラスエポキシより紙フェノールの方がうまく転写できる。但し紙フェノールは切断時に欠けやすい
 ・パターン切れのほうがパターンショート(ほぼ起こりえない)よりずっと確率が高いので
  EAGLEで自動配線するときはパターンを太くクリアランスを小さくする。このほうが修正の手間や穴開けがずっと楽になる
 ・印刷、過熱転写、穴開けによる寸法誤差はかなり大きい。40ピンソケットが限界と見て良い。10x10cm基板4隅の基板取付穴は1mm程度位置がずれる可能性がある
その他:
 ・塩化第二鉄溶液は画材屋で版画用の腐食液を購入するとサンハヤトの1/4の価格で購入できる
  処理剤が付属していないので別途中和剤(消石灰)を購入する必要があるがそれでもだいぶ安い
  消石灰は園芸店に土の中和剤として売っている(量によって価格があまり変わらない1kgでも20kgでも)
 ・レーザープリンターのトナーカートリッジが値上がりしているようだ
  カートリッジは再生可能。当方のカートリッジもトナーを詰め替えた物。


2011-09-22

使用した物は入手しやすく安価なアイリスオーヤマのラミネーター。送料込みで¥3000以下。

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LTA42E

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ラミネーターとしての性能はいまいち

ラミネーターのトレイは少し跳ね上がっているので固い基板を通すと引っかかってしまう。

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ゴム足を取って裏のねじ6本を外すとトレイを外すことが出来る。

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前後長は約100mm。小さすぎる基板は通せない。

コピー用紙にパターンを印刷した後、その上にPress-n-Peelをセロハンテープで貼り付けて印刷。こうすると無駄が出ない。

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新品だった頃はもっと透明になったのだが若干青いものが基材の透明シートに残る。4年半前に購入した物。もうそろそろ寿命だろうか?

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転写後エッチング。少し濃い斑点はOHPフィルム用の油性ペン。べたパターンのピンホールを少し修正した物。

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配線の太さは15mil(=0.381mm) これくらいきれいに出来ると感光基板は不要。

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失敗作はアセトンで落とす。プラスチックの刷毛を使ったら溶けた。生基板を多めに購入し失敗作がたまったら、まとめて落とすと効率が良い。刷毛でなでるだけで綺麗に落ちる。

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2011-09-27

再実験。

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プレス後の冷却は水をかける

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新エッチング槽。小麦粉用のタッパ。塩化第二鉄溶液は1リットル入る。

常に一定の温度、圧力でプレスできるので1回でうまくいく。

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汚いところがあるが実用域。今回は配線が太いのでレジストペンによる修正はナシ。

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当方のプリンターはかなり古い。EPSONのLP-8700。カートリッジはトナーを詰め替えた再生品。空になったトナーカートリッジを送るとトナーを詰め替えて返送してくれるサービスがある。新品より若干トナーが薄い感じがするが白い紙に印刷するのであれば差は全く感じられない。

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2011-10-10

100×160サイズで実験。見事に失敗。再度プレスしても転写されないので基板にトナーが付かないのが原因。(これは表札なので本物の回路では無い)

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基板表面をスコッチブライトで荒らしてからプレスするとうまくいく。数カ所埃のかみ込みによるピンホールがある。新品の基板をそのまま使用してはいけない。新品基板には酸化防止剤が塗ってある。

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2012-02-25

ラミネーターを使うと基板の縁ぎりぎりでもうまくいく。最近は一度も失敗していない。冬場室温が低いと影響があると思ったが問題なし。

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2014-07-04

ガラスエポキシより紙フェノールのほうがうまく転写できるような気がする。紙フェノールのほうが熱くなっている感じ。生基板はPCBマテリアルズドットコムで購入した「パナソニック電工 R8700 板厚1.6t」加熱するとかなり秋葉原くさくなる。ベタパターンはGNDにしないのがポイント。周囲にベタパターンが無い配線は潰れて太くなる。GNDを強化したいときはGNDベタパターンの上に更にGNDと接続しないベタパターンを作る

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ラミネーターを通す回数は7回とガラスエポキシと同じ

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べた部分も比較的きれいに転写できている

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ギロチンカッターだとこうなるのが紙エポキシの欠点

2014-09-08

やはり紙フェノールの方がうまく転写できる。ギロチンカッターで切るときはヒートガンで十分過熱してから切ると欠けにくくなる。マス目パターンは回路に修正が入ったときに追加部品を配置しやすくするための物

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2014-12-22

Press-n-Peel意外にもラミネーターを使って転写する方式の製品がいくつかあるようだ。この黄色い紙は toner transfer paper なるもの。これに印刷して生基板にトナーを転写する。転写されるのはトナーだけのようなのでトナー残量が少なくなってきたトナーカートリッジでは不適と思われる。これは注文しておいたので近日レポート予定。aliexpressで10枚$3以下。生基板もaliexpress売っている。大抵は送料無料。英語で生基板は Blank Copper Clad(追記)Thermal Transfer Paper

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toner transfer paper はシールの剥離紙のような物らしい。試しにタックシールの剥離紙に印刷してみたがトナーの乗りが悪すぎて使えない

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これは toner transfer paper で生基板にトナーを転写した後にフィルムに塗ってある緑の物質を上塗り転写する。その後エッチング。結果的にPress-n-Peelと同じになるが2手必要になる。緑のフィルムは写真で見る限りふにゃふにゃ。Press-n-Peelよりかなり安い。Mouserで入手可能。たぶんPress-n-Peelのほうが綺麗に仕上がると思う。緑のフィルムは Toner Reactive Foils という物

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感光フィルム「Photosensitive dry film」これを生基板にラミネーターで貼り付けると感光基板ができあがる。基板メーカーはこの方法で製造している。その後の手順はサンハヤトの感光基板と同じ手順。これもaliexpressで切り売りしている。これはインクジェットプリンターでマスクパターンを作るので高精度だが感光基板同様の設備が必要になる。たぶんフィルムの寿命も短い同じ物であるか不明だがYouTubeに動画がある

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2015-01-09

GreenTRF到着。開発機がダウンしているので回復したら熱転写紙のページで実験する

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2015-02-14

ラミネーターの価格がずいぶん高くなっている。これはこの記事を書き始めた時(2011年9月)の価格。¥2839。この販売店が特に安かったというわけでは無い。今は¥5000程度。LTA42Eは製造終了品なのでもっと価格上昇すると思う。CANONのA4レーザープリンターが¥7000台で購入できるのにただの圧延ヒーターが大して変わらない価格というのは奇妙

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Aliexpressでもかなり高め。中国製は特に説明が無ければAC200V専用。プリント基板が通せそうな安価品は見つからない

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これは4本ローラーの造りのごつい物。温度調節も可能。送料を高く設定してトータルで儲ける方式にしている販売店もあるので製品価格の$33には意味が無い。送料込み約$84。Pulsarのページに使えるぞという報告がある。若干の調整も必要これは温度計がアナログだがAliexpressを探すとデジタル版も直ぐみつかる。Pulsarのレビューを読むとデジタル式の方が良いらしい。価格はあまり変わらない。AC200V用だが分電盤の赤黒配線から直接電気を取れば変換トランスが無くても使える。電気工作をやる人にとっては造作もない作業。たぶん違法だけど...

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2015-02-15

ネットで調べていたらアイリスオーヤマのこれ(KLA4)はプリント基板が入るらしい。情報は2チャンネルに1件だけなので個体差でうまくいかない可能性も有り。安物のラミネーターは温度の検出方法がかなりテキトーなので個体差があると思う。LTA42Eは加熱したゴムローラーにダイオードらしき物を押しつけて温度検出している。ダイオードによる温度測定は「ダイオード ボルツマン定数」のキーワードで検索すると見つかる。LTA42Eは380W、これは185W。ローラーの中にヒーターが有る物と外部からローラーを焙る方式の物が有るのでその差かもしれない。LTA42Eの380Wはヒーターの出力で設定温度に達したときの消費電力では無い。所定の温度に達した後は消費電力はかなり小さくなる

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2015-02-17

モナカ構造になっていないラミネーターは入り口が狭くて入らないと思っていたがこんな形状のラミネーターでも基板が入るようだ。YouTubeで「laminator PCB」のキーワードで検索するとどんなラミネーターが海外で使用されているか解る。この人は少し改造して温度を上げているようだ(温度センサーに直列に抵抗を入れている)半導体温度センサーは負の温度係数なので温度が上がるとセンサー両端の電圧が下がる。両端電圧を上げる改造をすればラミネーターの制御回路をだますことが出来る。プリント基板の転写に必要な温度はラミネーターの要求温度よりもたぶん高いのだと思う。要求される温度は熱転写紙<Press-n-Peel。Press-n-Peelでうまくいかなかった場合は熱転写紙で試してみると良い。基板もガラスエポキシの方が高温で転写する必要がある。ガラスエポキシでダメなら紙フェノールで実験してみると良い

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2015-02-19

予備機にKLA4を買った。amazonで送料込み約¥2000

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転写実験。基板はFR4。LTA42Eに比べて温度が低すぎる。素手で基板を触ってもそんなに熱く感じない

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分解して中を見る。半導体温度センサー方式では無くサーモスタット

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サーモスタットはこの皿の上に載っている。アルミレールの中にヒータが入っていてゴムローラーを焙る仕組みになっている。サーモスタットはローラーに接触しているわけでは無くヒーターの背面の皿経由で温度検出している。一番下の刻印「99」が温度だと思う。皿は耐熱性が高く熱抵抗が大きい材料で出来ている。サーモスタットが99度に維持されるならローラーはXX度程度に維持されるという仕組み。皿とサーモスタットの間にFRP等の熱の伝わりにくくなる物を挟めばローラーの温度を上げることが出来るはず。サーモスタットを無効にし出口側からローラーに接触するように棒温度計を差し込んでヒーターは手動スイッチでON/OFFするという方法でもよいと思う

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サーモスタットを無効にして実験。温度ヒューズが切れてしまう可能性があるのでやらない方が良い。温度ヒューズもアルミレールに固定されている。サーモスタットが壊れないという前提なら直結してしまっても良い

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温度ヒューズは157度らしい

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うまく転写できる。ヒータの能力は問題ないのでサーモスタットを高温の物に交換すれば良いことになる

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どんな温度にしたら良いか不明なので試してみるしか無い。価格は安い。送料込みで$2。先ず130度で実験する。ヒステリシスも意外と大きい。ローラーの温度を直接検出する方が理想的ではある。トランジスターのTO3パッケージのような固定金具が付いている物しか見つからない。到着まで2~3週間待つ

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2015-02-20

詰め合わせセットの方が良かった。130度を買ってしまったのでダメだった時はこれにしてみる。商品の検索キーワードは「Thermostat Assortment Kit」や「Thermostat Assorted Kit」。aliexpressではチップ抵抗やチップコンデンサの詰め合わせセットが割高感の無い価格で販売されている。特に説明が無ければサーモスタットはノーマリークローズ。冷えているときにON、熱くなるとOFF。NCやNO(ノーマリーオープン)と略記してあるときもある。aliexpressはファッション雑貨店が電子部品を売っていたりする。そういう販売店はNC,NOを明記していないので避ける
海外の情報を調べるとラミネーターはプリント基板のトナー転写用途としては温度の低い物が多いらしい。サーモスタット方式は温度ヒューズも併せて交換、半導体温度検出方式はセンサーに直列に付いている抵抗値を変更するのが定番の改造方法のようだ。抵抗値を大きくするか小さくするのかは回路に依存する。半導体センサーなら直列抵抗の値を大きくするとセンサーに流れる電流が小さくなってセンサーの端子間電圧がわずかに下がる

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2015-03-04

サーモスタットが届いたので交換。取付金具はサーモスタット本体に接合されていないので簡単に取れる

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130度だといつまで経っても切れない。Press-n-Peelを通してみたら熱で縮れてしまった。詰め合わせセットを買うことにする

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2015-03-14

セット品のサーモスタットが届いた

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電流が2Aなのでミノムシクリップで配線

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各温度での結果。基板はFR4+転写シートはPress-n-Peelという一番高温が要求される組み合わせ。前回130度でPress-n-Peelが縮れてしまったのはヒーターに直接フィルムが接触したためと思われる。サーモスタット(新品)が壊れていたという可能性も有り。前回より高い140度が最適だった。電源を入れてから約7分半かかる。ケースに入れた状態だと熱が逃げにくく結果が変わる可能性がある。実験用の基板がもう無い。室内で溶剤を使いたくないのでケースに入れた状態での実験は明日

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110度。温度低すぎ全くダメ

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120度。ちょっと付いたがまだダメ

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130度。あと少し

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135度。良好だが虫眼鏡で見るともうちょっとという感じ

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140度。良好

2015-03-15

完全に冷えた状態から所定の温度に達するまで約7分半。ケースに入れない状態と時間が変わらなかったのはたぶん実験中は温度が上がっていたから。ケース上面の温度は57度。内部はもっと熱くなっていると思うのでサーモスタット140度は限界に近いはず

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2枚同時に通す。サーモスタットはプレス中に全く動作しない。つまりローラーの余熱だけでプレスされる。基板が大きかったり、異常に冷えていたりすればローラーが奪われる熱量も大きくなるため違った結果になる可能性がある

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紙フェノール+熱転写紙は大体OK。この組み合わせは低温でも転写できる。下の方は転写時にずれたためひび割れしている。単純なズレでは無く紙の収縮の影響を受けたズレだと思う。トナー転写方式はパターンが全体的に小さくなるのが弱点。40pinのICが最大サイズ。Arduinoシールドを作るときはかなり大きめに穴を開けないとサイズが合わなくなる

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FR4+Press-n-Peel。この組み合わせは高温が要求される。何故か転写不良。原因推測
・ローラーをヒーターで焙る方式なのでローラーの温度が十分に上がっていない
・室温15度のため基板の温度が低くローラーの熱が奪われすぎた
ヒーターの温度上昇に比べてローラーの温度上昇がたぶん遅い。ヒーターはサーモスタットによって制御されるがローラーの温度は直接制御されていない。こういう制御方式だと使っている間に徐々にローラーの温度は上昇していく。

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やり直し。基板は本体の上で暖める

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途中で煙が出た。サーモスタットが切れた後、基板を通している途中だったため埃が高温のヒーターに触れたのかもしれない。開けてみたが何処にも異常箇所が無いのでたぶんヒーターの内部から。転写状態は良好。サーモスタットは130度程度まで下げた方がよさそう。サーモスタットが2回動作した後に通すようにすればかなり低温設定でもいけるはず

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上蓋は外した状態でも使える

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サーモスタットを130度に変更。サーモスタットの交換はスイッチ部を分解せずに行える。薄汚れた色の耐熱樹脂を上方に引っ張り上げる。爪が引っかかっているのでケースと樹脂の間に薄い物を差し込むと簡単に引き上げることが出来る

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基板は本体の上で暖める。本体の温度は52.9度。まだ完全に冷えていない状態で実験再開しているのでコールドスタート時よりはローラーの温度はやや高くなっていると思われる

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転写結果。埃の挟み込みが多いが良好。目盛がいくつか飛んでいるがたぶんセロハンテープ1枚分熱が伝わりにくいため。基板をドライヤーなどで予熱すれば改善すると思う。
まとめ:
 ・サーモスタットはケースに入れるなら130度、むき出しで使うなら140度
 ・140度以上はたぶん無理
 ・サーモスタットのヒステリシスはかなり大きい。個体差もある
 ・サーモスタットが切れた直後が最もローラーの温度が高い
 ・基板は予熱した方が良い
 ・ローラーの温度はオープンループ制御なので徐々に上がるサーモスタットが1回目に切れた直後より2回目に切れた直後の方が温度が高くなる(たぶん)

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2017-02-02

OPPテープはセロハンテープよりかなり安いが熱で溶けてしまう。転写自体は問題ないがラミネーターのローラーが粘着剤で汚れる。使ったOPPテープはカインズホームブランドの物。梱包用のガムテープサイズではなくセロハンテープ幅の物

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