道具から入る自作基板入門 その5 基板到着と動作確認

概要

去年の年末にFusion PCBに注文した基板が届きましたので、基板の紹介と動作確認をしたいと思います。

到着までの流れ

  • 2020/12/28 Fusion PCBに注文
  • 2020/12/30 注文データ確認が終わり製造開始
  • 2020/12/31 製造完了
  • 2021/01/06 出荷
  • 2021/01/15 大阪到着
  • 2021/01/16 到着

上記の流れでした。年末年始を挟んでいるので、出荷まで少し長いかもしれません。今回はJapan Direct Lineを選択したので、ある程度量がまとまってから船便で大阪に送り、その後に佐川で配送される流れとなります。ちなみに追跡番号は大阪にならないと反映されません。大阪からだと翌日には大抵着くのであまり意味がないかもしれません。

もう少しだけ送料を出せばもう少し早く手に入ると思います。ただしSeeed社のFusion PCBより早い会社は結構あると思います。

到着したもの

こんな感じにプチプチにくるまれて、真空パックされた基板が届きました。基板って10枚頼むと11枚ぐらい来るものだと思っていたのですが、全部10枚ピッタリでした。

こんな感じの仕上がりでした。はじめてなので、品質がよくわからないですが満足です。

こんな感じで、3種類注文してみました。

こんな感じになりました。

Grove Ship

これが最初に作りたかった基板です。これはコネクタを全部のせてみたところです。

こんな感じのコンセプトです。ちょっとだけ列の配置が変わっていますが、I2Cなどのモジュールを右側のピンソケットにさして、ジャンパピンをつかって配線を指定するボードになります。

ブレッドボードがあまり好きじゃないので、これを使うとI2Cセンサーなどの動作確認などがやりやすいかなって思っています。

実際に組み立てたものです。BM180をさしているところかな。最大10ピンまであるので、アドレス指定があるようなものもVCCやGNDに接続しやすいはずです。

これは回路はほとんどないのですが、プロトタイプ基板で作ろうとすると配線が面倒になるタイプの基板です。とはいえ、はんだ付けが150箇所弱あるので難易度は低いですが、組み立てるのが面倒です。

GreenPAK Learning Ship

前回紹介したGreenPAKの学習用ボードです。

こちらも組立前にジャンパピンやピンソケットを準備しておいてから組み立てます。この基板は結構実装に苦労して、まだ全部が完成した基板ができていません。何箇所か断線してしまったところがあるんですよね。他の基板を確認したところ導通しているので、ハンダ組み立て中に壊したかな。

とりあえず、入力可能なGPIOをI2C経由で状態取得することまでは確認が取れました。3.3V出力のレギュレーター実装周りがちょっと確認できていませんので、まずは全体を5Vで動かしています。

LEDが多いので、実装が面倒です。。。

GreenPAK IO Ship

縦にながーい基板です。プロト基板っぽいレイアウトで、GreenPAKを使い捨てみたいに使えるようにも考えています。どのように使ってもいいのですが、右側はサーボと同じ配列でIOが並んでいます。左側はターミナルで使えるように、IOとGNDが交互にならんでいます。

秋月さんの抵抗入りLEDを左のソケットにさしておくと、学習ボード的な動きになります。。。こちらのボードが一番実装がかんたんですね。GreenPAKのICとパスコン2つ、Groveコネクタだけ実装すればとりあえずは完成です。

実装について

やはり、肉眼のみの確認では限界を感じました。

組み立ては上記のマイクロスコープをメインとして使って、実装が終わってからはルーペで再度確認しました。

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上記のルーペを使いましたが、マイクロスコープだとわかりにくい細かいところまでくっきりみえます。背の高い部品を実装しちゃうとだめなんですが、表面実装の確認だけだったらかなりおすすめです。

G600は使いやすいのですが、そこまで細かいところをくっきりみるためのものではない気がします。すこし解像度が足りないかな。

最初は普通に実装していたのですが、あまりうまくいかないので上記のICおさえを作ってみました。

材料はダイオーのピンセット。

下になる面を2本のペンチなどをつかってまっすくに伸ばして、上側もがんばって曲げます。今回はICに傷がつかないように先が丸いピンセットを使いましたが、小さい抵抗などはすべって固定できないので尖ったタイプのピンセットでもいいのかもしれません。

ちなみに、上にあったICを押さえつけた状態で、Grove端子から動作確認しようとしたらショートして電源が落ちてしまいました。。。

マスキングテープなどをつかって、絶縁をしたほうがよいと思います。固定した状態でフラックスをつかってからはんだ付けすることで、比較的安定して実装ができるようになりました。

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初心者でも表面実装ICやチップ部品の半田付けが容易。

ちなみに、製品はあるのですがちょっと高いんですよね。ホビーユースだと10センチ四方ぐらいしか実装しないと思いますので改造ピンセットでもなんとかなると思います。

ピンセットの改造例を何点かみていたので自作してみました。先人の知恵に感謝です。

動作確認について

今回は3枚ともGrove端子の接続です。動作確認はM5StickCをおすすめします。M5StickCは電源管理にAXP192がはいっています。このICは結構高性能で、ショートさせても全体の電源を落としてくれます。あまり好ましくないですが、バッテリー駆動しているM5StickCを使ってGrove接続することで間違ってショートさせてもM5StickCの電源が落ちるだけになります。

ちなみにショートさせたM5StickCはパソコンに接続すると復活します。何度かVCCとGNDをショートさせてしまいました。。。とはいっても、ショートはよくはないので、なるべく避けるようにしましょう。

ちなみに、ケーブルにコネクタを付けた状態で基板に押し付けることで、I2Cのスキャンぐらいは可能でした。コネクタを実装しちゃうと表面実装がしにくくなるので、簡易的に動作確認をしつつ組み立てていきました。

道具の限界

今回表面実装をしてみて、いろいろ限界が見えてきました。まず、中華ハンダゴテは辛いです。特に使っていたものが、温度調整ができるのですがダイヤルがぐらぐらで、気がついたら温度が変わっています。そして温度計があるタイプではなく、出力を調整するタイプなので正式な温度がわかりません。

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表面実装をするのであれば、おとなしくFX600を購入したほうがよさそうですね。小手先も今は1.2Dを使っていますが、次はC型にもチャレンジしようかと思っています。小手先は互換性ないので、買い直しになりますね。

あとはフラックスクリーナーは必要ですね。アルコールとかを綿棒につけてもなかなかきれいにならないので、あったほうが良さそうですね。

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表面実装用のハンダはgootのを購入したのですが、ピンソケットなどに使う普通の太さはダイソーの安いやつなので、そっちもそろそろちゃんとしたのを買いたいと思っています。

まとめ

もうちょっと動作検証が必要ですが、はじめての基板作成はなんとかできました。いまのところ致命的な回路の間違いはなさそうなので、次回作は別のものを作成予定です。

今回は3種類たのんで、3千円ちょっとなので金銭的には毎月たのんでもまあなんとかなりそうですね。とはいえ、今回のGreenPAKはいろいろ実験したいので次は2月末ぐらいかな。。。

ちなみに基板の販売はしないですが、余っているものをおわけすることはできますので欲しい人は連絡いただければと思います。

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