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設計した基板到着

最近は個人活動としての開発ネタが多い。回路とパターン(アートワーク)設計した基板が到着した。試作なので自分で部品実装しても良かったのだが、意外に部品点数が多く、時間節約のため部品実装も依頼。基板と部品実装はP板.comに依頼した。ステマじゃないが、ここは本当に良い仕事をする。パターン設計上の問題点は的確に指摘してくれてミスった基板は作らせないし、部品実装にしても細かい部品にも関わらずブリッジやテンプラは無さそうだ。

火入れの前に判明したミスがいくつかあった。SMDのパッドは問題なかったのだが、一部のライブラリでDIPのランド径が小さかった。まさかDIPのライブラリでミスると思わなかった。SMDは何度もサイズを確認したが、DIPはピッチだけ確認してノーマークだった。油断大敵。一応ハンダ付けは可能なので試作デバッグには支障が無い。うーん、でも改版決定。

些細な所ではVIAにレジストを被せるつもりが、P板から提供されているEagleのCAMファイルがデフォルトではVIAもレジストを避ける設定になっていたのに気付かずガーバーアウトしたため、VIAも銅箔が露出してしまった。調べてみると、VIAをレジストで覆うか否かは昔と今とでは考え方が逆になったようだ。確かに90年代に回路を書いていた時は、仕上がって来た基板のVIAは銅箔が露出していた。プローブをVIA経由で当てて信号を取っていたのを覚えている。

以前は、VIAはレジストを覆わないというのが標準だったらしい。VIAをレジストで覆うとVIAの穴の中にレジストが入り込み、VIAの中に泡ができた場合、その後のリフロー工程で泡が熱膨張してはじけ、レジストの残留物がVIAのスルーホールの金属を酸化させるのが理由だそうだ。現在は表面実装が主流となり、クリームハンダによるトラブルを防ぐ意味合いからVIAはレジストで覆うのが標準になったようだ。別記事で改めて書く予定だが、P板提供のEagle用CAMファイルを使ってガーバーアウトすると、レジスト出力時にVIAも出力するようになっている。これを外すだけで、VIAはレジストで覆われる設定になる(ガーバーファイルの内容は確認済)。

さて、デバッグ開始である。先ずは生基板の電源ショートチェック。今時のCADは当然DRCもあるし、基本的にVCCとGNDを接続するようなネットは吐けないので20年前とは違ってここでミスることは皆無だろう。ジャンパーのセッティングを確認し、いよいよ火入れ。電源ON後、1秒後も経たずに速攻OFF。CADのライブラリ作成時も何度も確認はするが、思い込みによるライブラリ作成ミスや、実装部品の誤実装は考えられる。徐々に電源ON時間を延ばしながら、異常発熱や異臭が無いのを確認。問題無さそうなので、改めて電源ON。JTAG ICEはあっさり認識。プログラムを焼いてみると、CPUも一発で動作。デバッグメッセージをシリアルコンソールに吐き始めた。まぁワンチップなので、一発で動いてもらわないと逆に困るのだが。

今回基板を小型化するため、標準のCR類のサイズに1005を採用した。それもあり、以前の記事にも書いたリワーク用のツール類を奮発して導入した。保険を掛けると事故が起きない法則通り、今の所出番は無し。素直に喜ぶべきなのであろう。

さて、次はいよいよI/Oの確認とプログラミングの仕上げに入る。後方では先日購入した3Dプリンタがこれまた色々と試作検討部品を印刷中。今週末もGWも休暇を繋げて長めの休暇となっているが、基本的に開発のため引きこもり。季節も良くなり、オープンにしてのドライブに誘惑されているが、頑張って開発を一気に進める。

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genre : コンピュータ

3Dプリンタ XYZプリンティング DA VINCI(ダヴィンチ) 1.0 購入

既に何度か書いた通り、あくまでも個人の研究開発としてソフトや回路を開発し、アートワークまでやって基板を起こしたりしている最中である。特別な用事が無い限り、帰宅後や土日祝日休暇の時間はほぼこれに費やしている。もう1年くらいこんな生活だろうか。毎日夜遅くまでやっているので眠いのだが、エンジニア人生最大のプロジェクトなので老体にムチ打って取り組んでいる。

という訳で、今度は機械設計である。あるプラスチック(樹脂)パーツを作りたいのだが、開発経験はゼロである。射出成形の本や資料を読み、家にあるプラスチック製品の構造を片っ端から調べながら、ようやく構造や作り方が理解できてきた。詳細は後程書く予定だが、3D CADも各種検討し、購入した。何とか設計できるレベルになってきたので、次は試作である。ご存知の通り、3Dプリンタがかなり安くなってきた。最初はMakerBotのReplicator辺りを考えていたのだが、約30万円の価格には躊躇してしまう。と思っていた所、XYZプリンティングジャパンから69800円という低価格でDA VINCI(ダヴィンチ) 1.0が発売された。レビュー記事も好評の様なので、購入に踏み切った。

一般に3Dプリンタを個人で買う場合は模型やフィギュア等に使用する場合が多いのだろうが、自分の場合は機能部品の試作。その視点で先ずは感想を。

良い点としては、コストパフォーマンス絶大、機能検証には充分使える。3Dプリンタなら実現できるとは頭では理解していたが、実際に自宅で、頭で想像していた物を具現化できることを目の当たりにすると、改めて感動する。妻はカーナビ以来の驚きだと言っていたが正にその通りだと思った。それから特筆すべき点はMacを完全にサポートしている点である。MacとUSB接続すると、ドライバ的にダビンチ 1.0はMacからはModemに見える。ファームアップデートも含め、全てMacからできるのはMacユーザーの自分としては非常にありがたい。

悪い点、というか仕様上、仕方が無いと捉えるしかないのだが、筐体は大きい。作れる物が20 x 20 x 20 cmと大きいため、筐体も大きくなってしまう。あとはDA VINCI特有の問題ではなく、現状の3Dプリンタ全般に言えることだが、印字品質(見た目)はお世辞にも良くはない。鑑賞用途には表面仕上げ作業は必須だろう。自分の仕様用途は機能検証用なので、全く問題無し。あと運用にはコツがいる。プリンタとは言うが、3Dプリンタはまだ過渡期。CanonやEPSONの紙に印字するプリンタとは訳が違う。台座であるプラットフォームにフィラメントが定着させるコツや、運用後の清掃等、メンテが必要になる。

それから追記として書いておくと、普通の人が3Dプリンタを購入する場合は注意が必要である。3Dプリンタで何をするかを明確にしておかないと、宝の持ち腐れになる。当然だが、今回の様な機能部品を作る場合は、3D CADを使った設計スキルを要する。例えば基板との位置関係を考えた上でボス(ネジ穴)を設置したりする作業を3D CADの機能を使って表現する必要がある。簡単な皿や箱であれば、3D CADの基本的な機能さえ理解できれば、比較的簡単に設計できると思う。また、ネット上には色々な無料/有料なデータがあるので、それを印字するだけなら技術的なスキルは必要としない。

前置きが長くなったが、ダヴィンチ1.0の導入編。

開梱した時の状態。価格が安いので、梱包は適当と思ったら一般の家電と全く遜色無い丁寧な梱包。



エクストルーダー(プリントヘッド)もプラットフォームも輸送時の破損を防ぐため、しっかり固定されていた。



安曇野の自宅なら問題無かったが、東京の自宅であるマンションは狭い。設置場所が無いので、32インチ液晶テレビの撤去を断行。どうせテレビは見る時間は無いし、いざとなったらHDDレコーダーとVULKANO FLOWでネット経由でMacで見れば良いということで、テレビ無しの生活へ。



購入してから知った事だが、このダヴィンチ1.0にはキャリブレーション機能が搭載されていた。初期導入時、プラットフォームの位置を出すためキャリブレーションが行われる。プラットフォームが上昇し、隅にある金属プレートとエクストルーダーの射出口左にある金属を接触させ、電気的にZ軸の位置を確認をしているようだ。これを3カ所行う。低価格機なのに優れもの。ちなみに内部は白色LEDの照明付き。構造上内部は暗くなるので、照明は非常に助かる。



エクストルーダーは210℃、プラットフォーム(テーブル)は90℃になるとプリント開始。プラットフォームはガラスで、内側にはヒーターが内蔵されている。ガラス面のままだと、印字中、フィラメントが動いてしまい、印刷がグダグダになる。そのため、プラットフォームにはスティック糊を塗る。ダヴィンチの箱を開けた時にスティック糊が出て来て、最初何に使うか理解不能だった。この糊が、しっかり溶けたフィラメントをプラットフォームに固定する。しかしガラス面に直接塗ると、印刷後の清掃が大変。調査したところ、マスキングテープやポリイミドテープを貼ると良いと言うので、取り敢えずマスキングテープを貼った。しかし、イマイチ。その上にスティック糊を塗った所、これはなかなか良い結果。汚れたら剥がすだけ。暫くはこれで運用してみる。



3D CADで設計した部品を早速印刷。空間に印刷は出来ないため、中空部はサポーターと呼ばれる部品がソフトで自動生成され一緒に印刷される。これはニッパーやカッターで簡単に切り取れる構造になっている。





サポーターをニッパーとカッターで取り除き、仕上げた後。作業時間は1〜2分。図面や画面の中だけで検証するのと、実際にモノが目の前にあるとでは雲泥の差。充分機能検証が可能だ。従来の手法でやっていたら、数十万、いや、数百万円という費用が掛かったかもしれない。

まさか自分が3D CADでプラスチック部品を設計し、69800円の3Dプリンタで自宅で試作するとは思わなかった。これぞ21世紀だ。


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ステーションタイプはんだごて、はんだ除去、SMDリワーク HAKKO FM-206 購入

あくまでも個人の活動として、自宅にて1005の様な極小チップ部品を使う本格的な回路開発やデバッグを行い始めた。先日ガーバーアウトして、今月には基板及び部品実装が完了して手元に届く。もはや従来持っていたハンダゴテやピストンタイプの吸取器(吸引機)では対応できなくなったため、本格的なステーションタイプのハンダゴテを購入した。購入したものはHAKKOのステーションタイプFM-206。はんだごてに20万円近い投資をするのは気合いが必要だったが、プロとして道具には投資をすべきだろうと判断した。基本的に設計が完璧であればリワークなど必要ないのだが、道具が無い時に限って設計ミスが見つかり、部品の交換が必要になったりする。今までの経験上、対応可能なツールを持っていると意外に出番が少なかったりで、保険の意味も含めて購入した。

FM-206には標準ではんだこて FM-2027 の他、直熱式のSMDリワークツールのホットツイーザー(パラレルリムーバー) FM-2022、熱風式の同じくSMDリワークツールのホットエアー FM-2029(ブロア)を標準装備。更にオプションであるDIPのはんだ除去ができる吸取器(吸引機)FM-2024 も購入。こて先やノズルは全て別売りで非常に多彩なラインナップがあり、今回のデバッグに使えそうな物をいくつか購入した。

通常はメーカーの開発部や製造工場のリワーク部署にある道具なのだが、個人宅の机の上に置くと存在感があり過ぎる。



簡単にインプレッション。先ずは全体的に起動が異常に速い。当然温度調整ができるのだが、300℃にこて先が到達するのに15秒程度。

はんだごては当然温度設定可能。プリセットで3種類を設定できて即座に切替られる。鉛フリーはんだもストレス無し。使い勝手も軽くて非常に使い易い。

パラレルリムーバーは使った事はなく、今回生まれて初めて使った。使ってみるとこれが実に素晴らしい。1005は勿論、2012クラスの大型のチップ部品まで簡単に外せる。従来ならはんだごて二刀流で気合いで外していたのだが、そんな苦労はもう要らない。しかも幅広のこて先を使うと、SOPや放熱端子付きのチップ型3端子レギュレーターも簡単に外せる。練習がてら、壊れた基板の部品を外して練習していたのだが、楽しくて載っている部品を全て外したくなるくらい快適であった。

ホットエアーは44pin程度のQFPなら問題ないが、大型のQFPを外すにはちょっと厳しい感じがする。標準搭載されているツールの中では一番コツを要求されるかもしれない。以前、大型のブロアを使ったことがあったが、ノズルの形状がQFPのピンに沿う様な四角形をしていたが、このホットエアーのノズルは丸形。まだコツを掴めてないのか、練習でQFPを外すのが苦労した。機能としては、温度は勿論、エアーの流量も当然変えられる。QFPを交換する様なシチュエーションは流石に無いだろうが、万が一の時には役立つだろう。

はんだ吸取器も快適。ステーション型のはんだ吸取器はポンプがグリップ側本体に内蔵されないため、軽くて振動が少ないので非常に良い。気持ち良いくらいにDIPのはんだが瞬殺で除去できる。



FM-206本体には3ch分のツールが接続可能。液晶パネルを見ながらボタンとダイヤルで各種パラメーターを設定できる。



基本的に本体にはこて先は含まれてないため、全て別売りで購入。こて先は1500〜2000円、ホットエアーのノズルは4000円、吸取器は6000円、パラレルリムーバーのこて先は他と比べて高く8000円程度。こて先だけでホビー用のはんだこてが買えそうな勢いだが、全てのこて先にはヒーターが内蔵されているため仕方がないのかもしれない。



これらが活用されないことを祈りつつ、基板が到着するのを待つとする。

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Author:hashiken
基本的に自分で作る、直す、メンテする。東京と安曇野の二重生活。

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