以前、IOピンがいっぱいあるMAX10 FPGAの評価ボードと、そのステンシルを設計して、SeeedStudio Fusion PCBに発注していました。

その基板とステンシルが届きました。マルツに注文していたMAX10 FPGAも届きました。

全て揃ったので、早速組み立てていきましょう

ハンダペーストの印刷

基板とステンシルの微妙な関係

これまで、ステンシルを使ってハンダペーストを印刷するときは、対象の基板の周辺に、厚みの同じ捨て基板を配置して、

ステンシルをテープで固定していました。

こんな感じに。このとき、基板のランドに合わせて、ステンシルの穴がぴったり合うように、ステンシルの位置を微調整して、テープで固定します。0.5mmとかピッチの狭いICが載っている場合、位置決めがとてもシビアです。

また、Fusion PCBから届く基板は、外形はほぼ同じですが、基板によっては外形とパターンの位置関係が微妙に違う場合があり、複数枚印刷しようとすると、毎回ステンシルの位置合わせが必要になったりします。

基板とステンシルに穴を開ける

そこで、基板と、ステンシル両方に穴を開けておいて、画鋲で位置合わせをする方法を実験してみました。

こちらが基板のデータです。中央がメインの基板で、両サイドに捨て基板が付いています。メインの基板と捨て基板とは、Vカットで切り離せるようにします。そして、捨て基板の上下の端に直径1.0mmの穴を開けておきます。

こちらが、ステンシルのデータです。捨て基板の穴と同じ位置に、0.9mmの穴が空いています。画鋲の針の太さが0.9mmなのでその直径にしてみました。(0.9mmだときつかったので、0.95mmか1.0mmがいいと思います)

画鋲を使って位置決め手順

それでは、実際に画鋲で位置決めをしてみましょう。

ダンボールを2枚重ねにして、中央に対象の基板を置きます。手前と奥に同じ厚みの捨て基板を配置して、対象の基板を挟み込み、中央の基板が動かないようにします。捨て基板とダンボールをテープで固定します。

ステンシルを基板に重ねます。

ステンシルと基板の穴に画鋲を刺します。

四隅の穴に画鋲が刺せれば、位置合わせ完了です。微妙な位置合わせは全く不要。超簡単。

ハンダペーストを印刷

ハンダペーストをステンシルに載せる前に、ハンダペーストをよく撹拌します。1〜2分くらいかき混ぜます。ペーストが滑らかになることで、均一に印刷できるようになります。撹拌は絶対にやった方がいいですよ。

ステンシルの奥側にハンダペーストを載せます。

マルツの会員カード(でなくてもいい)のスキージで、1cmを1秒くらいのスピードで手前に移動していきながら、ハンダペーストを基板に印刷していきます。

どうでしょう。これは0.5mmピッチのMAX10 FPGAが載る部分です。ハンダペーストが完璧な位置に印刷できています。この基板を3枚印刷しましたが、全て完璧な位置に印刷できました。

部品を実装

部品を載せていきます。面積の大きなICはピンセットでは摘めないので、バキュームピックを使うと、簡単に載せることができます。

チップ部品は、逆作用ピンセットで載せていきます。普通のピンセットだと、部品をつまんだ時に力が入り過ぎて、プルプルして弾けて部品がどっかに飛んでいくということがよくあります。逆作用だとそれが全くありません。私はエンジニア製のSMD逆作用ピンセットPT28を使っていますが、普通のピンセットではもう絶対やりたくありません。それくらい逆作用は便利です。

今回、FPGAの周辺にパスコンを多く配置しないといけなかったので、1005サイズの部品を使いました。1005サイズは小さすぎて、上記のPT28の逆作用ピンセットでは摘めません。そこで、先の細いホーザンのP-652という逆作用ピンセットを買いました。

これで、スムーズに1005サイズの部品を載せることができました。

表面実装のピンヘッダを載せて、実装完了です。

ホットプレートでリフロー

ホットプレートで1枚ずつリフローしていきます。熱電対で基板の温度を測りながら加熱すると、加熱し過ぎずいい感じにリフローすることができますよ。

私が使っているのはこれです。だいたいの温度がわかればいいので、安いので十分です。

リフロー完了

いい感じにリフローできました。あとは、両サイドの捨て基板をVカットの溝で切り離すだけです。

Vカットになっていなかった

なんということでしょう。Vカットで注文していたはずの場所が、Vカットされていません！！！

データ上はVカットするような指示になっているのですが、シルクにVカットラインを入れたのが間違いだったのかな。いつもはこれで、Vカットできていたのですが。今度は外形レイヤーに入れようと思います。

仕方ないので、アクリルカッターで手動Vカットを行います。基板の両面にアクリルカッターで溝を掘ります。でも、基板が硬くてすぐ刃がダメになって、深くは掘れません。

完成！

なんとか捨て基板の部分を切り離し、MAX10 FPGAボードが完成しました。

オール表面実装部品なので、裏面にピンがありません。実験中に基板の裏で勝手にショートすることがありません。これは便利。

USB Blasterで認識するか

それでは、正常に認識できるかUSB Blasterをつないで、Quartus Primeで見てみましょう。

中華製のUSB Blasterクローンはwindows10に素直にセットアップすることができません。セットアップ方法はこちらです。

Quartus PrimeのProgrammerで[Auto Detect]をクリックします。

おおおおおお！10M02 FPGAが見えています。FPGAが正常に認識できました。

Lチカしてみる

このボードには50MHzの発振器が載っているので、そのクロックを分周してLEDを点滅させてみます。

おおおおおおお！Lチカできました。FPAGも正しく動作することがわかりました。

さーて、IOがたくさんあるし、なんでも作れちゃうぞぉ。

MAX10の使い方はこちらの本が詳しいですよ。私も持っています。

2019.7.19 つづき　このFPGAボードを使ってカラーのNTSC映像信号が生成できました。

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