JLCPCBからニキシー管用DCDCの基板が届いたので早速組み立てました。

基板が届く

注文してから1週間ほどでJLCPCBから基板が届きました。

JLCPCBに指摘されてデータを修正した端面スルーホールですが、とても綺麗に作られています。金メッキの基板って綺麗ですね。

JLCPCBでメタルマスクを作ると、開口部の形状がただの四角形から、[ ]のように部品の中央に近い部分にマスクを追加してくれます。

これにより、クリームはんだが溶ける際に部品が正しい位置に移動しやすくなるのと、部品の下の余分なはんだが減っるためにはんだボールの発生が軽減されます。これはいいサービスだと思います。

クリームはんだの印刷

それでは、クリームはんだを印刷しましょう。ダンボールに基板を乗せます。

メタルマスクを上に乗せて、四隅の穴にマップピンを刺します。これで位置合わせとメタルマスクの固定をします。

今回は、DCDCコンバータが正常に動作するかわからないので、右側の1列だけ部品を実装して3つだけ製作しようと思います。2列目にはんだが印刷されないように、マスクしておきます。

メタルマスクの奥にクリームはんだを乗せます。クリームはんだはオーブンでも簡単にリフローできるよう低融点の鉛フリーはんだを使っています。

今回は印刷する幅が狭いので、50mmの幅のパテベラを使います。

クリームはんだを手前に引き寄せながら、クリームはんだを印刷していきます。日本製のヘラは先端の加工精度が高く、均一な力でムラなくクリームはんだを印刷することができます。

クリームはんだが綺麗に印刷できました。

部品の実装

続いて部品を実装していきます。部品を掃除機のように吸い付けることができる、吸着ピンセット HAKKO394を使います。

部品はテープから直接吸着します。極性のある部品は、テープの中では必ず同じ向きに収納されています。上の部品はLEDですが、テープの手前がアノード、奥側がカソードの向きに収納されています。HAKKO394で吸着した部品も、手前がアノードになります。

実装する基板の向きも手前がアノードにしておくと、吸着したままの向きで部品を実装することができます。

このため、たくさん面付けされた基板など、同じ向きで部品を実装する場合に、とても素早く実装することができます。

ノズルを交換することで、大きな部品も吸着することができます。この基板の全ての部品を、吸着ピンセットHAKKO394で実装しました。

3つだけということもあり、あっという間に実装が完了しました。

ノズルには純正品ではなく、これを使っています。

純正品よりも短くて太いために、位置合わせや吸着力が高くて、使い勝手が良いです。

リフロー

熱風で庫内を加熱する、テスコムのコンベクションオーブンでリフローします。

中に熱電対温度計のセンサーを入れておいて、温度をモニターしながらリフローします。

テスコムのコンベクションオーブンは、加熱の途中でも設定温度を変更できます。温度計をみながら、90度でプリヒートした後に、130度まで徐々に上げ、165度に急上昇させてリフロー完了です。

扇風機で冷却します。

綺麗にリフローできました。

捨て基板から切り離して、完成です。

特性を調べてみる

以前作ったダミーロードに今回作ったDCDCをセットして、どのくらいの負荷に耐えられるのかを調べたいと思います。

このダミーロードは、スイッチを1つONするごとに0.5mAずつ負荷が増えていきます。

まずは無負荷の状態で、電源を接続します。DCDCコンバータは5Vから175Vを生成しています。

それではスイッチを1つONしてみます。

おや。電圧が153Vに低下してしまいました。0.5mAでも負荷が大きいようです。

さらにスイッチをONしていきます。ONするスイッチが多いほど出力電圧は低下していきます。負荷に対して昇圧が全然間に合っていないようです。

原因の1つ

昇圧できない問題を調べていてわかった原因の1つが、過電流保護のために入れていたリセッタブルヒューズでした。

リセッタブルヒューズで降下している電圧が0.3V程度ありました。DCDCコンバータでは175Vに昇圧するために5Vの電圧を35倍しているのですが、4.7Vの場合は38倍にしないといけなくなります。倍率を上げるためには、入力電流が増加します。

するとリセッタブルヒューズが加熱し抵抗が大きくなります。それにより、リセッタブルヒューズでの電圧降下が大きくなります。もっと昇圧しないといけないので電流が増加します。

という具合に、リセッタブルヒューズでのちょっとした電圧降下が、徐々にDCDCコンバータの効率を低下させ、目的の電圧まで昇圧できないという問題につながっていました。

リセッタブルヒューズは入れない方がいいのかもしれません。

原因のもう一つ

原因ももう一つがDCDCコンバータの選定にありそうです。DCDCコンバータの回路は、パターンを切って電流計を間に入れたり、オシロスコープをつなぐと、ノイズが増えたり特性が変わってしまいます。そのため、まだ詳しく調べられていないないのですが、省電力のDCDCコンバータを使ったためか、PWMではなく間欠動作のPFMっぽい動作としています。

もう少し解析が必要そうです。

せっかく綺麗に基板ができたので、なんとかうまく動作させたいと思います。