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CH552用の便利な書き込み機が完成しました

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PCBWayに注文していた基板を組み立てて、CH552の書き込み機が完成しました!

前回の注文時の記事はこちらです。

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届くの早いよ

大きな箱で届きました

PCBWayに基板を発注したのが9月5日で、基板が届いたのが12日。届くまであっという間でした。基板が10cm x 20cmと大きいため、大きい箱で届きました。

USB Type-Cの細いパッドや、スペーサの穴などとても綺麗に仕上がっています。

メタルマスクも綺麗にできています。ただ、基板とメタルマスクを位置合わせするために、メタルマスクの四隅に開けている穴(写真右下)のサイズが設計の0.75mmではなく、1.2mmでした。データが間違っているのか、後で確認してみます。この穴が大きいと、クリームはんだが位置ずれしてしまいます。

基板の修正

今回の基板で一部間違っている部分があり、基板の改修を行います。CH552のプログラム書き込み時には、USBのD+信号をプルアップします。このプルアップの電圧は3.3Vが良いようですが、先に読んでいた海外の情報では5Vとなっており、5Vでプルアップする回路にしてしまいました。

そこで、5Vを分圧して3.3Vになるよう、10kΩのプルアップの抵抗に20kΩのプルダウンの抵抗を追加します。

20kΩの抵抗を基板に追加するため、GND側のパッドを用意します。レジストをカッターで削ってもいいのですが見た目が悪いため、レーザーカッターで四角いパッド形状にレジストを除去することにしました。

レーザーカッター「Etcher Laser Pro」はカメラが搭載されているため、画像を見ながら部材のどこを加工するのか位置合わせできます。それでもミリ単位ではずれてしまうため、何度も位置を調整しました。

レジストが綺麗に除去されて、ベタGNDに抵抗用のパッドが出現しました。

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基板の組み立て

はんだペーストを印刷

ターゲットの基板の両サイドに、同じ厚みの基板を配置して、クリームはんだの印刷中にメタルマスクがたわむのを防ぎます。

メタルマスクを載せて四方の穴にマップピンを差し込み、基板とメタルマスクの位置合わせをします。メタルマスクの穴がマップピンの0.7mmよりも大きい1.2mmなためメタルマスクにガタが発生してしまいまいた。

メタルマスクの奥にクリームはんだを載せます。クリームはんだには、低温で溶けて普通のオーブンでもリフローしやすい、低融点鉛フリークリームはんだを使っています。リフローするまで気づかなかったのですが、間違えて普通の温度の鉛フリークリームはんだを使ってしまいました。

印刷に使うヘラには、適度にしなるフレキシブルパテを使います。

クリームはんだが印刷できました。

メタルマスクの穴が大きいために印刷位置がずれしてしまい、何度もやり直して少しはマシな印刷ができました。

レーザーカッターで開けたパッドにも、クリームはんだを塗布します。

ノズルにはこれを使っています。テーパー状になっているので、パイプ状の物よりもクリームはんだをより弱い力で押し出すことができます。

はんだペーストのシリンジ用のノズル5本セット | kohacraftのshop
はんだペーストのシリンジ用のノズル5本セット480円(非課税)はんだペーストのシリンジの先に接続して使うノズルです。徐々に細くなるテーパー状の形状により、はんだペーストがスムーズに押し出されます。穴の内径は0.41mmです。0603(1608M)程度のパッドであれば、はんだペーストを載せることができます。🟡内容物・ノズ...

部品の実装

電動バキュームピックアップツールの「HAKKO 394」で部品を実装していきます。

「HAKKO 394」で実装する最大のメリットは、テープから直接部品を吸着できることです。極性のある部品は、テープの中に同じ向きに収納されています。

「HAKKO 394」で吸着すると、必ず同じ向きに吸着することができます。

吸着される部品の向きと、実装する基板の向きを同じ向きにしておくことで、吸着した向きのまま実装することができます。これがとても効率的です。

テープから部品を取り出してしまうと、背面を向いてしまう部品もあります。また、向きもバラバラです。ダイオードは特に背面を向く確率が高く、裏返すのも大変です。

テープから直接吸着することで、部品を裏返したり向きを揃えたりする手間がなくなり、実装スピードが劇的に上がります。

全ての部品が「HAKKO 394」で実装できました。

リフロー

熱風が庫内を循環し、温度ムラが少ないコンベクションオーブンでリフローします。使っているテスコムのコンベクションオーブンは、加熱の途中でも温度を変更することができます。

庫内にK型熱電対温度計を入れておいて、クリームはんだの温度プロファイルに沿って加熱していきます。

温度を上げて、クリームはんだが溶ける温度の138度になってからも、全く溶ける様子がありません。それはそうです。低融点クリームはんだのつもりで、融点が217度の普通の鉛フリークリームはんだを塗ってしまいましたから。

温度を220度に上げると、クリームはんだが溶けました。改造して追加した温度Boostボタンを使って、240度程度まで上昇させてリフロー完了です。

扇風機で冷却します。

リフローが完了しました。

焦げたはんだを修正

追加で実装した抵抗のクリームはんだが低融点であるにもかかわらず、通常の温度でリフローしてしまったために、低融点のはんだが焼けてしまいました。

この部分を、手はんだで修正していきます。

基板完成

4つ面付けされた基板を、1つ1つに分離します。

こちらが、パソコン側のUSBコネクタです。

こちらが、CH552を接続する側のUSBコネクタです。USB AとUSB Type-Cが使えます。

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アクリルカバーの切り出し

CH552書き込み機の基板の上に、アクリルのカバーを取り付けます。そのカバーをレーザーカッターで切り出します。

レーザーカッター「Etcher Laser Pro」に搭載されたカメラのおかげで、写真にある廃材のような素材でも、残ったスペースを狙って加工することができます。

カバーが切り出せました。

基板に取り付けられたスペーサーにネジで固定していきます。

CH552書き込み機が組み上がりました。

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動作テスト

パソコンに接続すると、LEDが光って電源が入ったことがわかります。

赤いボタンを押して離すと、紫色のLEDが光りD+プルアップされているのがわかります。

CH552を接続して赤いボタンを押して離すと、「製造元固有の装置」というデバイスが接続され、CH552のブートローダが起動していることがわかります。これは、プログラムを書き込むことができる状態です。

続いて黄色のボタンを押してみます。USBが切断されて、出力側のLEDが消えました。ボタンを離すとLEDが点灯しUSBが接続されたことがわかります。

CH552を接続して黄色のボタンを押すと、デバイスが切断されてデバイスリストから消えました。

ボタンを離すと、すでに書き込まれているCH55xduinoが動作し、デバイスリストに「CH55xduino」が表示されました。

設計した通りの動作をしていますね。

全ての基板の動作確認をし、問題があれば手はんだで修正していきます。最終的に全て正常に動作しました。

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キット化

アクリルカバーをたくさん切り出し

キットにするため、レーザーカッターでアクリルのカバーをたくさん切り出します。

あっという間に切り出せました。

袋詰め

基板とカバー、ネジなど必要な部品を袋に入れて、CH552書き込みツールキットも完成しました。CH552を開発する際には、とても役立つツールですよ。

このキットは「kohacraftのshop」でご購入頂けます。

CH552書き込みツールキット | kohacraftのshop
CH552マイコンの便利な書き込みツールです。プログラムの書き込みの度にUSBを抜き差しする必要がなくなります。

初期ロットのみ、USB Type-Cケーブル2種類が付属します。使ってみてください。

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CH552書き込み機が完成しました!

書き込みの度にUSBを抜き差ししなくても良い、CH552用の便利な書き込み機が完成しました。

CH552とこの書き込み機を使って、ある物を作りたいと思います。