マイコンボードは何個あってもいいものですよね。あなたは何個持っていますか？過去に作ったRP2040ボードの手持ちがなくなったので、追加で組み立てようと思います。
RP2040ボード
これは2022年にRaspberry Pi Datasheetsのサイトの情報をもとに設計した、RP2040ボードです。せっかく自分で設計するのでフラッシュROMは最大の16MB。
ピンアサインはSperkfunのRP2040 promicroと同じ＋左右2ピン追加で、追加のピンにはI2Cの信号も出ています。
このマイコンボードの手持ちがなくなり、当時の基板とメタルマスク、部品もあったので再度組み立てようと思います。
このボードの設計については過去の記事のこちらをご覧ください。
組み立て
クリームはんだの印刷
ターゲットの基板をダンボールの上に置きます。左右を同じ厚みの基板挟み、段差をなくします。
メタルマスクを乗せて、画鋲で固定します。この画鋲で固定することによって0.4mmピッチのRP2040のパッドにも正確な位置にクリームはんだが印刷できます。
クリームはんだには、いつもは低融点鉛フリークリームはんだのCHIPQUIK TS391LT50を使うのですが、今回は実験で鉛クリームはんだのCHIPQUIK TS391AX50を使ってみます。
理由は、次回両面実装基板を組み立てるので、片面を融点183度の鉛クリームはんだで実装し、もう片方をそれより温度の低い、融点138度の鉛フリークリームはんだで実装しようと考えています。表と裏で違う融点にすることで、片方を加熱中に実装済みの部品のはんだが溶けて取れないようにします。
本当は鉛フリーを使いたいのですが、低融点でない普通の鉛フリーのクリームはんだは、融点が220度で最大250度近くまで温度を上げないといけません。200度を超えると基板が焦げて茶色くなってしまいます。緑や青の基板でなれば気にならなのですが、白い基板を実装したいため通常の鉛フリークリームはんだを使わず、融点が183度の鉛クリームはんだにしました。
鉛クリームはんだのCHIPQUIK TS391AX50は、粘度が鉛フリーとは全然違います。最初から歯磨き粉のように柔らかいです。鉛フリーは最初は「こしあん」くらいな硬さで、それを練って柔らかくするのですが、鉛クリームはんだは練る必要がありません。最初からトロトロ。
ヘラの部分が適度にしなるフレックスパテを使って、クリームはんだを手前に引き寄せながら印刷します。
クリームはんだがやわからすぎる感じです。中央のマイコンのパッドは、クリームはんだがブリッジしてしまっています。チップ抵抗の四角のパッドも角が丸くなってしまっていますね。メタルマスクにもクリームはんだが残ってしまってい、抜けが悪い気がします。
クリームはんだを冷蔵庫で冷やせば、粘度がちょうど良くなるかもしれません。
実装
バキュームピック 吸着ピンセット HAKKO394で部品を実装していきます。
テープから直接部品を掃除機のように吸い付けて、部品をピックアップします。極性のある部品は、テープの中に必ず同じ向きに収納されているので、必ず同じ向きに吸着できます。最初に向きを揃える必要がありません。
ノズルにはこれを使っています。
部品の上部を吸着するので、上の矢印のように両サイドに部品が隣接していても実装が可能です。
ノズルを吸盤タイプに交換すれば、ICも吸着できます。
マイコンを実装しました。
全ての部品の実装が完了しました。全て吸着ピンセット HAKKO394で実装しました。
リフロー
熱風が庫内を循環してムラなく加熱できる、テスコムのコンベクションオーブンでリフローします。高い温度で焦げて基板の色が変わらないか、白い基板も入れてリフローです。
CHIPQUIK TS391AX50の温度プロファイル
鉛クリームはんだのCHIPQUIK TS391AX50の温度プロファイルは、上の図のようになっています。
100度でプリヒートして、180度まで徐々に上げて230度がピークです。庫内に入れておいたK型熱電対の温度計を見ながらオーブンのつまみを調節して、温度を変更していきます。
リフローが終わりました。扇風機で冷却します。
白い基板がどれだけ焦げたか確認します。左がリフロー前、右がリフロー後です。少し焦げて茶色くなっていますが、比較しないとわからないくらいです。
仕上がり
0.4mmのマイコンのパッドは、クリームはんだが元々ブリッジしていたこともあって、何ヶ所かブリッジしています。これらをはんだ吸い取り線を使って修正します。
マジックルーペを使って、仕上がりをチェックします。全て問題ありませんでした。
マジックルーペを斜めから観察できるように改造した記事はこちらです。
RP2040マイコンボード組み立て完了です。
動作テスト
このマイコンボードにはIO25にネオピクセルLEDが接続されています。このネオピクセルが光るかどうかSparkfunのサンプルプログラムを書き込んでみます。
USBが認識した！
USBでパソコンに接続します。するとデバイスに「UF2 Board」と表示されました。RP2040のブートローダが起動しているようです。いいですよ。
プログラムの書き込み中
プログラムをコンパイルして書き込んでみましょう。書き込んでいます。順調です。
書き込み完了！
書き込みが完了しました！！
おおおおおおおお！！！！！ネオピクセルが光りました！
8個作ったマイコンボード全て光りました。
RP2040ボード完成！
PR2040ボードが8個完成しました。しばらくマイコンボードには不自由しないでしょう。
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