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JLCPCBからネオン管用高電圧DCDC基板が届いたので早速リフロー&特性測定

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ネオン管を光らせるためのDCDC基板をJLCPCBに発注していました。基板が届いたので早速組み立てです。

設計&JLCPCBへの発注方法はこちらです。

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何日で届く?

私が基板を発注したのは8月18日の17時ごろです。履歴を見ると、発注して3日後に発送されていますね。配達業者はDHLにしました。8月26日に届いたので、発注から8日で届いたことになりいます。結構早いですね。

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基板のレビュー

今回は、基板とステンシルを注文しました。

基板

レジストは黒で、金メッキにしてもらいました。この黒の色がややつや消し色の黒でシックな感じでとても綺麗です。他のメーカーだとツヤありの黒なので、ややツヤ消しがいい場合にはJLCPCBですね。

端面スルーホール(基板の側面にメッキを作る)もとてもきれいです。シルク印刷も細くクッキリとしていて、かすれなどありません。とても綺麗に仕上がっています。

ステンシル

ステンシルの加工が素晴らしいです。矢印の部分です。

これは、発注時のガーバーデータの画像です。緑色の部分が、穴が開く部分を示しています。

データ上のチップコンデンサなどのパッドの形状は長方形をしていますが、製作してくれたステンシルは[ ]のような形状になっています。はんだペーストが溶けるときに、表面張力によって部品の位置が自動的に正しい位置に移動(セルフアラインメント)してくれるのですが、[ ]のような形状になっていることによって、このセルフアラインメントがより効果的に発揮されます。

実際、右から二番目の大きなコンデンサは、ガーバーデータ通りのステンシルの場合、リフロー時にセンターに移動せず上下にずれてしまうことがありました。[ ] の形状になることで、これが防げると思います。

ガーバー通りに加工して欲しいというときには、余計なお世話かもしれませんが、普通にKiCadのライブラリを使ったデータを注文するのであれば、JLCPCBのステンシルは、オペレータが気を利かせてくれて、とてもよいステンシルに仕上げてくれることがわかりました。

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基板の組み立て

それは、基板を組み立てていきましょう。まずははんだを印刷します。

はんだペーストの印刷

ダンボールの上に、基板を載せます。

ステンシルを載せて、予め開けておいた穴に画鋲を刺します。こうすることで、基板とステンシルとがぴったりと位置合わせができます。

この画鋲で位置合わせをするためのデータの作り方はこちらを参考にしてください。

ステンシルと、パッドがぴったりと合っています。

はんだペーストを奥側に載せます。私は、低温で溶ける低融点鉛フリーはんだペーストを使っています。

低温(138度)で溶けるのでオーブンでも簡単に鉛フリーのリフローができてしまいます。

会員証やクレジットカードなどで、はんだペーストを手前へ移動させながら、印刷していきます。

正確な位置に、綺麗にはんだペーストが印刷できました。

部品の実装

私はピンセットは使わずに、空気で部品を吸着する電動バキュームピック 吸着ピンセット HAKKO394を使っています。

テープから直接部品を吸着することで、常に決まった向きに部品を吸着させることができます。

そのため、吸着する向きと、基板の向きを揃えておくことで、とてもスムーズに部品を実装することができます。

フットプリントが違う!!

なんと、トランスのフットプリントが、データシートと実物で違っていました。このトランス、内部の接続方法もデータシートと違う上に、フットプリントまで違っているとは.....。

仕方がないので、リードを曲げて対応することにしました。

トラブルもありましたが、全ての部品が実装終えました。

リフロー

オーブンの中に温風が循環するコンベクションオーブン テスコム TSF601でリフローします。

この小ンベクションオーブンは加熱の途中でも温度変更ができるので、はんだペーストの温度プロファイルに合わせて、温度を調整できます。

TS391LT50 温度プロファイル

これが温度プロファイルです。この時間と温度に沿って、庫内の温度を調整します。

約8分ほどでリフローが完了。扇風機で冷却します。

リフローが完了しました。

DIP部品のはんだ付け

DIP部品のボリュームをはんだ付けして、基板の完成です。

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テスト

NeonDCDCの組み立てが完了しました。さて設計通りの電圧が発生するでしょうか。

ボリウムを最小にしてみます。設計通り80Vになりました。

ボリウムを最大にしてみます。設計通り200Vになりました。設計通りに動作しているようです。

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負荷テスト

抵抗をどんどんつないでいって、負荷を追加しながら電流や効率を測定してみます。

こちらが、測定した結果です。左側が出力電流と消費電流のグラフで、右が出力電流と効率のグラフです。上段が80V(ネオン管用)出力時、中段が175V(ニキシー管用)出力時、下段が200V出力時となっています。

  • 80Vの時は効率は95%から60%といったところです。最大16mA程度となっています。
  • 175Vの時は効率は50%といったところです。最大5mA程度となっています。
  • 200Vの時は効率は40%しかありません。最大3.5mA程度となっています。

NixieDCDCは175V出力で最大電流4mA程度なので、ニキシー管に使うには、こちらにあえて交換するメリットはあまりなくNixieDCDCでよなさそうです。

消費電流が450mA程度になるところで、基板に内蔵しているポリスイッチが動作し電流を遮断してくれています。500mA以下で動作するので、USBを電源で使う時も安心ですね。

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ネオン管を光らせてみる

せっかくなので、ネオン管を大量に光らせてみます。

ネオン管の色っていいですね。優しいオレンジ色です。

これだけ光らせても7mAなので、まだまだ余裕ですね。

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袋詰め

NeonDCDCが完成しました。全て動作チェックをしたので、袋詰めして商品化です。

NeonDCDC完成です。NeonDCDCはこちら👇👇👇で販売しております。

ネオン管用のDCDCコンバータができたので、ネオン管を使った電子工作を始めたいと思います。