3Dプリンターで電子基板を作る（第四回）表面実装のテスト

 スルーホールを利用した裏面配線での実装に関してはとりあえず成功したので、今度は表面実装部品の実装テストを行ってみたいと思います。

以下のような基板を作成します。


　RaspberryPiZeroを使用したモーター回転制御装置です。ロータリーエンコーダーでPWMの出力を変更し、PWM信号でMOSFETをON/OFFしてブラシモーターを回す簡単な回路になります。入力は19V電源を使用し、RaspberryPiへ5V入力させるためにLM2596を使用します。

　今回は表面実装のテストを行うため、MOSFETは表面実装タイプのものを使用します。

設計

　スルーホールと配線を以下の通りにします。

　MOSFETはドレインとソースは2A程度流れるイメージなので、配線は1mmのスズメッキ線を使用します。ゲートはPWMからの信号を使用します。このラインは0.2mmのスズメッキ線を使用します。

　前回実装した際、RaspberryPiのヘッダーピンを実装しましたが、ヘッダーピンを片側にしかはんだ付けしなかったため、接着剤を使用してヘッダーピンを固定してやる必要がありました（ユニバーサル基板の場合はすべてのピンを裏面のランドにはんだ付けするためヘッダーピンが外れることは無かったのですが、３Dプリント基板では必要なピンしかはんだ付けしないため）。それで今回は使用しないピンも固定できるように、グランド同志を結線させてやることにしました。
　また、今まではユニバーサル基板での設計に合わせて、2.54mm間隔で配線をしていましたが、もっと狭く配線できるはずなので、３本並んだラインの間隔を狭めて実装時に不具合が無いかどうかチェックすることにしました。
　ロータリーエンコーダーは5ピンついているのですが、実質的に使用するのは3ピンのため、残り２ピンはやはり部品の固定が行えるようにどこにも接続しないスズメッキ線を入れてはんだ付けで固定できるようにしました（下図左側部分）

印刷結果

　以下のように印刷できました。
　0.2mm配線で表面実装用の配線を組むために裏側から線を出して、表面を這わせた後再び裏面に入れて固定する方法を考えました。ただ実際に印刷した場合には小さな穴がつぶれてしまったため、うまく配線できませんでした。
それでいったん穴を大きく開けて0.2mmスズメッキ線を通した後にUVレジンで埋めてUVライトで硬化後スズメッキ線を裏側から引っ張るという形でうまく表面はんだ付け用のランドを作成できました
1mmのスズメッキ線を入れる、ドレインとソース部分は1mmスズメッキ線を切断してそれをランドとしてMOSFETを設置することにしました。最終的にMOSFET周りは以下の通りとなりました。

配線

　配線周りを実装しました。2A流れる部分（モーター電流供給周り）は1mm、MOSFETのゲートは0.2mm、そのほかは依然と同じ0.6mmスズメッキ線を使用しました。



　1mmのグランド等の合流部分は以下の通りとなりました。

実装

　部品を乗せて実装しました。
　幅を狭くした部分の実装も問題なかったです。

　今回表面実装したかったMOSFET周りは以下の通りとなりました。


　一応くっつくはくっついたのですが、ハンダが多すぎたか、少しボコボコしました。結線自体は問題ないですが、今後の課題としたいです。

まとめと課題

　今回は一部表面実装の部品を3Dプリンターで印刷した基板で実装できないか試してみるため、表面実装用のMOSFETを使用してみました。
　ランドの作り方に関してはもう少し工夫が必要かと思います。
　ヒートガンやホットプレートを使用した実装も試してみたいですが、UVレジンが熱に弱いのでやり方を少し検討しなければなりません。通常の基板のように基板全体を温める必要はなく、裏面から通したスズメッキ線をのみをその高い熱伝導率で熱くしてハンダペーストで実装できないかと考えています。
　はんだごてを使用した表面実装に関してももう少しやってみたいことがあるので、次回は0805抵抗とLEDライトを使用した表面実装にトライしたいと思います。















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