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XBee: 秋月変換基板 + C基板による回路製作 2015-02-27

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I wired a wireless board applied XBee, 2 temperature sensors and photo cell.

これまで，スイッチサイエンスのC基板により，2台の複合センサを製作して来たが，今回，秋月の XBee 用「2.54mmピッチ変換基板」と 通常のC基板を利用して3番目の複合センサを製作する事にした。製作過程において，気づいた点を報告する。

Fig.1 XBee on the Akizuki board
Fig.2 Wired DC-DC converter on Akizuki C board

電池2個直列から，DC/DC コンバータにより昇圧して，3V3（3.3V)を得ている。秋月変換基板にオンボードのレギュレータを 3V3 で駆動すると，弊害があると判明したので，レギュレータをバイパスして変換基板をC基板に実装した。その様子を写真に示す。 既に，DC-DC コンバータと2個のICソケット等は実装済みである。不器用なせいか，ユニバーサル基板の配線は苦手だ。スイッチ サイエンスのC基板と異なり，部品レイアウトの制約は軽減されたのでジャンパ多用の配線を改善するのを心がけた。裏面の左上は DC-DC コンバータ部だ。ネット検索したりして，この配線に一日かけた。ユニバーサル基板の部品面に配線を施すのは王道のようだ。 その場合，ICソケットは使えずICの足に直接，半田付けする。私は配線に径 0.32mm (AWG28) のジュンフロン線を使用しているが， 基板穴に通して直角に曲げるには少し剛性が強すぎる。1個の部品穴から4方向に配線が一見，可能だが，半田を溶かしている間に 固定してあった他の配線が外れるのは通例だ。1個の穴には2配線が原則で，3配線が限度だろう。配線長とスペースを犠牲にしても， 回路図をみて分岐が最も多いノードから配線した方が良い。

Tbl.1 Wiring Diameter Effect
d [mm]Area Ratiob [mm]
0.3212.3
0.52.445.6
0.63.528.1

GND は径 0.6mm の部品リード線を使用した。3V3 は径 0.5mm である。電源の正逆の誤り接続は致命的であるから，少しでもの その可能性を少なくするためだ。そして，細線は曲げやすい。しかし細すぎて，径 0.32mm となると，半田がスルーホールに 吸われるだけだし，0.8mm ともなるとランドとの接触性が良くないので半田濡れ角がどうみても不適当だと思う。さらに半田こての 熱も直ぐ伝わらない。ネットでは径 1mm を使用するとするサイトもあるが，何ワットのこてを使用しているのかと思う。言及が ないので妄想の類だろうか。配線の電気抵抗は長さに比例，断面積に反比例するから配線ワイヤの太さがどの程度，影響するか Tbl.1 にまとめた。PWB の相当バターン幅 b は銅箔厚みを 35um として算出した。

Tbl.2 Board C Dimensions [mm]

WPHoleT/HLandPrice
Switchscience4842D0.85Yes
\400
秋月 Pico47.5441.5D1.0YesD2.0-
秋月4741D1.0NoD1.7\60
ハヤト 88G4741D1.0NoD2.0\172

今回，手元にあったC基板とサンハヤトの同形状の基板の幅方向の穴ピッチが微妙に違う事に気づいた。スイッチサイエンス製と秋月 取り扱いの物と比較して Tbl.2 にまとめた。Switchscience とサンハヤトとでは取り付け穴ピッチが 1mm 異なる。スタッド 取り付けだと基板をヤスリ掛けして長穴にするか，貫通穴だとバカ穴にしなければ基板に互換性がない。ランド径は隣接するランド 隙間をノギスにより測り，算出した。Switchscience の穴径をキリをゲージとして測ると 0.9mm だと通らず，0.8mm は通るので， およそ 0.85mm くらいか。目視の印象だとランド径も小さい。

どのC基板を選択すれば良いか

これらの基板の得失について考えてみよう。材質は屋外使用が前提であり，微小信号を取り扱うので安価な紙フェノールは除外した。 ガラエポもしくはガラスコンポジットを採用する。先に述べたように部品面での配線を行わないのでスルホール T/H のメリットは ない。ランド径の高々 0.3mm の違いをどう評価するか。私の半田こて先から保持する指先まで 97mm 離れている。97mm 先を 0.1mm 単位の位置決めする作業をしなければならない。1m以上の長い棒を使用して 97cm 先を 1cm 単位で位置決めするのと同等である。 必然的に部品の足であるリードを支持点として，こて先と配線を同時に押し付け半田付けする事になる。

かつて所属していた会社から学んだ 印刷基板 PWB 半田付けの基本を述べておく。こて先をランドに接触させ加熱してから半田を 近づけ，ランドと部品リードに回す。そうすれば富士山状の半田形状ができる。部品の足に直接，半田付けするのは部品本体に熱が すぐ伝わり良い事ではない。ラジアルの電解コンデンサは特にそうだ。スルーホールだと部品底面に半田が直ぐ回る。横荷重を 受けると直ぐ足が曲がり部品が傾くけれども，半田のデメリットから私は電解コンデンサを部品面から少し浮かして半田付けして いる。振動を考慮しなくてもいい使用環境でもあるからだ。昔，電解コンデンサは実装機による半田付けができなかった。人手による 直付けだった。これまで，自宅の Sanyo および Sharp製ファンヒータ，会社の Canon 製コピー機の電解コンデンサの劣化による サービス修理を受けてきたり，自分で修理したりしてきた。機器内部の温度上昇，機器の使用頻度から電解コンデンサの容量を設計 する。NEC のような基板工場でもない限り，基板の実装は下請けに発注する。協力企業の工賃の大部は半田槽に基板を流して得られ， 加熱できない大型の電子部品とかは下請けのパート従業員による直付け，もしくは内職になる。基板に実装した後の，電解コンデンサの 劣化は計りようがない。電解コンデンサの半田付けを厳密に管理しているのは，電源メーカだろう。自宅の安物 Canon 製プリンタは 2台使用して，2台とも電源不良になった。それ以来，プリンタは Canon 製の購入を止めている。要するに，電解コンデンサの リードに半田こて先を長い間，あてるなという事だ。蛇足だが，スリムタイプの Dell GX240 の中古パソコンをオークションで 購入したら，M/B の電解コンデンサが破裂液漏れしたのかシリコンらしき物で封着してあった。実に凝った機構設計なのだが， 熱設計がまことにプア (How to remove the power supply of GX240) であった。

一見，Switchscience の基板は変換基板を要せず，良さそうだが部品レイアウトの面で難がある。XBee の11番ピン以降側の配線 スペースが殆どないに等しい。上面から見て右側は ADC の入力ピンが全てあり，センサとの接続を考えると配線が鬱陶しい。 コストをみても秋月のC基板と変換基板の組み合わせと比較すると \40 高く，ランド径も小さく半田付けし辛い。メリットは実装 高さが低くなる事だろう。センサ1個を接続して実験する位なら良いかもしれない。基板を2個以上，製作するのなら Switchscience を薦めない。そして，基板を他のメーカに変えたら取り付けねじ穴ピッチの互換性もなくなる。

Switchscience と 秋月基板配線比較

Fig.3 Switchscience C board
Fig.4 Akizuki C board
Switchscience と秋月のC基板を使用した配線例の写真を以下に示す。Fig.3 の写真が最初に製作した Switchscience の基板である。 Fig.4 が3番目に製作した秋月変換基板 + 古い秋月C基板である。Switchscience の方はリセット回路を XBee の背面穴に形成してある。 最初に製作した基板と最後では配線の巧拙さに違いがあるにしても，搭載部品数は同一なのでジャンパ（渡り配線）の多寡に大きな 違いがある。Switchscience の基板は他のICと電源および GND を一直線に配線するのはスペースがなくほぼ不可能である。

秋月 DC-DC コンバータ情報

秋月から電子部品を購入したら，例により商品チラシが入っていた。3V3 出力の DIP 形状の DC-DC コンバータを取り扱っている。 電源回路を組む手間を省くなら，選択肢に入るだろう。ただ，アナログ信号の微小変化を取り扱う場合は，DC-DC コンバータは ノイズだらけなので，それなりに評価しなければならないだろう。ストロベリ製のように高価ではない。

結論

補足と希望　基板頒布

先に示したC基板の比較表について補足する。価格に送料を含んでいない。サンハヤトの ICB-88G は共立電子から購入した。 ネットのカタログには記載はないが，ダミー商品の購入手続きをすればいい。その際，通信欄に型名数量と記入しておく。秋月の C基板は何と言っても安価なので購入しておいても，何かしら用途はあるだろう。3番目の基板は考えながら，3日かけて配線した。 ビギナにとり半田付け作業というより，第三の手が欲しい配線がやっかいなので，PWB とか PCB とも略称されるプリント基板を 起こしたい。PCB Fusion がリーズナブルな価格で製作できるようだ。

I plan to make PWB for XBee and temperature sensors. I do the art work. It seems PCB Fusion reasonable for the PWB. It costs $1.89 each. Please ask me for detail, I am waiting for a contact.

パターンのアートワークは弊方がボランティアで行います。PCB Fusion に支払う実費を引き取る基板枚数に応じて案分したいと 考えています。基板サイズに制限があり， 5x10 cmの余ったスペースは他に要望がなければ，ユニバーサル基板穴とするのは どうでしょうか。半田付け作業だけなら，30分もあれば終えるだろうと思います。問い合わせをお待ち申し上げます。単価は $1.89 になります。関税とか諸経費も案分します。
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© 2015 rev1 15/08/19 Enoki