最高のはんだごてを使っても、はんだ付けのスピードが上がらない時があります。そんな時、基板が勝手にはんだ付けできたらどうでしょう？これがCarl Bugeja氏の目標です。そして、この基板は、自分ではんだ付けした後、他の基板にもはんだ付けできるのです！
Bugeja氏のアプローチはピザに例えられます。PCBが生地、はんだペーストがソース、そしてトッピングが回路部品です。これらすべてをオーブンに入れれば、おいしいピザPCBの完成です！
表面実装エレクトロニクスに馴染みのない方のために説明すると、まず、あらかじめ製造されたプリント基板の上に大きなステンシルを置きます。次に、ステンシルを通してはんだペースト（一般的なはんだではなく、歯磨き粉のようなペーストを想像してください）を塗布します。次に、ピックアンドプレース装置を使って部品をはんだペーストの上に落とし、基板全体をリフロー炉に送り、そこで部品を焼き付けて固定します。数千枚の基板を製造する必要がある場合は、この方法が最適です。
Bugejaは、PCBの多数の層のうちの1つを熱伝導手段として利用しています。巨大な銅のグランドプレーンを1枚ではなく、Bugejaはその層を、抵抗を発生させて基板を加熱するトラックとして再構成しました。この熱によってはんだペーストがリフローし、部品がはんだ付けされます。
Bugeja氏は意図的に抵抗値を低く抑えました。これにより、わずか9ボルトの電圧で165℃（華氏328度）で基板をセルフハンダ付けすることが可能になりました。この魔法の165℃は、低温はんだペースト（ご存知の方のためにご説明しますと、Chip Quik TS391LT50）を溶かすのに必要な温度です。Bugeja氏は170℃まで耐えられるPCB構造を選択しました。これはワンショット5分ハンダ付けであるため、基板にとって堅牢な媒体となります。
画像
1
の
8
このプロセスの欠点は、ワンショットプロセスであることです。しかし、Bugeja氏はこの状況を想定しており、この層をグラウンド（GND）プレーンとして使用するために、トラックからGND接続部にゼロオーム抵抗をはんだ付けします。これは、私たち自身も言うように、非常にエレガントな解決策です。
この回路はAltium Designerを用いて設計され、Bugeja氏はこれを有利に利用し、回路の層間を流れる多数のビアを迂回するように波状の自己はんだ付けトラックを配線しました。はんだ付け電力の入力は、PCBへの2つの延長部を介して行われます。これらの延長部はトラックを迂回して電力を供給しますが、作業完了後は簡単に切り離すことができます。これはどのように可能になったのでしょうか？「マウスバイトビア」、つまりPCBの構造に直接小さな穴（ニブル）を形成することで実現しています。これらは簡単に切り離して研磨することができ、痕跡はほとんど、あるいは全く残らないのです。
最初のテストはうまくいきました。もちろん完璧ではありませんでした。はんだ付けのムラがいくつかあり、少し手直しが必要でしたが、ボード自体は損傷なく完成しました。あとはブートローダーといくつかの部品交換、そしてプロジェクトの次の段階を制御するためのカスタムArduinoスケッチだけで済みました。
当初、Bugeja氏は電圧を徐々に上げていくことで手動で温度を制御していましたが、コンピューターの方がもっとうまくできると感じました。はんだペーストの正確な温度プロファイルを用いて、別の回路を正確にセルフソルダリングできる技術は何でしょうか？そう、Bugeja氏がセルフソルダリングしたばかりのPCBです。そう、新しく製作したボードには、Arduinoの世界でよく使われているAtmel MEGA32U4と温度センサー（熱電対）が搭載されています。ユーザーは、対応するボードをPCBに接続し、ボタンを押すだけで、PIDコントローラーがあなたのピザPCBを注文通りに正確に焼き上げます。
2つ目のバージョン（ブゲジャ氏はこれを「ドーター」と呼んだ）のボードは、2本の小ネジを使ってオリジナル（マザー）に接続されました。次に、熱電対をボードの裏側にテープで固定しました。ボタンを押すとArduinoスケッチが起動し、部品が最終的な位置に収まる165℃の温度プロファイルが制御されました。ドーターボードは大成功を収め、ブゲジャ氏はそれを祝して、オリジナルの孫娘とも言えるもう一つのボードを作成しました。
Tom's Hardware の最高のニュースと詳細なレビューをあなたの受信箱に直接お届けします。
Bugeja氏のプロジェクトは、表面実装はんだ付けへの優れたアプローチであり、この分野の可能性の限界を押し広げたいと願う多くのエレクトロニクス専門家の注目を集めるでしょう。現在、私たちは表面実装のリフロー作業を行うために高価な機器を購入するか、MHP30ホットプレートを使って小規模なプロジェクトを組み立てるか、あるいはリフロートースターオーブンを自作してDIYするかのいずれかを行っています。
Bugeja のプロジェクトの詳細を読み、GitHub リポジトリから PCB ファイルをダウンロードできます。
レス・パウンダーは、トムズ・ハードウェアのアソシエイトエディターです。クリエイティブテクノロジストとして、7年間にわたり、老若男女を問わず、教育と啓発のためのプロジェクトを手がけてきました。Raspberry Pi Foundationと協力し、教師向けトレーニングプログラム「Picademy」の執筆・提供にも携わっています。
