個人的競技ロボット向け基板設計tips

2021/08/07に公開約2,300字

まえがき

この記事は競技用ロボットに向けてプリント基板を設計する際の個人的な留意事項についてまとめます。回路の設計があらかた終わって"さぁ、ガーバーファイルを作るぞ!"って時に見て欲しい内容です。
誤字脱字はご容赦ください。

このブログに感化されて書きました。めっちゃ参考になります。

https://manjuu.hateblo.jp/entry/2021/08/01/194424

1. 重心が高めな部品はスルーホールを選ぶ

重心が高めな割にパッド総面積が小さくなりがちなコンデンサ(たとえばこんなの)とかは振動やら衝撃やらでポロポロ取れちゃいがちなのでなるべくスルーホールのものを選んだほうが良いです。安定感が違います。特にリンクのようなコンデンサは電源ラインに置くことが多いのですが、そのような場所だとパターンの総面積が大きいので熱が逃げやすく、手実装だと不良になりやすいです。また、端子も部品背面にあるのでハンダがうまく染みてるかわかりにくいです。

2. 電源ラインは多めに露出しておく

あとから魔改造しなくちゃいけなくなったときに備えて電源ラインは何個かテストパッドと称して外に出しておきましょう。意外と助けられるものです。
あとテストパッドを出す際はなるべく周囲に背の高いコンデンサとかがない所に出したほうが良いです。使いやすいので。スイッチとかも同じです。

3. 高さが揃ったアングルコネクタの裏面配置で扱いやすく

チームで自作基板を複数枚作って運用した経験がある人にはわかりやすいと思いますが部室とかの狭い空間でプログラムを書いてると割と基板の置き場に困ります。pcは表面がアルミだったりするし机の上も抵抗の足が散らばってたりするし...
たくさんコネクタを出す予定なら基板裏面の対角2辺にサイド型のコネクタをつけてあげると樹脂部分がちょうど脚として機能してくれるので相手が平面なら適当に置いても気持ちよく開発できるようになります。シルクも表に書けるしね。

4. ステータス確認用のLEDはやりすぎかもってぐらいつけておく

LEDはマイコンのピンに余裕があるならやりすぎかもってぐらいつけておきましょう。いざというときに空きパッドとしても使えるので。光るとかっこいいし。
自分はオレンジを各電源ラインに、黄を信号確認用に、緑・赤・青・白をマイコンから制御可能なLEDとして使うのが定形です。

5. 基板に垂直な荷重が予想される場合は周囲の部品の配置に気をつける

例えば+ネジのネジ止め式のコネクタ(こんなのとかこんなのとか)を基板上に設ける場合。
配線を固定する際にネジを回すわけですが、+ネジは原理上面と垂直方向に押し付けながらでないと回せないので、たとえ近傍に機械的に固定できるような固定穴を設けていたとしても少なからず基板は湾曲してしまいます。
部品を面積上の都合等でコネクタの近くに配置しなければならない時、その湾曲がクラックの発生要因になり得るのですが、チップ部品ならそのコネクタの同心円水平方向への取り付けとすることで影響を最小限に抑えることができます。
個人的にはこんなのを使う際にはネジを付属の+ネジではなく六角穴付きボルトに変えてしまうのもおすすめです。
というより世の中の対配線基板取付の端子がなぜ+を採用してるのかがよくわかってないのでなにか知っている方はご教授いただけると嬉しいです。

6. 極性の向きを合わせる

電解コンデンサ・ダイオード等の極性の向きはなるべく合わせたほうがいいです。実装ミスも減りますしミスも見つけやすいので。

7. 基板の色は黒にする

宗教上の理由です。

8. リレーを置く際は取り付け方向に留意する

そもそもリレーを使うなっていう話ではあるんですが...
基板に対する振動・衝撃の方向が予測できるならばリレーの接点の作動方向が一致しないように注意したほうが良いです。
大会期間中の故障だとかでその場でできる対応が迫られたときとか単純にスケジュールが押しててデスマみが帯びてきた時とか、どうしてもリレーを使わざるを得ない状況でもこれは気をつけるべきポイントです。

9. "誰が作っても上手く動作する"を目指す

例えば面積的な都合でチップ部品のフットプリントを手実装用のパッドが大きめのものから機械実装用のパッドが小さめのものに変更したくなったとします。自分ですべての基板を実装するならそれでもいいかもしれませんが、複数の人に実装を手伝ってもらう場合はなるべく実装しやすいパッドで設計するべきです。"自分は小さいパッドでも実装できる"と思うかもしれませんが"誰が作っても上手く動作する"を目指すべきです。実装のしやすさはそのまま基板の信頼性に直結しますので。

まとめ

誰かの参考になれば幸いです。

このほか、ノイズ対策.comとかも基板設計の参考になるのでぜひ見てみてください。

皆様により良い基板ライフがあらんことを。

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