電子工作でテスト回路やデバッグ等の検証、また自作基板を作る際の試作などでユニバーサル基板を使うことはよくあると思います。
ユニバーサル基板は2.54mmピッチではんだパットが並んだ基板となり、簡易的に回路を組む際に便利な基板なので電子工作をやられている方なら一度は使ったことがあるのではないでしょうか？
最近製作していたものでユニバーサル基板を使う機会が何度かあったのですが、KiCadでの基板設計にも少し慣れてきたせいかユニバーサル基板を使ったはんだ作業が面倒だと感じる場面が多々ありました。
最近の基板(PCB)製作はCADデータさえ作れれば、数百円程度の価格で発注することができ、そして到着も1週間〜10日ほどで手元に届いちゃいますからね！
何度も回路図と照らし合わせながら行うユニバーサル基板のはんだ付けが面倒だと感じてしまうのも当然だと思います。
しかしながら、ちょっとした回路を組む際や動作確認等でユニバーサル基板を使う方が早くて便利な場面も多いと思います。
ユニバーサル基板を使った配線で私が一番面倒に感じていたのは、例えばVCCやGNDラインといった同一ラインが複数存在する箇所のはんだ付けです。
スズメッキ線やワイヤーなどを使い複数接続できるラインを用意したりと・・・何かと面倒なはんだ作業になります。
ブレッドボードのようにパターンが繋がった箇所があると配線がもっと楽に出来るのに・・・
そんな事を以前から感じていたので、いくつかレーンが繋がった箇所がある、ちょうどブレッドボードの構成に似たユニバーサル基板を製作してみることにしました。
目次
ブレッドボードのように繋がった配線パターンになった自作ユニバーサル基板の製作！
いくつかブロック分けされラインが繋がった箇所がある自作ユニバーサル基板の製作を思いついたのですが・・・
販売されているものもいくつかあるようですね！
SNSで既製品として販売されているものや自作されている方の情報をいくつか教えて頂きました。
ユニバーサル基板でブレッドボードみたいに繋がったタイプのモノってあるのかな？
最近工作でよくユニバーサル基板使ってたけど、あると便利かな？
と思ったりしたので試しに試作中・・・なんか売ってそうだけどね！ pic.twitter.com/wT9eol8due
— ガジェット大好き！！ (@smartphone_jp1) October 30, 2023
電子工作の便利アイテムと言えばサンハヤト製品！
サンハヤトさんはこのようなユニバーサル基板を販売されているようですね。
そうです、そうです！
イメージしていたものは、こんな感じに繋がったレーンがいくつかあるというもの。
市販されているものをいくつか見ていたのですが、どういった構成のものを作るかは完全に用途次第といったところだと思います。
私の場合、マイコンやそれに関連するモジュール、またDIP ICなどを扱うことが多いので、それらパーツをマウントしやすく配線&はんだ作業が楽に出来るようにある程度レーンを小分けにしたものを製作することにしました。
独自サイズのボードを作ることも考えましたが、今回は既製品にサイズを合わせて作ることに！
ユニバーサル基板はこちらの両面タイプのシリーズのものを各サイズストックしていて普段よく使っています。
よく使っているユニバーサル基板なので基板サイズや四隅にある穴位置等を合わせておけば、このサイズのボードを使った既に製作したもののカスタムなどもしやすいかな？という考えからです。
という事で50mm×70mmのボードサイズのものに合わせて今回製作しました。
基板サイドにある大きなパッドはあまり使わないのでカットすると、このサイズのボードでは最大で縦18P・横26Pまでパットを取ることが出来ます。
そして配線の繋がり(パターン)はこのようにしました。
小さなブロックで分割しているので、複数DIP ICや小さなマイコンボード、モジュールなどある程度の数マウントすることができ、5Vや3.3V、GNDといった電源ラインを作ったりすることも出来ると思います。
JLCPCBで基板発注
今回もJLCPCBさんに基板発注を行いました。
そして今回初めて面付け基板として発注してみました！
これまで複数枚必要な基板を製作することがなかったので面付けによる基板発注をしたことがなかったのですが、ユニバーサル基板なので今後使う機会も多いことから面付け基板のテストも兼ねて発注したものとなります。
JLCPCBではVカットラインによる同種基板の面付けは追加料金(オプション料金)がかからず通常料金で発注出来るみたいですね！
標準サイズとなる10cm×10cm以内の基板サイズなら格安の標準料金で同種基板の面付けを行えるので、今回の基板は50mm×70mmサイズですが縦に2枚並べて面付けすることにより料金は変わらず実質2倍の数基板を製作する事が出来ました。
JLCPCBでの面付け基板の発注方法や面付け基板データの作成などこちらの記事でまとめています。
【JLCPCB】初めて面付け基板の発注を行ってみました！『V-Cut(Vカット)』指定を入れ面付け基板データを作成する手順など[一部修正]またJLCPCBでの基本的な基板発注方法に関してはこちらの記事でまとめています。
合わせて見て頂ければと思います。
今回製作した50mm×70mmサイズの自作ユニバーサル基板の基板データ(ガーバーファイル)はこちらからダウンロード出来るようにしておきます。(単体基板の元データです)
何かの参考になればと思います。
ちなみに、基板製造時に任意の位置に入ってしまう基板製造番号は基板裏(表裏の区別はありませんが)の目立たないこの位置に入るように指定しています。
基板発注の際は[Remove Order Number]の項目に[Specify a location]を選択しておけば、追加料金がかからず指定位置に基板製造番号を入れることが出来ます。
両面ユニバーサル基板なので意図しない位置に入ってしまうと使い勝手が悪くなってしまいますからね！
想定通りの基板が届きました！
送料区分はOCS Expressを選択してトータルコスト600円ほどで発注から6日で手元に届きました。
ほんといつも安くて速いですね、JLCPCBさん！
後にJLCPCBのエンジニアの方と何度かやり取りして同種基板の面付けについて確認しました！
今回の発注ではエンジニアさんのチェックミスで面付け基板として料金的には扱われなかったようですが、基板データは有効だったため面付け基板として製造されたようです。
通常面付け基板はJLCPCB ではオプション(有料)扱いとなります。
詳しくはこちらの記事でまとめているので見て頂ければと思います！
こちらが届いた基板です。
CADでの指定通りVカット加工が施され、折り曲げることにより簡単に分割することが出来ました。
Vカットラインは大きなバリも残らず綺麗だと思います。
多少ケバケバ(FR-4のガラス繊維かな？)が残るので気になる方はサンドペーパー等をかければ綺麗に仕上がります。
通常カットした側面と比べてみると、Vカット部分は切れ込みを入れ折り曲げて切断するのでさすがに分かりますね。
それほど枚数が必要でない基板であれば、単体で通常発注して切断した方が基板としては綺麗に仕上がります。
JLCPCBでは今回のような同種基板の面付けは追加料金がかからず製作することが出来るので、多くの枚数基板が必要な時は面付けを活用することにより面付けした数だけ多くの基板を製作することが出来るので経済的ですね！
基板製作料金と送料を合わせたトータルコスト600円ほどでこのサイズの自作ユニバーサル基板を実質10枚作ることが出来ました。
既製品を買うよりコスパも良さそうです！
基板設計時の反省点
自作ユニバーサル基板としては製作時に想定していた通り使い勝手が良さそうなものになったと思います。(まだ実作業で使っていませんが！)
届いた基板でいろいろと検証していたのですが、設計時にアイデアとして浮かばなかった所が1点あります。
基本的に分割して単体の50mm×70mmのユニバーサル基板として使うことを想定していますが、場合によっては大きな基板として使いたい用途も出てくるかもしれません。
このように分割せずに1枚ものの大きなユニバーサル基板として使う場合ですね！
現状、面付け部分のパット間のピッチは7mmとなっています。
これは1枚のユニバーサル基板として使う場合を想定して、基板四隅に適切な余白が均等に入るようにしているためです。
分割せずこの部分にパーツをマウントする場合を考えると、3ピッチでは2.54mm×3=7.62mm必要なので約0.6mmほど足りない計算になります。
穴径1mmに対してパーツのリード線はそれより小さいのである程度の融通は利きます。
そのため両サイドをピンヘッダーで固定されたモジュールなどでなければパーツをマウントすることは可能です。
今回製作した自作ユニバーサル基板では既存のボードサイズに合わせてCAD設計に入っているので、後からCADデータを検証してみると結果的には今回の設計で問題なかったのですが・・・
というのもボードサイズが決まっている以上、上記ピッチを2.54mmの倍数に合わせようとすると基板上下の余白部分を同じ数値で取ることが出来ません。
単体基板として考え上下余白部分を同サイズで取るのか、またはピッチを考慮し余白部分のサイズは上下異なるものを設計するのか・・・
製品として販売するものであれば前者(今回の設計)だと思いますが、自作して自分の環境で便利に使えるものと考えると後者の選択肢もあるかと思います。
結果的には今回の設計で全く問題ないのですが、基板設計時にはこの選択肢が浮かばなかったので・・・
CAD設計に関してもっと頭の柔軟さが欲しかったなぁ、なんて少し思った次第です！
最後に！
電子工作でユニバーサル基板を使う場面はよくあると思います。
普段使っていてこんな構成のボードがあると便利なのに・・・と感じたことから、今回このような自作ユニバーサル基板を製作してみました。
調べてみるといくつか製品として販売されているものもあるようなので、同様なことを考えている方も多く需要はそれなりにあるのかな！
用途によって必要な構成は変わってくると思いますが、自分のよく使う用途に合ったこのような自作ユニバーサル基板を作っておくと何かと便利に使えると思います。
まだ実作業では使っていませんが、おそらく便利に使える場面は多いと思います。
サイズの違うものや繋がっているパターンの構成を変えたものなど、また製作してみたいと考えています！
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