Ryuzのブログ

XILINXのZynqのボードほしいな、高いな、いっそ作りたいなぁ。
と久々にプライベートであれこれやっていたら、あれ？ FusionPCBが進化している？

  4層基板が出来る？？  2層と値段変わらん？？
  4層基板 10cmx10cm 5枚で $10 のように見えるんだがあってるのか？

  Zynqは普通に Digikey で買えるようだしまじめに悩んでしまう。

  あ、Zynqのピンピッチ0.8mmじゃん  orz

  P板.comで実装込みで頼むべきか... ボード買った方が安いか...

あれ？、でも4層だと断念したFX3はいけるかも？？  いやまていつの間にかFX3Sなんてのが出てるし。

やばい、浦島太郎だ。

<2013/11/28追記>
　BGAの0.8mmピッチは FusionPCB の 0.3mmドリルではアニュアリング計算に入れるとボール間をいろいろ無茶な調整してに無理やりVIA打ってもVIA間に配線が通せません。
  したがって暴挙に出る場合、相当数のpinの引き出しをあきらめる必要が出てきます。
  FPGAの場合はまだ、IO数が減るだけですみますが、FX3とか外周にGNDや電源が多いチップだとなかなか厳しいです。GPIOをうまく減らしてインチキできないかの試行錯誤は現在実施中ですが、なかなか先行き明るくなかったり....

、

BGA自宅リフローの延長で、FusionPCBの ２層5x5cm基板で EZUSB FX3 のボードが作れないか考えている。

0.8mmピッチだが、頭の中でパズルする限り、「引き出すだけ」なら必要な線は引き出せそうな気がする。

8mmピッチなので、なんとかVIAは打てる。ランドやVIA間も１本は通せる。外周2段目までは部品面で抜ける。次の２段は半田面で抜ける。中に少しピンが残るのだがVIAを外側から打っていくと真ん中が空くのでそこに3本通せる。そもそも全部必要なピンというわけではない。幸い電源はすべて外周にいるので、内部に電源層無くても、外周固めてパスコンは外周置きできそう。

インピーダンスコントロールできないが、「短く繋ぐ以上のノイズ対策はない」ってことで「USB3.0コネクタのの真横にＩＣおけばなんとかならんかな？」とか考えている。

Digikeyでチップ単価、3452円なので、まあ、うまく行って、イニシャル3千円(殆どDigikeyの送料)に、n増し１枚 4千円ぐらいか...(8割が石代だな）。

まあ、まだ妄想の粋ですが...

速報をあげた後、ゆっくり整理できていなかったので振り返っておく。

＜ペーストハンダ塗布について＞
  動画撮影した塗り方は初めてでかなりダメダメであった。
  ニコニコに上げた動画で、ゴシゴシやったら滲まないかとのコメントを頂いたが、思いっきり滲んでしまって、アルコールで拭いてやり直した次第である。
  スイッチサイエンスさんの動画などを参考に、一発で決めるのが吉。

  しかしBGA用の穴は小さくて半田が入り込みにくいので最初にしっかり塗りこむことが重要そう。

＜リフローについて＞
　最初こちらのレビューを参考にプリヒートのつもりで180℃指定したが、90秒ぐらいで解け始めてしまった。 今回有鉛半田を使ったせいかと思われる。
  DigiKeyで1個単位で入手できるFPGAがPb-Freeしかなかったので、BGAは有鉛/無鉛混在という嫌な状況である。
  そもそもBGAのボール自体ハンダなのでハンダペーストの塗布の重要性が掴めていないが、次はPb-Freeで統一したい。

＜実装テスト＞
  自宅BGA実装でX線検査などはできない。
  一方でFPGAであるから、I/Oに関してのテストは殆ど自在にできる。
  特に、今回のように汎用端子に出しているケースにおいては、オープン状態でのショートチェックと、I/O同士を外部でつないだ導通チェックは可能である。
  電源やGNDラインのチェックはできないが、一定数のI/Oエラー率を計測できれば、ある程度のレベルで信頼性の推定ができると思われる。

＜2012/09/29追記＞
  部品は３セット分発注していたので２セット目にトライして見た。
  今回実はFPGAより厳しい部品としてDC/DCコンバータにLLPライクなパッケージであるLMZ10500を実装している。
  結論から言うと、二回目はここがNGっぽい。保育園生の娘達の昼寝中を狙って超特急でトライして、半田のノリにヤバさを感じながらも眼をつぶってリフローしたのだが電源計測でショートっぽい抵抗値だ。
  電源系は最悪外部から入れればいいというのと、DigiKeyで在庫ありの一番安いDC/DCモジュールだったというしょうもない理由での選定だったのだが、ある意味楽しい状況が生まれたといえる。
  ということで、山善ホットプレートでのこいつのリワークを計画中である。
  うまく行ったら報告します（報告が無かったら、察してくださいｗ）。

できました（速報！）

注文中のダウンロードケーブルがまだなので、Spartan-3E の評価キットのJTAGを引っ張り出しました。JTAGチェインの最後に 「XC6SLX16」 がちゃんと認識されています。

ひとまずは、方向性に目処が立ちました。

なんかコア電圧が異様に高いとか別のバグは踏んでそうですが。

デジカメの動画機能なのでイマイチなところはありますが、今回は動画も少し取ったので、整理できたらUPしたいとおもいます。

＜追記 2012/09/21＞
  これまでの記事をまとめておきます。

• KiCAD + FusionPCB で XC6SLXFTG256 用二層 5cmx5cm基板
• KiCAD から Silhouette Studio への DXF変換
• 自宅リフローへの道 初期投資まとめ
• BGA 自宅リフローへの道 ステンシル作成
• BGA 自宅リフローへの道 部品到着

  さらに追記（動画作って見ました）

＜さらに追加で宣伝  2012/09/22＞

• 当サイトではMIPS互換のCPUも作ってます。
• 当サイトではμITRON4.0互換リアルタイムOSも開発しています。

FPGAは応用性が常に高く、楽しいデバイスです。

FusionPCBがどんな感じかのお試しで、表面実装無しで、超音波計測用の回路を１つ実験的に最安コースで発注していましたが納品されました。

• Layer - 2
• PCB Thickness - 1.6mm
• PCB Dimension - 5cm Max*5cm Max
• PCB Color - Green
• Surface Finish - Hasl
• E-Test - 50% E-test
• PCB Qty. - 10

Registered Air Parcel (Weight: 0.08kg. Delivery Time: 0-30 days)

で、トータル $13.78

2012/9/3に受け付けてもらって、2012/9/20到着なので、17日での到着。まあこんなもんでしょう。

深く考えずにスペック限界で引いた部分がありますが、それなりにきれいにできてきました。

BGA版も楽しみです。

FusionPCBからの基板はまだだが、とりあえずDigiKeyから部品が届いた。

いまさらですが、BGAとはこんな部品です。
今回購入した Spartan6 FPGA は XC6SLX16-2FTG256G です。

1mmピッチなので同シリーズの中では一番間隔の広い品種になります（うまく行ったら0.5mmピッチも考えるかも）。
「こいつを自宅でハンダ付けできるか？」ってのが今回の企画のお題です。

昨今の電子部品、特にFPGAはほとんどBGAパッケージになりつつあります。一方でこれがクリアできれば「個人でスパコンが作れるか」という、当サイトのネタ話も現実味を帯びてくるわけです。

ちなみに、ソルダーペースト SMD291AX-ND(クリームハンダ)も一緒に来ました。

一応、上記のように保冷材に包まれてきましたが、夏日ということもあってしっかり常温になっていました。大丈夫かなぁ....

実は今、勤続10年目で自己啓発目的の休暇をいただいてこんなことやってたりします(不良社員だな)。
週末は家族旅行なので、続きは来週以降になりそうです。

さて、無謀にもBGAパッケージの自宅リフローに挑む本企画であるが、FusionPCBからはさすがにまだ基板は届かないが、とりあえずシルエットカメオ(クラフトロボの後継機種)が届いた。

早速いろいろ試して見る。とりあえず何も考えずに普通のコピー用紙を台紙に張って動かして見たらエライ目にあった(剥がれない)。気をつけましょう。

ということで、早速、サイエンススイッチさんから購入したポリプロピレン合成紙をカットしでBGA基板用のメタルマスクをカットして見る。

まずは、感触がわからないので刃出し１の設定でトライ。

危険な香り全快である。一瞬目の前が暗くなった。
とりあえず、刃出し設定を２にしてみるが、上のようなまくれはなくなったが穴が開かない。

DXFファイルをテキストで覗きながら悩んで見るが、さすがにCIRCLEの半径0.2は邪悪すぎるか(しかもベースがインチだからDXF内は0.198120とかだし)。
とりあえず矩形の別の穴はそれなりに開いてきたので、

1. 半径を大きくする
2. 形状を矩形などに変える

などの最終手段は残ってはいる。
ということでとりあえず半径を大きくして見る。
DXFファイルをいじってもいいのだが面倒なので、JW-CADでトライ。
ここで知ったのだがこのようなケースではこちらのQAが役に立った。

単位をあわせずに適当に編集してしまったが、DXFで0.348mm指定になった。
なかなかいい感じ。

最終的に 刃出しも３まで上げてみて今のところ下記のような感じである。

矩形が平行四辺形になっているのが気になりはするのだが、なんとなく道が開けてきたような気がする。

最近知り合いに教えていただいたのですが、東京には「はんだづけカフェ」なるものがあるそうだ。
こんなすばらしい場所を無料で提供しているなんてスイッチサイエンスさんすごすぎです。

地方在住者にはうらやましい限りですが、負けてはいられません(何にだ？)。
まだ部材は届いていませんが発注はすべて終わったので、初期投資を費用のまとめです。

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[Amazon ： 山善(YAMAZEN) ホットプレート ブラウン HG-1200(T)」

  商品：                ￥ 1,982
  配送料・手数料：  ￥ 0

  Amazonのレビューの素敵な、安価なホットプレート。このレビューの発見が今回の試行のきっかけだったかも知れません。
  アイロンを使う、オーブントースターを使うなどの手もあるようです。
  とりあえずウチは飯事用と別にしたかったので発注しました。

[Amazon : シルエットカメオ]

  商品：               ￥ 26,800
  配送料・手数料： ￥ 0

  クラフトロボの後継機種だそうです。巷の情報はほとんどクラフトロボなので同じことができるか心配なのですが、カタログのメカニカルなスペック的には概ね上位互換っぽいです。
  Adobe Illustrator が未対応になったことで評判が悪いようですが、とりあえずステンシル作成用途ではDXF読めればよいのでよいかなと思っています。

[スイッチサイエンス ：
SSCI-TOL-PRS5 ポリプロピレン合成紙A4版150μm厚5枚セット(クリームハンダステンシル用)]

小　計： ￥500
送　料： ￥180
--------------------------------
合　計： ￥680

  スイッチサイエンスさんの記事は大助かりしています(すばらしい)。
  百円均一のシートで成功したという人もいらっしゃるようですが、初めてでいろいろと自信がないので実績のあるものを購入させていただきました。

[Digi-Key : ソルダーペースト SMD291AX-ND]

  金額 ： ¥1,173
  送料 ： \2,000 (他の部品とあわせて\7,000を超えれば無料)

  とりあえず他の部品の発注とあわせて、Digi-Keyから買ってみました。
  いろいろな種類があってどれを買えばいいのかさっぱりでしたが、こちらの方のブログで実績があったようなので勝手ながら参考になせていただきました。m(_ _)m

[Seed Studio : Fusion PCB Service]

  製造費用 ： $9.90  （5cm * 5cm  10枚）
  送料       ： $3.88  (Registered Air Parcel )
-----------------------------------------
  総計       ： $13.78 [¥1,120]

  初期投資といわけじゃないですが、一応参考までに。
  円高もあってめちゃくちゃ安いです。１枚あたり112円ですか。

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  ということで、初回自宅リフロー作戦に投入した予算は合計で

  \33,755 ＋ 部品代

  ということになります。

  学生さんとかだとちょっと辛い額かもしれませんが、まあ個人レベルで手を出せる範疇には入っているのではないかと思います。
  業者に実装をお願いした場合、下手するとメタルマスク製造費用だけでこのぐらいかかってしまいますし、そもそも個人の趣味レベルのオーダーを請けてくれるところも少ないと思います。

  計画では、一通りそろえてしまえば、以降は 「¥1,120 ＋ 部品代」で基板が作れることになるはずなので比較的安い初期投資と思っています。
  部品に表面実装品が選べることによる部品代削減効果も出てきますし。

  うまくいくことを祈って。結果を乞うご期待！

BGAの自宅リフローができるかのトライアル準備がだんだん整ってきた。
安いのをいいことに禄に検図もせずに先ほどFusion PCB に発注しました。

ターゲットはSpartan6のBGAでもっともピンピッチの広い(それでも1mm)のFT256パッケージ。FPGAの載る表面のみリフローにトライして、裏面のパスコンは手作業実装の予定。

クラフトロボは既に販売終了のようなのでシルエットカメオを発注。
本体は到着待ちだが、幸い制御ソフトの Silhouette Studio はダウンロードできるようなので、メタルマスクならぬステンシルマスク製造を準備。
ここで問題発覚、手元のバージョン（下記）ではDXFファイルの単位が mil にしかならないようだ。

無理やり読み込んでも座標が大きすぎていて下図のように正しく読み込めない（つまり読み込んでからリサイズという手は使えない）。普段愛用しているJW-CADでも駄目だったのでソフトウェアプログラマらしく(?)力技に出ることにする。

ということでスケール変換ソフトを適当に書いてみる。

ソースコード置いておきますね。「dxf_scale.cpp」をダウンロード

これでDXFの座標をざっと変換して、Silhouette Studio の「ファイル」＞「プロパティ...」からDXFの取り込み辞の縮尺をmm固定にして読み込めばとりあえず出来上がり。

なんとか読み込めた。

部品も発注しなければならないが、たぶん基板の到着が一番最後になりそうなのでゆっくりやろうと思う。

なお、自宅リフローについては

スイッチサイエンスさんの
http://trac.switch-science.com/wiki/HomeReflowKit

が、参考になりそうだ。

FPGAの最新品種では、QFPパッケージがどんどん品種が減ってきている(XILINXの場合7シリーズで今のところQFPはなさそうである)ので、もしBGAへの道が開ければ、今後が明るい。

今からいろいろなものの到着が楽しみである。

円高もあってFusionPCBの5cmx5cmが信じられないぐらい安い。

そこで、かねてから自宅リフローでBGA実装が可能か興味津々だったので、この値段なら失敗しても痛くなさそうということでトライを開始してみた。

あくまでBGA実装の可能性を探るだけなので、フル機能は必要なく、各I/Oの接続テストができる程度でよい。

というわけで覚えたての KiCAD でアートワークを開始した。

まだ作成中なんですが、こんなのほんとに製造通るのかな。というかできても動くのだろうか。
DRC通ってるのが不思議....  ピン配置互換の安いLX9あたりで試そうかと。

オシレータ乗せ忘れたので、追加して、電源/GNDをもうちょっと最適化したら発注してみようかと。

はてさて、時間が取れるか。