ユニバーサル基板

ブレッドボードを使って物を作れるようになったら、次はそれを小型化したり線が抜けたりしないようにしたくなったりするとおもいます。そのとき出てくるのがユニバーサル基板です。

ユニバーサル基板

ユニバーサル基板はブレッドボードのように決まったピッチで穴が空いていて、穴にははんだ付けができるランドと呼ばれる部分がついた基板です。ここに部品をはんだ付けし、裏に這わせるように配線をすることで、部品を固定し、外に出る配線を最低限にすることができます。またブレッドボードと同じ配線がされた状態のものも売られていますし、Arduino 用にはプロトシールドという上に載せるように作られたものもあります。

ユニバーサル基板には片面と両面があり、はんだ付けができるランドが片方だけについているのか両方かの違いがあります。両面は表面だけではなく穴の内側も通電するようになっていて、こういった穴はスルーホールとも呼ばれます。両面のほうがはんだ付けに失敗したときに、穴の中にはんだが入ってしまって取りにくいので、初心者は片面がおすすめと聞いたことがあります。部品を刺す方を部品面、はんだ付けする方をはんだ面と呼びます。

ユニバーサル基板はカッターで両面に切れ目を入れることで割ることができるので、好きなサイズで使うことができます。高いものの基板カッターという専用の道具もあります。

配線

配線の仕方は詳しくなくいろんなページがあるので割愛します。

配線に使われる線は大きく分けて2種類あり、線自体が絶縁されているものとそうでないものです。基本的には絶縁されていないすずメッキ線を使えば良いと思うのですが、配線が交差する場合は絶縁されている線を使う必要があります。

絶縁されていない線

  • すずメッキ線

    • 一般的に配線に用いられている

    • 絶縁されていないので交差できない

    • はんだ面にしか使わない

    • 交差が可能な線(線が絶縁されている)

絶縁されている線

はんだ面・部品面どちらでもつかえる線です。絶縁されているので立体交差してもショートしません。

  • ポリウレタン線

    • はんだを通して被覆を剥ぐ線

  • ジュンフロン線

    • ワイヤーストリッパーで被覆を剥ぐ線

  • ビニール線

    • ジュンフロン線と似ているが熱に弱いのではんだ付けのときに溶けてしまう

  • ゼロΩ抵抗

    • 部品面から普通の抵抗と同じように刺すことで配線として使える抵抗

立体交差への対処

配線をしていると立体交差せざるを得ない場合・したほうがシンプルになる場合が出てきます。たとえば、ブレッドボード準拠のユニバーサル基板を使う場合は、電源のラインを繋ぐときに絶対にグランドのラインをまたぐ必要が出てきます。こういう場合には以下のような対処方法があります。

部品面で繋ぐ

はんだ面でショートしてしまうのであれば、部品面を繋げば問題ありません。部品面での配線は、ポリウレタン線・ジュンフロン線・ゼロΩ抵抗を部品面に刺して、あとは他の部品の足と同じようにはんだ面ではんだ付けします。

また、余分な線やスペースが出てもよいのであれば、部品面にコネクタを付けてつなぐという方法もあるかもしれませんが、上記の方法の方が楽で線もすっきりするので、あえてコネクタを使う必要はないとおもいます。

はんだ面で繋ぐ

ポリウレタン線・ジュンフロン線を用いて配線を行います。個人的にはビニール線と同じようにワイヤーストリッパーで被覆を剥げるジュンフロン線のほうが好きです。ビニール線より細いのでワイヤーストリッパーが対応しているかどうかは確認が必要です。

基板の外を迂回する

基板の上だと交差してしまうのであれば、基板の外を迂回させて配線する方法もあります。

コネクタ

基板内の配線は上記の方法で大丈夫ですが、外とつなげる場合には別の方法が必要です。穴に線を通してはんだ付けすることや、ピンヘッダにはんだづけすることもできますが、線がひっぱられたときにはんだの部分に力がかかりとれてしまいます。そこで、こういう場合にはコネクタを使用します。

コネクタには様々なピッチ、様々な形状のものがありますが、多くの物は圧着ペンチという道具が必要です。エンジニアの PA-09/PA-20 が定番だと思います。どのコネクタにどちらが対応しているかはエンジニアのページに PDF があります。はんだ付けではなく圧着を使うことで接続の信頼性もあがりますし、付け替えも簡単にできるようになります。

コネクタはまずは Amazon でパーツがセットになっているのを買うとよいとおもいます。

私は Arduino しか使わないので、2.54mm (0.1inch) ピッチのものだけ紹介します。

QI コネクタ

マザーボードのジャンパーピンなどで見かけるあれです。抜け止めがないのでひっぱったら抜けてしまいますが、逆に抜いたり刺したりしたい部分に最適です。また、Arduino のソケットやピンに刺すときにも使えます。デュポン(Dupont)コネクタとも呼ぶようです。

EH/XH コネクタ

日本圧着端子製造(JST) のコネクタです。弱い抜け止めが付いた小さなコネクタです。

ハウジング・コンタクト・ポストのパーツに分かれていて、ケーブルにコンタクトを付けてハウジングに入れるとオスになり、基板側にポストを付けてメスとしてそこに刺す形になります。

正確には 2.5 mm ピッチなので、たくさん並んでいるタイプだと基板に刺さらないことがあるらしいです。

基板用端子台

まだよくわからないけど、スピーカーケーブルのように挟み込んで固定できるものがあるらしい……。

Arduino とユニバーサル基板の接続について

Arduino Uno のように Arduino 側にピンヘッダのソケットを付けて、ユニバーサル基板にピンを付けて刺すのが一般的なようです。プロトシールドもそのようになっています。

ピンヘッダ付き Arduino Micro のように、ピンヘッダのピン側が付いている場合には、ユニバーサル基板側にソケットを付けるのがおそらく一般的です。それ以外だと、そのまま刺してしまってピンを短く切ってはんだ付けするか、少し浮かせてはんだ付けする方法があるようです。

個人的には、ショートプロファイル(短オス)のピンヘッダを使って、ユニバーサル基板にそのまま刺してはんだ付けしたいと思ったんですけど、あまり一般的ではないようです。