公開日：2024/08/03

31st Season

#31-4　ATmega328PB-AU

　当初、Arduino UNOに使われたのはATmega328P-PUと言う型名のマイコンで、28DIP形状のMCUでした。しかし今では、DIP形状のマイコンが量産で使われることは、ほとんどありません。量産に於いては、表面実装タイプのLSIが主流となっているためです。
　代わりに使われるのは、同型のATmega328P-AUという、32TQFP形状(表面実装パッケージ)のMCUです。ATmega328P-AUを採用したUNO互換機も存在しています。

　表面実装が主流となったことも、DIP形状LSIが使われなくなってきた理由の一つですが、もう一つ別な側面からの理由もあります。DIP形状は一般的にガタイが大きいので、レジンにせよ、リードフレームにせよ、大きくなって材料費がかさむパッケージなのです。
　つまり、同じチップ(ダイ)を採用したATmega328Pであっても、一般的にDIP形状の方が、TQFP形状より、材料費が高くつきます。同じチップなので同じ機能なのに、販売価格に差がついてしまうのです。

　さて、ATmega328Pの後継として、UARTやPWMタイマなどのIOユニットを増設し、32TQFP形状のパッケージに押し込んだのが、ATmega328PB-AUと言うマイコンです。

　今回は、このマイコンを入手したので、開発環境を整備して行こうと思います。

「P」と、「PB」

　紛らわしいですが、型名は、「ATmega328P」と、「ATmega328PB」と言う事で、最後に「B」が追加となっています。後ろに続く「−PU」はDIP形状、「−AU」はTQFP形状を示す、Atmel社の型名規則です。まずは、ATmega328PBのデータシートを検索しておきましょう。

　　ATmega328PBのデータシートを検索する(別ウインドウが開きます)

　ATmega328PB-AUの外観図を以下に示します。



　ATmega328Pデータシートと見比べて、以下比較表を作成して見ました。

　同じ32TQFPの「−AU」として比較した表です。ATmega328PBには、DIP形状(−PU)の展開が無く、存在しないためです。

　Pと比べてPBは上表の通り、メモリ容量などの基本的仕様は共通で、タイマ／PWM／通信ユニットのチャンネル数が増設されています。
　特に、USARTユニットという、シリアル通信ユニットが2チャンネルに増設されているので、UARTが2チャンネル使えるのは強みです。SPIやI2C通信ユニットも、2チャンネルに増設されているので、シリアル通信で困ることは、まず、無いでしょう。

TQFP (表面実装)

　とは言え……、TQFPですからねぇ……(下図)。


※ATmega328PBデータシートから引用。

　上図の様な表面実装タイプのままでは、ブレッドボードでは使えないし、そもそも、ピンピッチ0.8mmは、狭すぎて扱い難い事、この上ありません。

ピッチ変換基板

　以下図の様なピッチ変換基板と呼ばれる部品が販売されています。



　中央のフットプリントに32TQFP形状のLSIをはんだ付けすると、長手方向のスルーホールによって2.54mmピッチの32DIP形状に変換できて、ブレッドボード等で使用できる様になる、という代物です。

　ピッチ変換後ATmega328PBのピン配置図を以下に示します。

　D#はArduino IDEのデジタルポート番号(0〜26)、[A#]は同じくアナログポート番号(0〜7)です。

　これが実現できれば、ブレッドボードなどで使い易くなります。ですが、何しろ32TQFPは、ピンピッチが0.8mmという細かさです。
　筆者のはんだ付け技術で、実装できるものか？？

はんだ付けの結果

　ダメダメでした……。

　ピンピッチが狭すぎます。筆者が使っていたはんだごてのこて先は、ピンピッチに対して太過ぎ、隣のピンまで熱してしまいます。そこへ、迂闊にはんだを流し込むと、はんだが隣のピンまで巻き込んで、ブリッジしてしまったのです(つまりショート！)。

　大失敗。以上、報告終わり☔ｏｒｚ。

再挑戦！

　と、なって放置していたのですが、暫く放置していたところ再び心に火が灯り、「再挑戦」してみようと思い立ちました。

　再挑戦に当たり、必要だと考えた資材は：

• はんだ吸い取り線
• 隣のピンとブリッジしてしまったはんだを吸い取るのに使う。
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• 細いこて先
• 0.8mmピッチのTQFP端子を、ピンポイントで熱するために使う。
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• 丸ピンヘッダ
• 実は手元に来て初めて気が付いたのだけど、ピッチ変換基板のスルーホールの直径は、0.7mmφ(公差＋0.1／−0)だった。
• いつも使っている手持ちのピンヘッダは、断面が正方形で、一辺0.64mm(公差±0.02)なので、円形スルーホールの直径換算では、0.64mm×√2≒0.905mmと、太すぎて通らなかった。
• その点、丸ピンヘッダは、断面が円形で、一般的な直径は0.51mmφなので、0.7mmφのスルーホールに通すことができる。
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　これらを入手して、再挑戦したところ、何とか、サルベージに成功する事ができました。以下に完成図を示します。

実装のコツ？……！

　そんなことを聞かれましても……。何とか形には、なったものの、コツなんてレクチャできるような状態には、ありません。

• はんだごてのこて先は、細いに越した事は無いけど、
• 細いが故、接触面積が小さく、相手の端子などを熱しずらい。
• 十分熱しておかないと、はんだが濡れないので、接触不良を起こす。
• と言って、太いこて先では、隣の端子まで熱してしまい、はんだブリッジを形成して、失敗し易い。
• ブリッジしてしまうと、はんだ吸い取り線などで吸い取るのだけど、
• 上で述べた様に、細いこて先では、中々はんだが溶けず、苦労する。
• よって、太い方のこて先を使うハメになる。
• 一度熱したはんだごては、冷めるまでこて先の交換ができないので、作業効率が低い。
• はんだごてを2本使い、細いこて先と、太いこて先を同時に使えるようにしておくのが理想的。
• こて先の太さもだけど、はんだ線の太さも重要なのかも？
• 今回使ったはんだ線は、0.8mmφのPbフリー品。
• 32TQFPのピンピッチ0.8mmと同じ太さのはんだ線だと、やはり、太すぎはしないか？
• はんだブリッジ(ショート)させてしまう一因かもしれない。

　何とかお伝えできるのは、この位です。そもそも、ピッチ変換基板のフットプリントと、32TQFPをずれないように合わせて、最初の1端子をはんだ付けするまでの間がめちゃくちゃ大変です。にもかかわらず、その様な重要な事象に対してアドバイスできる様な事は、当方には、ございませんｍ（１＿＿）ｍ。
　無理やりアドバイスするなら、「気合」です。諦めないメンタルも必要になるかと思われます。

　慣れた方なら、サクサクやってのけるのでしょうけれど、筆者には無理でした……。「もう一度、やって見ろ」と、言われても、土下座してご辞退申し上げますｍ（１ｘ＿ｘ）ｍ。
　皆様も、安易に手を出さず、ご自身のはんだ付け技術とご相談の上、挑戦する事を推奨します。

　世の中には、こちらの様な商品も御座いますのでご検討ください。

今回のお買い物

　今回のお買い物は以下の通りです。再挑戦に当たって、追加購入しているので、いくつか違うお店が混じっています。

• AVRマイコン ATMEGA328PB-AU：240円(秋月電子通商)
• 32ピンQFP変換基板 金フラッシュ/AE-QFP32-DIP：110円(秋月電子通商)
• 白光こて先T18-B：473円(Amazon)
• gootはんだ吸取線1.5�o×1.5m CP-1515：236円(Amazon)
• 丸ピンヘッダ40ピン＋送料：154円＋220円(Amazon内オーディオファンストア)

　最初は、「ATmega328PBと変換基板だけで使える！」と思って購入(計350円)したのですが、再挑戦用の資材を含めると、何やかやと費用が増加してしまいました。

　秋月電子通商の商品は、「#30-9　PICAXEというマイコン」と同時に購入したものです。
　Amazonの商品は、他の買い物(≧3,500円)と同時購入したため送料無料でした。
　オーディオファンの商品は、送料220円と、肝心な丸ピンヘッダ(154円)より高く支払わされてしまいましたが、丸ピンヘッダって意外に高価な部品なので、送料込み374円でも、割と安い方だったと思います。


　こんな調子ですので、判り易くはんだブリッジ(ショート)と、までは言わないまでも、接触不良や、長時間熱を加え過ぎたことによるLSIの破壊などが有るかもしれません。次回、開発環境の立ち上げと、ピッチ変換(はんだ付け、実装)の検証を実行します。