安価なプリヒーターで ESP32-C3-MINI-1 をリフローする

tl;dr

ESP32-C3-MINI-1 モジュールは、技適通っていて、ProMicroのように小さいガジェットに使えるけど、リフローでないと実装が難しいよ
アリエクで$20以下で買えるプリヒーターがリフローに使えたよ
ステンシル、フットプリントは Espressif の KiCad ライブラリがそのまま使えたよ
位置合わせ用の穴を用意したら位置合わせが楽だったけど、たぶんこのサイズなら目視でもできそうだよ

※ ESP32-C3-MINI-1 ではProMicroサイズの横幅までの実現は難しい（横幅が2.54mm程度大きくなる）ので、記述を一部修正しました。

ESP32-C3-MINI-1 とは

ESP32 シリーズの RISC-V の安価なチップとして、ESP32-C3シリーズがあります。

WROOMではなくMINIタイプのモジュールは非常に小さいため、ProMicroのように小さい開発ボードが好きな私は使ってみようとしていました。また、MINIタイプのモジュールで技適認証を取得しているのは、2023/06/11 現在は ESP32-C3-MINI-1 しかありません。

一方、WROOMとつくモジュールと異なり、裏面のランドで実装する形になるため、はんだごてでの実装が難しいです。 ESP32-C3-WROOM-02 もはんだごてでの実装をしていたのですが、熱の加えすぎか壊してしまうことがありました。かつてプレヒーター、ステンシルを使わずに ESP32-C3-MINI-1 モジュールの実装にトライしていましたが、上手くいきませんでした。

（以下は過去のフライパンリフロー時のツイートです）

ESP32-C3-MINI-1-N4 のフライパンリフローにトライ。クリームはんだの量を確認するために、モジュールなしでやってみて、その後モジュールを乗せてやってみるも、認識しない。。。 pic.twitter.com/kXMMmncupd
— 74th (@74th) May 28, 2022

リフロー環境を整えて、再度 ESP32-C3-MINI-1 に挑みたいと心に思っていました。

安価なプリヒーターがアリエク出回る

小さく安いプリヒーターといえば、MHP-30というツールが知られていました。USB-PD で給電して、温度調節もできて作りも良さそうなのですが、1万円以上するため、手軽に試してみようという製品ではありませんでした。

ホットプレート予熱器、MHP30ミニ調整可能恒温加熱テーブル、回路基板用予熱ステーションリワーク予熱器プラットフォーム、コンポーネント

Yosoo

Amazon

最近アリエクで安価買えるプリヒーターが出回るようになりました。

Mhp30 ミニPCBはんだ付けプロ加熱ツール,ボリュームOLEDディスプレイ付きの真の色ランプ,エアヒーター,LED修理ツール 65 W Mini Hot Plate SMD予熱器予熱再加工ステーションPCB板ろう付け再溶接加熱板LEDランプベルト修理工具| | - AliExpress

アルミのPCBで作られ、筐体も3Dプリントと、PCBで作られています。しかし、USB-PDで給電でき、温度調節も可能となっています。

こちらを手に入れてみました。

私の手に入れたものは、内部のネジが1個はずれているものでした。他のネジもきつく締まっているものと緩いものが混じっていて、全てのネジを外して組み直したところ、しっかりとしたものになりました。

ねじ頭が飛び出している問題

うちにも来た！
来ないかと思って、もう1個注文したけど。 pic.twitter.com/Slu8EwPWfV
— 74th (@74th) May 31, 2023

このツイートの写真の通り、商品画像と異なり、最近のロットは天面が平らになっておらず、ネジが飛び出しています。

早く手を出した方は商品画像通り平らになっているようです。

本当はツライチなんです、、、
製造ロットによってネジまちがっているのがまざっているので、焼肉しているのとかがネジでっぱっています pic.twitter.com/c5eY9CHo4g
— たなかまさゆき (@tnkmasayuki) May 31, 2023

私の所では、とりあえず M2 であれば低い頭のネジがあったため、これに取り替えました。これでもネジの上にPCBを置いても充分加熱されるかはまだ検証していません。

プリヒーターの頭ネジ問題、M2なら低いのとスペーサーがあったので置き換えました。（3枚目が元のやつ、リンクが使ったネジの販売ページ）https://t.co/sSKopsQF7R pic.twitter.com/IF2lg2w83W
— 74th (@74th) June 1, 2023

プレートを皿もみした方もいるようです。

例のリフロープレート、飛び出て邪魔なネジを交換してみた。皿ネジをかなり短めにカットしつつ、皿部分をせこせこやすりがけして薄くしてみた。プレートもキリもみしたので見事にツライチに🙌 pic.twitter.com/l4t2bQcrpN
— ShoooGO (@show555) June 7, 2023

使い方と、分解時の問題

この使い方は、背面についている2つのボタンを同時押しすると、加熱が始まります。

最初 45W PD電源に繋いでいましたが、電源がリセットされる状況が発生し、60W PD電源に交換して使っています。 200度まで3分くらいで上がるように思います。

分解して組み立てた後に一度 Err という表示になってしまったのですが、これはアルミ背面の温度センサ（なぜか熱伝導テープで覆われています）の配線捻ってしまい、2線が短絡した時に発生しました。この部分を短絡しないように直したところ、再度加熱ができるようになりました。熱伝導テープは、耐熱、絶縁のカプトンテープに置き替えました。

他の方のレビュー記事

lang-ship.com

ESP32-C3-MINI-1 のステンシルを作る

ステンシルの発注

ESP32-C3-MINi-1 のフットプリントには、Espressif 公式のKiCadライブラリを使いました。

github.com

ESP32-C3-MINI-1 を適切に実装するために、ステンシルを作ろうと思いました。はじめてステンシルを注文してみました。ステンシルの注文自体は、JLCPCBでPCBと一緒にStencilにチェックを入れるだけです。

これに Polishing Process: Ethcing だけ変更しました。

ファイル自体は、KiCadのJLCPCB プラグインで出力されたファイルをそのままアップロードしました。 KiCadのF.Paste、P.Pasteがステンシルで使われるレイヤーだと思われるので、それが含まれていることだけを確認しました。

位置合わせの穴

ステンシルには位置合わせの穴を作りました。

穴のフットプリントにはこの記事を参考にしました。

kohacraft.com

PCBにドリルで穴開けされるようにNPTHを指定し、パッド形状、穴形状を円の2mmにしました。それに、F.Past（はんだが乗る、つまりステンシルの穴）、F.Mask（レジストが乗らない）を指定しました。

出力したガーバーファイルの F.Paste で、この場所に穴があいていることを確認しました。

なお、この位置合わせ穴の部分はできあがった実装後の製品には乗せたくないため、マウスビッツで捨て板として切り離せるようにしました。

マウスビッツには、0.75mmピッチで直径0.5mmの穴を並べたものになっています。これで発注したところ、手で切断できるくらいの強度のマウスビッツができました。

ただ、後から改めて位置合わせ穴を使わずに位置合わせをしてみると、ESP32-C3-MINI-1 のランドであれば、充分大きいため目視で位置合わせ可能なように思います。別途 RP2040 の 0.4mm ピッチの目視での位置合わせに挑戦して難しかったのですが、ESP32-C3-MINI-1 であれば問題なくできそうでした。