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20220129 100均分解のススメ Part3
1.
100円ショップの ガジェットを分解してみる 2021/01/29 @tomorrow56 Masawo Yamazaki 分解のススメ 第12回
Part3
2.
自己紹介 Facebook: Masawo Yamazaki Twitter:
@tomorrow56 1000円+電子工作 Thousand+DIY
3.
月刊 I/Oで「100円ショップのガジェット分解」を連載中 https://www.kohgakusha.co.jp/io/ 書籍情報 単行本
4.
月刊I/O連載の単行本 Part3が出ました http://www.kohgakusha.co.jp/books/detail/978-4-7775-2182-1 https://amzn.to/32DuGla Amazon 工学社直販
5.
Part3で分解したモノ
6.
100均ガジェット分解のススメ •なぜ100均ガジェット分解なのか • Part3の内容をいくつか紹介 • 電子メモパッド •
12桁ソーラー電卓 • 完全ワイヤレスイヤホン(TWS) • 自分流の分解の手順 • お気に入り機材 「個人でも手の届く機材」を使って分解して調べてみる
7.
なぜ100均ガジェット分解なのか •入手しやすい(近所で手に入る) •分解への抵抗感が少ない •玉石混交 ガジェット充実 100円にこだわり マニアックな商品多め 磁気研究所との コラボ増加
8.
入手しやすい
9.
分解への抵抗感が少ない 300円 300円 300円 300円 500円 500円 600円
10.
「玉石混交」 USB2.0なのに12Mbpsまで 両耳なのにモノラル再生 1次-2次の絶縁がNG (電極に触ると危険)
11.
なかなか出会えないものも多数
12.
Part3の内容をいくつか紹介
13.
電子メモパッド 販売価格: 500円 ● コレステリック液晶採用 ●
繰り返し書いて消せる Boogie Boardという名前で売られているものと同じ原理 https://www.kingjim.co.jp/sp/boogieboard/
14.
本体を分解 ● 「液晶シート」からは2個の電極が出ていて、 テープで制御基板の「液晶シート電極用ランド」
に貼り付け られている。 ● 液晶シート電極の横には「削除ボタン用電極」があり、押すと制御基板のパターンがショートされ、液晶 シートの両面に電圧がかかり画面消去される。
15.
プリント基板 ● 基板はガラスエポキシ(FR-4)の両面基板 ● 部品は全て面実装部品で片面に実装 ●
コントローラはワンチップの専用IC、周辺に 電源昇圧用コイルと整流ダイオードがある。 ● 基板の裏面には部品はなく、液晶シート電 極用ランドと削除ボタン用のパターンが配置 されている。
16.
コレステリック液晶 ● 使用されている液晶シートは「コレステリック 液晶(cholesteric liquid
crystal display, 以下 ChLCD)」 ● 通常状態では安定した2つの状態が存在 ○ 特定波長の光を反射する「Planar state」 ○ 弱い散乱で光を反射しない「Focal conic state」 ● ペンで加圧した部分は「Planar state」に変化 し光を反射するので黄緑色に見える ● 電圧を印可すると液晶の配向が揃う 「Homeotropic state」となり、背面の黒を透 過する状態=描画が削除できる ● 電力が必要なのは描画削除だけなので、ボタ ン電池で超低消費電力動作が可能
17.
コントローラIC ● 中国の「合肥宽芯电子技术有限公司 (BROADSEMI)」の液晶メモパッド専用ICである 「KX360A」、データシートは「道客巴巴(doc88)」 で発見 http://www.doc88.com/p-1082901621286.html ● 合肥宽芯电子技术有限公司(BROADSEMI)」は 中国語・英語の両方で検索したが公式のホーム ページは発見できず
18.
● 液晶シート制御はワンチップの専用IC(U1)、L1・D1・C3で「昇圧チョッパ回路」を構成し、液晶消去に必要な電圧 を生成して7番ピン(HV)に入力 ● 液晶シートは「コレステリック液晶(ChLCD)」でU1の4-5番ピン(X1-X2)の間に接続。 ●
削除ボタン(K1)が押されて2番ピン(KEY)がHレベルになると液晶シートの電極間に電圧が印加されて液晶シー トの内容が消去される ● ロックスイッチ(SW1)をLock側にすると、ボタン電池が切り離されて電圧がかからなくなる。 回路図
19.
回路動作確認 ● 消去動作が開始するとK360Aの HV端子に印加された電圧を使っ てChLCD電極間に消去電圧 (±15V)がトグル状に印加される これにより液晶の配向が揃う 「Homeotropic state」となり、背 面の黒を透過する状態=描画が 削除される
20.
分解した感想 ● 分解してみると専用ICを使って最小の部品点数で実 現されていることが分かった。 ● 動作原理もシンプルで、使用目的を絞ってよく
考えら れた仕組みの商品という印象
21.
分解した感想 ● 分解してみると専用ICを使って最小の部品点数で実 現されていることが分かった。 ● 動作原理もシンプルで、使用目的を絞ってよく
考えら れた仕組みの商品という印象 最後の感想が毎回一番時間がかかっています...
22.
ソーラー電卓 販売価格: 100円 ● 12桁表示 ●
ソーラー電池専用 ● アルミフレーム?? これ↑を再び見る機会があって「電卓がマイコ ンの原点だな」と思い出したのが発端
23.
本体を分解 ● 内部はメイン基板と表示用のLCDパネル及び電 源用のソーラーパネルで構成 ● ソーラーパネルはリード線で直接メイン基板に 半田付け ●
メイン基板にはキー検出用の印刷パターン、シ リコーン樹脂のキーの裏には導電塗装 ● キーを押すとメイン基板上のパターンがショート され、どのキーが押されたかがわかる仕組み(個 別部品のスイッチ不要) ● キーと電極の位置はキー側のケース上のボス に基板の穴をはめることで決まる
24.
プリント基板 ● メイン基板は紙フェノールの片面基板 ● 部品は樹脂モールドされたプロセッサとそ の周辺部品(セラミックコンデンサ、LED)の みと少ない ●
メイン基板とLCDパネルは電極付フィルム で接続、フィルムの電極の接続は半田付け ではなく接着 ● 基板裏面にはキー入力検出用の電極が基 板パターンではなく導電塗料で印刷 ● 基板の表面と裏面の接続部には穴があい ていて、導電塗料が表面に回り込むことに より電気的に接続 ● これにより基板自体がローコストの紙フェ ノール片面基板でよくなる
25.
プロセッサ ● 樹脂モールドされたチップは素性がわからない ので基本は削ってチップを見てみる ● 樹脂モールド自体(エポキシが多い)はあまり硬く ないのでヤスリで削りやすい ●
電卓のシリコンチップ(ダイ)は基板パターンに対 して10度ほど傾いて実装 (ボンディングワイヤの接続距離の最適化?)
26.
プロセッサ ● シリコンチップを顕微鏡で拡大して観察 この写真は2500円くらいのUSB接続顕微鏡で撮 影 ● 規則的なパターンが並んでいる部分はメモリであ ることが多い ●
チップの周辺の四角い銀色の部分はボンディン グワイヤ接続用のパッド ● チップサイズは1.8mmx1.8mmと大きめ ● ワイヤ接続だとパッドの数でチップサイズが決 まっている(律速する)ことが多い
27.
● プロセッサ(U1)の電源にはソーラーパネルの出力を 直接接続、電源を安定化させる回路が内蔵されてい ると推測 ● 基板に[+]と[-]のランドがあり、電池を接続して動作さ せることができるように配慮されている ●
LCDパネルはプロセッサと40ピンで直接接続 ● キーは合計23個、10本の信号線(K1〜K10)がお互 いに接続される組み合わせ(マトリックス)で検出 回路図
28.
分解した感想 ● キースイッチが導電塗料での印刷になっていたり、基板が電池 接続もできるようにして他製品とも共用化できるようにして、コス トダウンをしている ● 導電塗料によるキースイッチは、耐久性という面では問題があ るが、壊れたら買い替えればいい、という割切りがはっきりして いる
29.
完全ワイヤレスイヤホン 販売価格: 1000円 ● Bluetooth
v5.0 ● 連続再生: 4時間 ● 充電ケースと併用で10時間動作
30.
イヤホンを分解 ● イヤホンのケースはツメで固定なので、隙間に精密ドライバ等を差し込んで外せる ● 内部はメインボード1枚、LiPoバッテリー、スピーカー、充電電極及び磁石で構成 ●
各リード線はメイン基板に直接ハンダ付け
31.
プリント基板 ● メインボードはガラスエポキシ(FR-4)の 4 層基板 ●
表面:メインプロセッサ・水晶発振子 ● 裏面:スイッチ・マイク・ 積層チップアンテ ナ・LED(2個) ● 未実装のU4には、タッチコントローラが 実装可能
32.
メインプロセッサ ● 深圳市中科蓝讯科技股份有限公司 (BLUETRUM, http://www.bluetrum.com/)製の Bluetoothイヤホン用SoC「AB5376T」 ●
パッケージはQFN20Pin(少ない) ● 主な仕様 ○ 32bit RISC-V + DSP拡張(52MHz) ○ Bluetooth v5.0準拠 ○ Programmable GPIO ○ DC-DCコンバータ内蔵 ○ LiPo充電制御 ○ フラッシュメモリ:無し ● フラッシュメモリ搭載品あり(AB5376A)
33.
● メインプロセッサは充電制御内蔵で充 電電源(5V) とLiPoバッテリーが直接接 続 ●
周辺部品は電源フィルタ用コンデンサ とインダクタ(L5)及び水晶発振子 (26MHz)のみ ● 必要な電源は全てプロセッサ内部で生 成 ● 未実装のパターン(U4)にはタッチコント ロールIC(JL223B)が実装可能 回路図
34.
充電ケースを分解 ● 充電ケース内部はメインボード、LiPo バッテリー
及び磁石で構成 ● LiPo バッテリ ーはメインボードに直接ハンダ付けされ両面テープで固定
35.
プリント基板 ● ガラスエポキシ(FR-4)の両面基板 ● 表面には充電制御
IC・インダクタ・充電用コンタクトピンが実装 ● 裏面にはマイクロ USB コネク タ・LED(R/B)が実装
36.
充電制御IC ● 富满微电子集团股份有限公司 (SUPERCHIP, http://www.superchip.cn/)製
の Mobile Power Management IC「FM9688」 ● LiPoの充電モードはトリクル/定電流/定電圧の3 段階 ● チャージソフトスタート(直接定電流充電に入る 時、充電電流を設定 値まで徐々に上げるよう制 御)でLiPoへのダメージを保護
37.
● USB電源(5V)からのLiPo充電制御 ● LiPoの電圧(3.7V)を5.1Vに昇圧し、+/- 端子経由でイヤホンへ充電 ●
ケースの充電時はD2(RED)、イヤホン への充電時は D1(BLUE)の LED が点 灯 回路図
38.
分解した感想 ● 中科蓝讯(BLUETRU)は、RISC-V Internationalの 「Strategic
Member」(https://riscv.org/members/) ● RISC-V採用でローコストの実例 ● TWSイヤホンとして必要最低限の機能に絞って、1 チップで製品を実現 ● 基板の未実装パターンにICを追加することでタッチ対 応可能という共通デザインでコストダウン
39.
自分流の分解の手順 ● 外装を開封する ● 回路図を作成する ●
部品の素性を調べる ● キレイに写真を撮る ● 顕微鏡でチップを見る ● 分解標本をつくる
40.
外装を開封する スピーカーネットの下 底面のクッションの下 ビスを外す 嵌め込みをこじ開ける あきらめて切断する ACコンセント直結のものはほぼ接着
41.
回路図を作成する 基板パターンを追うのに実装部品を取り外す
42.
回路図を作成する 個人的には回路図だけで独立したKiCadを使用愛用 ある意味宗教論争になる
43.
部品の素性を調べる •マーキングで検索 •AliExpressやAlibabaで検索 •中国の検索サイトでデータシート検索 •機能の似た部品を探す •機能の似た製品を探す
44.
マーキングでGoogle検索 2TY->PNP Tr S8550 A2SHB->N-ch
MOSFET SI2302 N4007->Power Diode 1N4007
45.
AliExpressやAlibabaで商品検索 CdSセル GL5528 IR-Reciever VS838 RGB
LED SMD5050 白色LED SMD2835 Audio Amp 8002シリーズ NSIWAY製 Zhengxin製
46.
中国の検索サイトでデータシート検索 JL223B TOUCH PAD
DETECTOR 百度一下 DOC88(道客巴巴)
47.
機能の似た部品を探す USBチャージャーエミュレータ 深圳市芯卓微科技有限公司「UC2635」 機能・ピン配置一致 LEDドライバIC 上海晶丰明源半导体股份有限公司「BP5131S」 機能一致・ピン配置が左右逆
48.
機能の似た製品を探す ダイソー_BTイヤホン マーキングでは型番不明 https://fccid.io/ (FCC申請情報サイト)をよく探します メインプロセッサ AC6939B 機能・ピン配置一致
49.
きれいに写真を撮る 簡易撮影ボックス GIMP - GNU
Image Manipulation Program Amazonで1000円くらい
50.
分解標本をつくる
51.
顕微鏡でチップを見る •樹脂モールドを削る •USB顕微鏡で写真を撮る •チップを特定してみる
52.
樹脂モールドを削る ベアチップ実装の樹脂モールドをヤスリと砥石とカッターで削る 作業のコツ 1. チップが見えるまでは、基板と水平にヤスリと砥石で削る • 表面を濡らしながら作業すると見やすい 2.
チップの端が見えたら「カッター刃の背中」でモールドを削ぐ • チップ表面を傷つけないように力を入れずに少しづつ作業を
53.
USB顕微鏡で写真をとる ボンディングワイヤの跡 シリコンチップ デジタル温湿度計 USBテンキー ソーラー電卓
54.
マウスのセンサーは削らなくてよいのでオススメ ダイソーの小型ヤスリを愛用 Part2のUSBマウスの例
55.
チップを特定する USBドングル(送信) マウス本体(受信) データシートの”Bonding diagram
for DICE”と重ねて確認 TeLink Semiconductor (Shanghai) Co., Ltd.「TLSR8510 & TLSR8513」 Part1のワイヤレスマウスの例
56.
お気に入り機材の紹介
57.
超音波カッター 今回も個人で買える機材で分解しています • ケースが接着されている場合 の成形品を切断する • 超音波で発生した熱でプラス チックを溶断、バターのように 切れる •
刃物は切れ味が良い方が怪 我が少ない エコーテック ホビー用超音波小型カッターZO-30プラ Amazonで25,000円
58.
ホットエアガン 今回も個人で買える機材で分解しています • 基板上のピン数が多いICや面実 装部品を外すときに使用 • ハンダゴテに比べて基板を傷めず 素早くきれいに部品を外せる •
プリント基板への面実装部品のリ フローにも使える 858D SMDホットエアーガン Amazonで10,000円
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部品マルチテスター 今回も個人で買える機材で分解しています • 基板上の部品の値を測定するのに 使用 • 部品種類の自動判別機能が優秀 パッケージだけでは判断できない FET等の部品を特定するのに役に 立つ •
本体のIR受光部でリモコンコードを 解析し波形を表示する機能 マルチファンクションテスター TC-1 ShigezoneAkibaの通販で2,750円 https://www.shigezone.com/
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ポータブルオシロ 今回も個人で買える機材で分解しています • 電子回路の動作確認に使用 • 液晶画面一体でタッチパネル操 作、バッテリー内蔵 •
プローブ付属 • 測定精度を必要としない動作確 認のような用途では十分使える FNIRSI 1013D 2CH 100MHz帯域オシロスコープ Amazonで20,000円
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USB充電プロトコルチェッカ 今回も個人で買える機材で分解しています • USB充電器やモバイルバッテリーが サポートする各種USB急速充電プロ トコル(USB BC,
USB PD, Quick Charge, Apple Charger等)のチェッ ク • USB PDケーブル情報(e-Marker)の 情報の読み出し • PCに接続してUSB PD通信のログ解 析 ChargerLAB POWER-Z KT00 Amazonで7,500円
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最後に noteのマガジンもやっていますので、フォローもよろしくお願いします https://note.com/tomorrow56/m/ma0073059b5ac https://note.com/tomorrow56/m/mb8ab521c1a56
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