APDahlen Applications Engineer
はんだ不要ブレッドボードは、信頼性の面であまり良い評価を得ていません。
確かに、そのとおりです。
私もこれまで、何度もブレッドボードを壊してきました。教育者として、何十もの破損したブレッドボードを目にしてきました。そのほとんどは、さまざまな誤った使い方による内部損傷であり、中でも最も大きな原因は、太すぎるワイヤの使用です。
ブレッドボードの寿命を延ばし、信頼性を高めることができます
この技術概要では、はんだ不要ブレッドボードの内部構造について説明し、TO-220パッケージのMOSFET、トランジスタ、および電圧レギュレータなどの大型部品を使用する際に役立つヒントを紹介します。ここでは、図1に示すブレッドボードのスプリングフィンガーと、TO-220デバイスの平板状リードに注目しています。
図1： TO-220デバイスの平板状リードによって、はんだ不要ブレッドボードのスプリングフィンガーが過度に広げられています。
はんだ不要ブレッドボードとは？
はんだ不要ブレッドボードは、電子回路を迅速に組み立てるために設計された試作ツールです。「ブレッドボード」という用語は、真空管電子回路の黎明期に由来するもので、当時はパン切り台（ブレッドボード）の上に、ネジや釘を使って各部品を固定し、回路を組み立てていました。
現在では、「ブレッドボード」という用語は、図2に示されているようなデバイスを指します。ブレッドボードが「はんだ不要」であるのは、はんだ付けを行うことなく、すばやく一時的な電気的接続ができるためです。また、部品をブレッドボードに差し込むだけでよいという点でも便利です。通常、ドライバーやペンチなどの手工具は必要ありません。
図2は、ブレッドボードを使用して接続できるさまざまなデバイスを示しています。これには、スルーホール部品に加え、変換基板を使用した面実装デバイス（SMD）も含まれます。
図2： マイクロコントローラ用の表面実装アダプタボード、LCD、およびスイッチング電圧レギュレータを備えた、製作中のはんだ不要ブレッドボード回路
はんだ不要ブレッドボードの内部構造は？
はんだ不要ブレッドボードは、図3に示すように、一連のスプリングフィンガーで構成されています。フルサイズのブレッドボードには、5接点のスプリングフィンガーが120個以上配置されており、それらが図2に示すような行と列のマトリクスを構成しています。例えば、マイクロコントローラのピン0は、35番の接続位置にあるスプリングフィンガーに接続されます。
また、より長いスプリングフィンガーアセンブリがブレッドボードの全長にわたって配置されていることにも注意してください（図2の水平方向）。これらは総称して「レール」と呼ばれ、回路へ電源とグランドを供給するために使用されます。
図3： スプリングフィンガーは、小型のスルーホール型電子部品を容易に接続できるようにします。
ブレッドボードはどのように破損するのでしょうか？
はんだ不要のスプリングフィンガーは繊細です。以下の要因によって簡単に破損します。
- 太すぎるワイヤ
- ペンチなどを使って部品をブレッドボードに押し込む際など、過度な力を加えること
- 平板状リードを持つ電気部品を無理にブレッドボードに差し込むこと
- 関連する事項として、ブレッドボードのプラスチックが過大な電流によって溶けることがあります
これらの要因によって、バネが変形したり、完全に押し潰されたりして、ブレッドボードのその部分は使用できなくなります。さらに悪いことに、損傷によって断続的な不具合が生じる場合があります。 これは非常に苛立たしいことであり、トラブルシューティングに多大な時間を費やすことにもなります。これが、冒頭で述べたブレッドボードの信頼性の低さという指摘につながっているのです。
どうすれば損傷を防げるでしょうか？
ブレッドボードを長期間使用し、高い信頼性を維持するためには、ブレッドボードに無理をさせないように使用してください。22AWGの単線を使用してください。この注意は、接続用ワイヤだけでなく、抵抗器などの部品のリード線にも当てはまります。例えば、1W抵抗器のリード線は、ブレッドボードに負荷をかけます。より大型の部品については、Arduinoマイクロコントローラを用いた高精度電圧測定に関する記事で紹介したような産業用端子台を活用したハイブリッドな構成を検討してください。
TO-220などの平板状リードはねじることで損傷を防げます
図1は、5接点のスプリングフィンガーに保持された抵抗器のリード線と、TO-220パッケージのデバイスのリードを示しています。比較すると、TO-220レギュレータの方がスプリングの変形が大きくなっています。この変形は、図4を見るとより分かりやすくなります。図4では、ブレッドボードに通常通りリードを挿入した状態（左）と、平板状リードを90度回転させて差し込んだ状態（右）を示しています。
図4： TO-220デバイスの平板状リード。左はスプリングが変形した状態、右はリードを90度回転させて応力を低減した状態を示しています。
当然のことながら、TO-220パッケージをその向きで正しく配置することはできません。しかし、図5および動画1に示すように、リードをねじることは可能です。この単純な変更、すなわちリードをねじるという作業だけで、TO-220デバイスをブレッドボードに簡単に差し込むことができるようになります。
図5： ねじったリード（左）と元のリード（右）。ねじったリードには工具の跡が見えます。
画像1： リードをねじる方法を示した短い動画
まとめ
はんだ不要ブレッドボードは繊細なデバイスです。スプリングフィンガーは過度な力や、太すぎるワイヤや、TO-220デバイスの平板状リードなどによって容易に損傷します。TO-220デバイスのリードをねじるといった簡単な工夫を取り入れることで、大切なブレッドボードを保護してください。このちょっとした工夫によって、ブレッドボードの寿命を延ばすことができます。さらに重要なのは、トラブルシューティングに何時間も費やすことを避けられるということです。
このようなヒントをさらに知りたい方は、ぜひDigiKeyのブレッドボードガイドをご覧ください。
ご健闘をお祈りします。
APDahlen
著者について
Aaron Dahlen氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間教壇に立ったことによってさらに強化されました（経験と知識の融合）。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチや執筆を楽しんでいます。
ブレッドボードの接点は、ばね材で作る必要があります。適切な材料で接点を作るよう、メーカーに要望してください。ブレッドボードを受け取り、分解して、接点にばね性がないことが分かったときは、少し落胆しました。何らかの解決策があるかもしれません。たとえば、既存の接点の下に輪ゴムを入れれば、接点を元の位置へ戻せるかもしれません。しかし、接点は多数あり、そのすべてについて両側から輪ゴムを入れたいとは思いません。私としては、ブレッドボードメーカーが適切な製品を作る方がよいと思います。価格が2倍になっても、長期間快適に使用でき、太いピンを差し込むことを心配せずに済むなら、それで十分です。
ChatGPTとチャットしていたら、このメーカーのボードを勧めてくれました。
http://busboard.com/breadboards
でも、使ったことがないので、どんなものかは分かりません。
APDahlen Applications Engineer
こんにちは、 @slava さん
はい、各ブレッドボードの内部には多くの接点があります。
私は材料の専門家ではありませんが、これは典型的なコスト、性能、耐久性の問題ではないかと推測しています。制約条件を考慮すると、現在入手可能なブレッドボードは最適なバランスにあると思われます。確かに改善の余地はあるかもしれませんが、あらゆる要素を総合的に見れば、現状で十分だと思います。
いかがでしょう？
Aaron
追伸：太いピンを使用すると、ブレッドボードが確実に弱くなります。高電力のデバイスを使用する場合は、「マンハッタン」や「デッドバグ」といった配線方式を用いた試作を検討してください。