独自の PCB を印刷する方法

クリス・パーソン著

ほとんどの人はテクノロジーとの関係が遠いか、曖昧になっています。 平均的な消費者は自分のテクノロジーを直接制御することはできません。通常、テクノロジーは彼らに対して閉ざされており、与えられた小さな箱が時々壊れ、最終的には壊れてしまいます。

しかし、DIY フリーク、キーボード オタク、シンセの変人たちは長い間知っていましたが、自分で設計した PCB のスタックを家に送ってもらうのは簡単で、実際には非常に楽しいことです。 さらに、KiCad の少しのノウハウがあれば、実際に回路基板をカスタマイズして、楽しいアートのための個人的なキャンバスに変えることができます。神、ローマ法王、人間があなたを止めることはできません。 。 飛び込んでみましょう。

「クリス、なぜ PCB を製造したいのですか?」と疑問に思われるかもしれません。 素晴らしい質問ですね！ これをやりたいという私の最初の願望は、メカニカル キーボード コミュニティでの経験から来ました。 コミュニティの設計のほとんどはオープンソースです。つまり、その気になれば、あなたやあなたの友人のために作られたキーボード PCB のラックをほとんど無料で入手できます。 めちゃくちゃ安いですよ。 AliExpress またはあなたの国のキーボード部品サプライヤーから部品を注文し、(おそらく新品の鉛筆を使って) 組み立てれば完成です。

さらに、多くのキーボード設計では、PCB のグラスファイバー プレートをキーボードのサンドイッチ スタイル ケースとして使用することがよくあります (3 枚の回路基板を重ね合わせ、上部と下部がケースを形成していると考えてください)。 あらゆる種類の奇妙な落書きをシルクスクリーンで印刷するための豪華なキャンバスです。 Photoshop と KiCad のフットプリント エディターを少し使って創造力を発揮すると、自分だけが持っているユニークなギアを作成できます。 生まれつき芸術の才能があるなら、自分の芸術を使うことになります。 私は絵を描くのが苦手なので、代わりに文字を入力できる海賊版バートを作成することにしました。 ただし、自分のものではないアートで生計を立てるためにこれを行うのはやめてください。 それは陳腐で邪悪であり、あなたはコンピューターを楽しむためにここにいます。

もちろんキーボードだけにとどまりません。 シンセサイザー、ビンテージ ゲームの MOD などはすべて無料でオープンソースで公開されており、印刷したり、落書きしたりすることができます。 GitHub を少し調べてみると、奇妙な小さなプロジェクトがたくさん見つかることに驚かれるでしょう。 PCB の注文プロセスについて基本的な知識を持っていることは、意欲的なギア オタクにとって非常に役立ちます。 へー、やりたくないなら落書きする必要さえありません。ボードを作成できることは、持っていると便利なスキルです。

PCB を作成するには、プロジェクト (通常は選択した回路基板の GitHub リポジトリ) を選択する必要があります。 次に、ガーバー ファイルを見つける必要があります。 アカウントを設定してリポジトリのクローンを作成するか、GitHub の使用に慣れていない場合は (当然のことですが)、DownGit などのツールを使用して手動でダウンロードすることもできます。

私はドウィーブなので、まずはダウンロードして印刷し、落書きできる PCB を備えたキーボード (主に人間工学に基づいた分割キーボード) をいくつか紹介します。 これらは、小さな表面実装部品をあまり必要とせず、自宅ではんだ付けが簡単です。ただし、JLCPCB のような多くの会社が部品を販売し、ファイルがあれば組み立ても行ってくれますが、それはこの投稿の範囲外です。

いくつかの古典的なボードを次に示します。

KiCad をダウンロードすることになります。 これは無料のオープンソースのエレクトロニクス設計スイートであり、オンラインで PCB を作成する人々の大部分がこれを使用しています。 選択したリポジトリからプロジェクトを取得します。 画像を描くか選択します。 白黒で視覚的に目立つものが必要です。つまり、ハイコントラストの画像や、とても素敵なパターンの画像が必要です。 通常、画像をプロジェクトに取り込む前に、Photoshop などで画像のディザリングとサイズ変更を試みます。そうすることで、シルクスクリーンが複雑になりすぎず、KiCad でサイズを変更する必要がなくなります。

画像を作成したので、KiCad を開き、右側にある「Image Converter」を選択します。 そこから、「ビットマップのロード」を選択し、PCB に印刷したい画像をロードします。 PCB メーカーが処理できる最大 DPI を考慮する必要があります (通常は 300 dpi が適切な経験則です)。 私にとって、このプロセスは常に多くの試行錯誤ですが、プログラムがクラッシュしてもイライラしないでください。

さまざまなタブを自由に使用して、画像が白黒でどのように見えるかを確認したり、シルクスクリーンで機能しない場合は画像を反転したりできます。 ほとんどの場合、白いシルクスクリーンで作業することになりますが、白い FR4 で作業する場合はシルクが黒になるため、アート上にネガティブ スペースを確立するときはそのことを念頭に置いてください。 KiCad でコントラストを均一にして、ファイルをもう少し読みやすくすることができます。 見た目が良ければ、KiCad のフットプリント ライブラリに保存できます。 シルクスクリーンをボードに落としたときに完璧でない場合は、いつでもここに戻ることができますし、おそらくそうするでしょう。

プロジェクトをロードします。 この場合、私は Cantor を使用するつもりです。Cantor は、いくつかの理由から、まず最初に素晴らしい PCB です。AliExpress でほとんど値段がかからない非常に安価な STM32 "blackpill" コントローラーを使用しており、ホットスワップを使用していません。ソケットを使用するため、アートをはっきりと見ることができ、ケースが不要なので、注文または作成する必要がある部品の数が減ります。

PCB がロードされたら、「O」を押すか、ツールバーの右側にある「フットプリントのロード」ボタンをクリックします。 これにより、ライブラリ内のすべての「フットプリント」が表示されます。これには、以前に生成したシルクスクリーンも含まれます。 上部のフィルターを使用すると、選択内容を生成したばかりのアートにすばやく絞り込むことができます。 選択した領域に対してシルクスクリーンが大きすぎる、または小さすぎる場合は、前の手順のいずれかで調整して、もう一度試してください。 「G***」のようなものが表示された場合は、シルクスクリーンをダブルクリックしてプロパティを選択し、「表示」のチェックを外してフットプリントのその部分を非表示にします。 編集するレイヤーは通常、表と裏をそれぞれ「F.Silkscreen」と「B.Silkscreen」と呼びます。 他のレイヤーにシルクスクリーンを貼りたい場合は、「F」を押すと、シルクがボードの反対側に反転されます。 これは、ボードの両面に画像が必要な場合に便利です。 ボードの比較的きれいで空いている部分にシルクを配置するか、創造力を発揮してください。それはデザインです。 ボードがどのように見えるかをプレビューするには、KiCad で 3D ビューアを開いてボードを回転させます。

基板上にアートを作成したら、PCB を製造する会社を探す必要があります。 私は PCBWay と JLCPCB でうまくいきましたが、OSH Park や価格を比較するために使用できるオンライン ツールなど、世の中にはたくさんあります。

完了したら、KiCad の製造オプションを使用してガーバー ファイルを生成することになります。 特に JLCPCB に注文する場合は、プロセス全体を簡素化するために使用できる JLCPCB および PCBway 用の便利なプラグインが実際にあります。 完了したら、ファイルを zip 圧縮し、圧縮アーカイブを選択したメーカーにアップロードするだけです。 購入元に応じて、ボードがどのように見えるかを示すプレビューが生成され、マテリアル、レイヤーの数、色などについていくつかのオプションが提供されます。 私はポップなボードが好きなので、白のシルクスクリーンを備えた青 FR4 または黒のシルクスクリーンを備えた白 FR4 を選択することが多いですが、オプションはメーカーによって異なります。 たとえば、OSH Park は、透明なはんだマスク (銅配線の上部に塗布されたポリマー。つまり、その下の銅が見えることを意味します) を備えた美しい黒色の「After Dark」PCB を提供しています。 それは間違いなくプレミアムですが、非常にハンサムで、これを使えば非常に素敵なことができます。

さて、私の例では、JLCPCB から鉛フリー HASL を備えた紫色の FR4 の PCB を 20 枚入手しています。これは、部品を考慮する前に約 10 枚の基板を作成するのに十分です。 ほとんどのものと同様、買えば買うほど割引が大きくなるので、自分や友達のためにたくさん作ることを検討してください。 ここでのおおよその費用は約25ドル+送料です。 本当に今すぐ必要な場合は、DHL などにプレミアムを支払うことができます。 私は個人的には非常に安い配送方法を選択する傾向があります。なぜなら、私はただ楽しむためにこれを行っているだけであり、到着までに数か月かかっても気にしないからです。 もちろん、走行距離は異なる場合があります。

到着すると、小さな箱に真空パックされており、すぐにはんだ付けして組み立てることができます。 キーボードを持っている場合は、キーボードの部品も必要になるため、AliExpress で同時に注文すると、いつでも届くようになります。 あるいは、数多くある優れたキーボード サプライヤーの 1 つをサポートすることもできます。 しかしもちろん、これは単に安価なキーボードを製造するだけではありません。 私は、複数のアーケード スティックとトラックボール PCB とともに作られたドームズデイ デュプリケーターを入手しました (複雑な基板の場合は、工場でのはんだ付けと組み立てが必要になる場合があります)。 私が説明した例は非常に単純です。 私はポプテピピックのキャラクターをガジェットに配置するのが好きなだけですが、KiCad のようなツールをマスターすれば、シルクスクリーンを印刷できるだけでなく、既存の銅層をアート自体に統合した精巧なアートを作成することもできます。 (スイープ、アーチン、スミセイイ、ドラキュラッドがこの良い例です)。 そして、実際に絵を描いたりデザインしたりするのが得意だとしたら？ あなたは無視できない力になることができます。

これで、美しいカスタム シルクスクリーンが施された回路基板が完成しました。 しかし、よく考えてみると、実際には、独自のカスタム回路基板の作成を始めるのは、ほんの少しの時間で完了します。 まずは Ergogen のようなものを回路設計へのエントリーポイントとして使用し、独自の基板をゼロから設計することから始めるのが良いでしょう。 あなたを妨げるものは何もありません。 つまり、コンピュータにはすでにソフトウェアがインストールされているということです。 そして、あなたはボードを作る方法を知っています。 そう考えると、思い切ってやってもいいかもしれません…。

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