So drucken Sie Ihre eigenen Leiterplatten

Von Chris Person

Die Beziehung der meisten Menschen zur Technologie ist distanziert oder unklar. Der Durchschnittsverbraucher hat keine direkte Kontrolle über seine Technologie – sie ist ihm normalerweise verschlossen, eine kleine Kiste, die ihm gegeben wird, die gelegentlich kaputt geht und schließlich kaputt geht.

Aber was DIY-Freaks, Keyboard-Nerds und Synth-Verrückte schon seit langem wissen, ist, dass es trivial ist und in der Tat sehr viel Spaß macht, sich einfach einen Stapel selbst entworfener Leiterplatten nach Hause zu schicken. Darüber hinaus können Sie mit ein wenig KiCad-Know-how Ihre Leiterplatten tatsächlich individuell anpassen und sie in eine persönliche Leinwand für lustige Kunstwerke verwandeln, und Gott, der Papst oder der Mensch können nichts tun, um Sie aufzuhalten . Lass uns eintauchen.

Sie fragen sich vielleicht: „Chris, warum sollte ich Leiterplatten herstellen lassen?“ Das ist eine ausgezeichnete Frage! Mein ursprünglicher Wunsch, dies zu tun, entstand aus meiner Erfahrung mit der Community der mechanischen Tastaturen. Die meisten Designs in der Community sind Open Source, das heißt, wenn Sie Lust haben, können Sie für fast nichts ein Rack mit Tastatur-PCBs für sich und Ihre Freunde anfertigen lassen. Es ist spottbillig. Bestellen Sie einfach einige Teile bei AliExpress oder einem Tastaturteilelieferanten in Ihrem Land, bauen Sie sie zusammen (vielleicht mit Ihrem brandneuen Bleistift) und schon sind Sie goldrichtig.

Darüber hinaus nutzen viele Tastaturdesigns häufig die Glasfaserplatten von Leiterplatten als Sandwich-Gehäuse für eine Tastatur (denken Sie an drei übereinander gestapelte Leiterplattenstücke, deren Ober- und Unterseite ein Gehäuse bilden). Es ist eine wunderschöne Leinwand zum Siebdrucken aller möglichen seltsamen Kritzeleien. Werden Sie mit Photoshop und dem Footprint-Editor in KiCad ein wenig kreativ und Sie können ein einzigartiges Ausrüstungsstück erstellen, das nur Sie haben. Wenn Sie ein natürliches Talent für Kunst haben, verwenden Sie Ihre eigene Kunst. Da ich schlecht im Zeichnen bin, habe ich mich stattdessen dafür entschieden, einen Bootleg-Bart zu erstellen, auf dem ich tippen kann. Tun Sie dies jedoch nicht, um von der Kunst zu leben, die Ihnen nicht gehört. Das ist kitschig und böse, und Sie sind hier, um Spaß mit Computern zu haben.

Natürlich bleibt es nicht bei Tastaturen. Synthesizer, Vintage-Game-Mods und mehr gibt es kostenlos und Open Source, damit Sie sie ausdrucken und vielleicht darauf kritzeln können. Durchstöbern Sie GitHub ein wenig und Sie werden überrascht sein, wie viele seltsame kleine Projekte Sie finden können. Eine grundlegende Vertrautheit mit dem Prozess der Leiterplattenbestellung kann für den angehenden Gear-Nerd von großem Nutzen sein. Verdammt, Sie müssen nicht einmal kritzeln, wenn Sie nicht möchten. Die Fähigkeit, Bretter herzustellen, ist einfach eine nützliche Fähigkeit.

Um Leiterplatten herstellen zu lassen, müssen Sie ein Projekt auswählen, normalerweise ein GitHub-Repo für die Leiterplatte Ihrer Wahl. Dann müssen Sie die Gerber-Dateien finden. Richten Sie Ihr Konto ein und klonen Sie das Repo, oder wenn Sie mit GitHub nicht vertraut sind (verständlich), können Sie Tools wie DownGit verwenden, um es einfach manuell herunterzuladen.

Da ich ein Idiot bin, finden Sie hier zunächst eine Handvoll Tastaturen (überwiegend ergonomische geteilte Tastaturen), die über Leiterplatten verfügen, die Sie einfach herunterladen, ausdrucken und darauf kritzeln können. Diese erfordern nicht allzu viele winzige oberflächenmontierte Teile und lassen sich einfach zu Hause löten. Viele Unternehmen wie JLCPCB verkaufen Ihnen zwar Teile und führen den Zusammenbau durch, wenn Sie über die entsprechenden Dateien verfügen. Dies würde jedoch den Rahmen dieses Beitrags sprengen.

Hier sind einige klassische Boards:

Sie möchten KiCad herunterladen. Es handelt sich um eine kostenlose Open-Source-Suite für Elektronikdesign, die von einem großen Prozentsatz der Menschen, die Leiterplatten online herstellen, verwendet wird. Nehmen Sie das Projekt aus dem Repo Ihrer Wahl. Zeichnen Sie Ihr Bild oder wählen Sie es aus. Sie benötigen etwas, das in Schwarzweiß optisch auffällt, also ein kontrastreiches Bild oder etwas mit wirklich schönen Mustern. Normalerweise versuche ich, meine Bilder in etwas wie Photoshop zu dithern und ihre Größe zu ändern, bevor ich sie in mein Projekt einbinde, damit der Siebdruck nicht zu kompliziert ist und die Größe in KiCad nicht geändert werden muss.

Nachdem Sie nun Ihr Bild haben, öffnen Sie KiCad und wählen Sie auf der rechten Seite den „Bildkonverter“ aus. Von dort aus wählen Sie „Bitmap laden“ und laden das Bild, das Sie auf Ihre Leiterplatte drucken möchten. Sie müssen die maximale DPI berücksichtigen, die Ihr Leiterplattenhersteller verarbeiten kann (300 dpi ist normalerweise eine gute Faustregel). Für mich ist dieser Prozess immer mit viel Versuch und Irrtum verbunden, aber seien Sie nicht frustriert, wenn das Programm abstürzt.

Sie können die verschiedenen Registerkarten großzügig nutzen, um zu sehen, wie das Bild in Schwarzweiß aussehen wird, und das Bild umkehren, wenn es mit Ihrem Siebdruck nicht funktioniert. Meistens werden Sie mit einem weißen Siebdruck arbeiten, es sei denn, Sie arbeiten mit weißem FR4. In diesem Fall ist die Seide schwarz. Denken Sie also daran, wenn Sie den Negativraum auf Ihrer Kunst festlegen. Sie können den Kontrast in KiCad sogar erhöhen, um die Datei etwas besser lesbar zu machen. Wenn es gut aussieht, können Sie es in der Footprint-Bibliothek von KiCad speichern. Sie können jederzeit hierher zurückkommen, wenn der Siebdruck nicht perfekt ist, wenn Sie ihn auf Ihr Board fallen lassen, und das werden Sie wahrscheinlich auch tun.

Laden Sie Ihr Projekt hoch. In diesem Fall werde ich mich für den Cantor entscheiden, eine wunderbare Platine aus mehreren Gründen: Sie verwendet sehr billige STM32-„Blackpill“-Controller, die auf AliExpress so gut wie nichts kosten, und sie nutzt kein Hot-Swap Sockel, sodass Sie Ihre Kunst klar sehen können, und es ist kein Koffer erforderlich, was die Anzahl der Teile reduziert, die Sie bestellen oder herstellen müssen.

Sobald Ihre Leiterplatte geladen ist, drücken Sie „O“ oder klicken auf die Schaltfläche „Footprint laden“ auf der rechten Seite der Symbolleiste. Dadurch werden alle „Fußabdrücke“ in Ihrer Bibliothek angezeigt, einschließlich aller Siebdrucke, die Sie möglicherweise zuvor erstellt haben. Sie können den Filter oben verwenden, um Ihre Auswahl schnell auf die gerade erstellte Kunst einzugrenzen. Wenn Ihr Siebdruck für den von Ihnen ausgewählten Bereich zu groß oder zu klein ist, verfeinern Sie ihn in einem der vorherigen Schritte und versuchen Sie es erneut. Wenn Sie etwas sehen, das wie „G***“ aussieht, doppelklicken Sie auf Ihren Siebdruck und wählen Sie Eigenschaften aus. Deaktivieren Sie dann „Sichtbar“, um diesen Teil des Fußabdrucks unsichtbar zu machen. Die Ebenen, die Sie bearbeiten werden, heißen normalerweise „F.Silkscreen“ und „B.Silkscreen“ für Vorder- und Rückseite. Wenn Sie den Siebdruck auf der anderen Ebene wünschen, drücken Sie „F“. Dadurch wird der Siebdruck auf die andere Seite der Platine gedreht. Dies ist praktisch, wenn Sie ein Bild auf beiden Seiten einer Tafel haben möchten. Legen Sie Ihre Seide auf einen relativ sauberen und leeren Teil des Bretts oder werden Sie kreativ – es ist Design! Um eine Vorschau darauf zu erhalten, wie das Board aussehen wird, können Sie den 3D-Viewer in KiCad öffnen und Ihr Board drehen.

Nachdem Sie nun Ihre Kunst auf einer Tafel haben, müssen Sie ein Unternehmen finden, das Leiterplatten herstellt. Ich hatte Glück mit PCBWay und JLCPCB, aber es gibt jede Menge davon, wie zum Beispiel OSH Park, sowie Online-Tools, mit denen Sie Preise vergleichen können.

Wenn Sie fertig sind, möchten Sie Ihre Gerberdateien mit den Herstellungsoptionen von KiCad erstellen. Wenn Sie speziell bei JLCPCB bestellen, gibt es tatsächlich praktische Plugins für JLCPCB und PCBway, die Sie verwenden können, um den gesamten Prozess zu vereinfachen. Wenn Sie fertig sind, komprimieren Sie einfach die Dateien und laden Sie das komprimierte Archiv zum Hersteller Ihrer Wahl hoch. Je nachdem, bei wem Sie kaufen, sollte eine Vorschau angezeigt werden, die Ihnen zeigt, wie das Board aussieht, und Ihnen verschiedene Optionen für Materialien, Anzahl der Schichten, Farben und mehr bietet. Ich liebe ein Board, das auffällt, deshalb greife ich eher zu Blue FR4 mit weißem Siebdruck oder zu White FR4 mit schwarzem Siebdruck, aber die Optionen variieren von Hersteller zu Hersteller. OSH Park bietet beispielsweise eine schöne schwarze „After Dark“-Leiterplatte mit einer klaren Lötmaske an (das Polymer wird auf die Oberseite der Kupferleiterbahnen aufgetragen – das bedeutet, dass Sie das darunter liegende Kupfer sehen können). Es ist auf jeden Fall ein Premium-Gerät, aber es sieht sehr gut aus und man kann einige sehr nette Sachen damit machen.

Okay, in meinem Beispiel erhalte ich 20 Leiterplatten in lila FR4 mit bleifreiem HASL von JLCPCB, was ausreicht, um etwa 10 Leiterplatten herzustellen, bevor man die Teile mit einbezieht. Wie bei den meisten Dingen gilt: Je mehr Sie kaufen, desto größer ist der Rabatt. Denken Sie also darüber nach, ein paar davon für sich und Ihre Freunde anzufertigen. Die ungefähren Kosten betragen hier etwa 25 Dollar plus Versand. Wenn Sie es jetzt wirklich brauchen, können Sie eine Prämie für etwas wie DHL zahlen. Ich persönlich tendiere dazu, den megagünstigen Versand zu wählen, weil ich das nur zum Spaß mache und es mir egal ist, ob es ein paar Monate dauert, bis ich hier bin. Ihr Kilometerstand kann natürlich variieren!

Wenn es ankommt, wird es vakuumverpackt in einer kleinen Schachtel geliefert und ist bereit zum Löten und Zusammenbauen. Wenn Sie eine Tastatur haben, benötigen Sie auch Tastaturteile. Daher ist es sinnvoll, diese gleich bei AliExpress zu bestellen, damit Sie sie jederzeit erhalten. Alternativ können Sie einen der vielen guten Tastaturanbieter unterstützen. Aber das geht natürlich über die bloße Herstellung billiger Tastaturen hinaus. Ich habe Domesday-Duplikatoren zusammen mit mehreren Arcade-Sticks und Trackball-Leiterplatten herstellen lassen (bei komplizierten Platinen müssen möglicherweise einige Löt- und Montagearbeiten im Werk durchgeführt werden). Die Beispiele, die ich dargelegt habe, sind ziemlich einfach. Ich mag es einfach, Pop Team Epic-Figuren auf meinen Geräten zu platzieren, aber wenn man Tools wie KiCad beherrscht, kann man nicht nur Siebdrucke drucken, sondern auch aufwendige Kunstwerke erstellen, die die vorhandenen Kupferschichten in das Kunstwerk selbst integrieren. (The Sweep, Urchin, Smitheii und Draculad sind gute Beispiele dafür). Und wenn du tatsächlich gut zeichnen und gestalten kannst? Sie können zu einer Macht werden, mit der man rechnen muss.

Jetzt haben Sie also Ihre Leiterplatte mit einem wunderschönen individuellen Siebdruck darauf. Aber wenn Sie darüber nachdenken, sind Sie wirklich nur einen Katzensprung davon entfernt, mit der Herstellung Ihrer eigenen, maßgeschneiderten Leiterplatten zu beginnen. Ein guter Ausgangspunkt ist die Verwendung von Ergogen als Einstiegspunkt in das Schaltungsdesign, um Ihr eigenes Board von Grund auf zu entwerfen. Es gibt nichts, was dich aufhält. Ich meine, Sie haben die Software schließlich bereits auf Ihrem Computer. Und Sie wissen, wie man Bretter herstellt. Wenn Sie darüber nachdenken, können Sie genauso gut den Sprung wagen ...

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