クリスマスまであと1ヶ月となりました。PCBアートは、配線パターンやレジスト、シルク印刷を組み合わせて、プリント基板で絵を描くアート作品です。クリスマスも近いので、PCBアートでクリスマスの飾りを作り方を紹介したいと思います。

使える色

PCBアートで使える色は、基本的に5色となります。

暗いレジストの色

レジストは、プリント基板の配線を保護する目的で塗られる保護膜です。プリント基板を製造するメーカーによって様々な色が選べます。

例えば中国の基板製造メーカーPCBWayの場合、レジストの色は、緑、赤、黄色、青、白、黒、紫などの9色の中から選ぶことができます。違う製造メーカーによっては、ピンクや水色といった色を用意しているところもあります。

明るいレジストの色

レジストの下に銅箔(配線パターン)がある場合、銅箔が光を反射するので、レジストの色が明るく見えます。

緑、紫、赤、黄色、青のレジストは、透明な塗料なので銅箔が透けて明るく見えますが、白、黒、水色、ピンクといったレジストは、不透明な塗料のため、明るく見えないので注意してください。

シルクの色

シルク印刷は、部品番号や製品名などを基板に表示するための印刷です。基本的に白色です。

基板の色が白い場合には、黒いシルク印刷となります。PCBWayは、白と黒のどちらの色も選択できます。

メッキの色

むき出しの銅箔の部分です。一般的に、メッキ加工されます。

PCBWayの場合、「はんだレベラー」はハンダメッキされるので銀色に、「無電解金フラッシュ」は金メッキされるので金色になります。PCBWayで表面処理を「しない」を選ぶと銅色になります。銅は酸化しやすいので、そのうち茶色になってします。

基板の色

一般的なFR4と呼ばれる基板の場合、暗い黄色をしています。

画像ファイルの用意

絵を描く

制作する画像の解像度は300DPIに設定します。画像のサイズは、自由に設定していいですが、100mm x 100mm以下がおすすめです。ほとんどの基板製造メーカーは100mm x 100mm以内であれば、とても安く基板を製造してくれます。

ここに、先ほどの5色を使って絵を描きます。

基板製造の仕様上、銅箔やシルク印刷の幅は2ドット以上必要です。そのため、明るいレジストの色とメッキの色、シルクの色は2ドット以上の太さにしてください。1ドットだと細すぎて再現されません。

また、もし電子部品を取り付けるのであれば、その部分に銅箔があってはいけません。上のクリスマスリースの暗い緑の丸のように、部品を取り付ける部分は暗いレジストの色にしておきます。

白黒画像へ変換

基板の配線やレジスト、シルク印刷用のデータを作るための画像ファイルに変換します。

Cu層の画像ファイル

銅箔の部分の画像データを作ります。描いた絵の色うち

• 明るいレジストの色
• メッキの色
• シルクの色

の部分を白に、そのほかの色を黒にします。ファイルはBMP形式で保存します。

レジストマスクの画像データ

レジストを塗らない部分の画像に変換します。描いた絵の色の中の

• メッキの色
• 基板の色

の２色のみを白にして、他の色を黒にします。BMP形式で保存します。

シルク層の画像ファイル

シルク印刷のための画像データを用意します。描いた絵の色の中の

• シルクの色

のみ白にして、他の色を黒にします。BMP形式のファイルで保存します。

KiCadで部品登録

無料で利用できるKiCadで、基板を設計します。

先ほど作ったBMPファイルを、KiCadで扱えるデータ形式に変換します。

右上の「a」のアイコンをクリックします。

Cu層

「ビットマップをロード」をクリックして、先ほど作ったCu層のBMPを読み込みます。

• 解像度を300DIPにセット
• フォーマット：Pcbnew(.kicad_modファイル)
• 画像オプション：ネガにチェック
• 使用するレイヤー：表面層はんだマスク(Cu層がないのでとりあえずこれを選ぶ)

と設定して、「エクスポート」をクリック。

わかりやすい名前とCuをつけて、プロジェクトのフォルダに保存します。

「設定」-> 「フットプリントライブラリーを管理」をクリックします。

左側の「+」をクリックして、プロジェクトのフォルダを、フットプリントライブラリーに追加します。

ICのマークのアイコンをクリックして、フットプリントエディタを開きます。

追加したフットプリントライブラリの中から、Cu層のデータをダブルクリックして表示させます。

紫色の部分を全てCu層に再設定していきます。

紫の部分をクリックして選択し、右クリック。「プロパティ」を開きます。または、紫色の部分でダブルクリックします。

レイヤーのプルダウンを「F.Cu」に変更して「OK」をクリックします。

この作業を、全ての紫色の部分に対して行います。

全て茶色になったら、左上の「保存」のアイコンをクリックして、データを保存します。

レジストマスク

レジストを塗らない部分のデータを作ります。「a」を再度クリック。

「ビットマップをロード」をクリックして、先ほど作ったレジストマスクのBMPを読み込みます。

• 解像度を300DIPにセット
• フォーマット：Pcbnew(.kicad_modファイル)
• 画像オプション：ネガにチェック
• 使用するレイヤー：表面層はんだマスク

と設定して、「エクスポート」をクリック。わかりやすいようにファイル名に「RegistMask」と入れてプロジェクトのフォルダに保存します。

シルク層

再び「a」のアイコンをクリック。

シルク層のBMPファイルを読み込んで、

• 解像度を300DIPにセット
• フォーマット：Pcbnew(.kicad_modファイル)
• 画像オプション：ネガにチェック
• 使用するレイヤー：表層面シルク

として、「エクスポート」をクリック。ファイル名にわかりやすいように「Silk」と追加して、プロジェクトのフォルダに保存します。

基板の作成

画像部品の配置

データの準備はできたので、基板を作っていきます。基板のアイコンのPcbnewをクリックします。

位置ぎめしやすいように、グリッドを5mmに設定しておきます。

右側のICのマークのアイコンをクリックしてから、黒い画面中央をクリックします。

コンポーネントを選択のウィンドが開くので、先ほど追加したライブラリーの中から「Cu」の名前のある部品を選択し、OKを押します。

画面の中央に配置します。

同様に、「RegistMask」と「Silk」の部品も読み込んで、重ねていきます。

思った通りの基板になっているか、確かめてみましょう。

「表示」->「3Dビューアー」をクリックします。

イメージ通りになりましたでしょうか。画像が複雑な場合、3Dビューアーが表示されるまで数分かかることもあるので、表示されるまで気長に待ちましょう。

基板外形の設定

基板の形状を設定します。右側のラインや半円などをクリックし、さらに右の黄色の「Edge.Cut」を選択します。

あまり細かい凸凹は製造できないので、円弧などを使って凹凸を表現してみました。この外形線は、必ず始点と終点がつながっている必要があります。途中がつながっていないと、正常なデータにならないので注意してください。

3Dビューアーで見てみましょう。想像通りになりましたか？？

部品は背面に

回路の部品は背面に配置します。今回は、先日作った、人に反応してLEDがレインボーに光る回路を組み込みました。回路については👇👇👇をご覧ください。

表面にはレインボーに光るLEDを配置しました。

これで、基板の設計は完了です。

ガーバーデータを生成

基板製造メーカーに発注するための、ガーバーデータというファイルを作ります。

左から5個目のプロッターのようなアイコンをクリックします。

ガーバーファイルを出力するフォルダを指定します。右上のフォルダのアイコンをクリック。

わかりやすように、「gerber」などとしてフォルダを作ります。

再度フォルダのアイコンをクリックして、先ほど作った「gerber」フォルダを選択します。

ガーバーオプションの

• Protelの拡張子を使用　をチェック
• ガーバージョブファイルの生成　のチェックを外す

をして、上記のような設定にします。

右下の「製造ファイル出力」をクリックしてガーバーファイルを生成します。

ドリルデータを生成します。「ドリルファイルを作成」をクリック。

左上の「PTHとNPTHを一つのファイルにマージ」にチェックを入れて、上記のような設定にし、「ドリルファイルを生成」をクリックします。「閉じる」でウィンドを閉じます。

gerberフォルダに、上記ように10個のファイルができれいれば、ガーバーファイルは正常に作られています。

これらの10個のファイルをzipで圧縮します。

わかりやすいファイル名に変更して、基板製造メーカーに発注するためのガーバーデータが出来上がりました。

基板の発注

データの登録

今回は日本語で注文できるPCBWayに基板を発注したいと思います。オレンジ色のボタンの「今すぐお見積もり」をクリック。

• 基板のサイズ：今回は100mm x 100mm
• レジストの色：今回は緑色
• 表面処理：今回は金色なので無電解金フラッシュ

と、描いた絵の色に合わせて設定をして、右側の緑色の「カートに追加」をクリックします。

ガーバーファイルをアップロードするウィンドが表示されるので、青色の「ガーバーファイルを追加」をクリック。

先ほど生成したzipファイルを指定して「開く」をクリック。ファイルのアップロードが始まります。

アップロードが完了したら、緑色の「今すぐ注文する」をクリックします。

PCBWayによって、基板データのチェック(レビュー)が始まります。

数分待つとレビューが完了します。PCBWayは、他の基板製造メーカーよりも、レビューにかかる時間が断然短いです。とても良いサービスです。

右下のオレンジの「チェックアウトに進む」をクリックして支払いに進みます。

支払いと発注

お好みの発送手段を選択し、オレンジ色の「注文する」をクリックします。支払いのウィンドが表示されるので、支払いを完了させます。

製造が開始されました。あとは、届くのを待つだけです。

約10日後...

基板が届きました!

PCBWayは基板の製造と出荷がとても早いです。発注して約10日で受け取れました。

とても綺麗に基板が仕上がっています。

早速組み立て。組み立てはとても簡単です。

完成！PCBアートでできた、クリスマスリースの完成でーす。

SR602の人感センサを搭載しているので、人に反応してLEDがレインボーに光ります。暗いととても綺麗ですよ。

🎁プレゼントコーナー!

PCBアートで作ったクリスマスリースをキットにして、先着10名の方にプレゼントいたします。下のフォームよりお申し込み下さい。フォームか表示されない方は、こちらをクリック。

送信をクリックするとthankyou[@]kohacraft.comよりメールが届きます。届かない場合には、迷惑メールフォルダに入っていないか確認していただき、無ければLab[@]kohacraft.comまでご連絡ください。

頂いた個人情報は発送にのみ利用し、1ヶ月以内に消去いたします。

ご応募お待ちしております。

クリスマスリースの組み立て方

電池ボックス

電池ボックスを取り付けます。

右下に＋のマークになる向きにはんだ付けします。

マイコン

マイコンは、8ピンのリードを上の写真のように曲げます。

左上に●印がある向きにしてはんだ付けします。

MOS-FET

2N7000の印字を表面にして、リードを広げてはんだ付けします。

LED

基板を表面にして、LEDをはんだ付けします。

長いリードが右側の＋に刺さります。

４ヶ所とも右側が＋になっています。

人感センサ

人感センサをはんだ付けします。

ピンヘッダが上になるように取り付けます。

以上ではんだ付けは完了です。

電池の取り付け

CR2032と印字された面が表を向くようにして、電池ボックスに挿入します。

人に反応してLEDが光ります。10秒間光って自動で消灯します。人が動くとまた光だします。

紐を結ぶ

紐を結べば、完成です。

玄関やクリスマスツリーなどにぶら下げて、素敵な光を楽しんでください。